天然氣中苯的脫除

焦慶玲

摘要： 采用冷箱中混合冷劑雙級節流法將天然氣中的苯利用低溫冷凝的方法進行脫除，并將脫苯后的天然氣液化成LNG產品，滿足LNG產品的質量的要求。該裝置工藝脫除效率高、能耗低、不需要復雜的精餾塔設備、占地少，操作維護方便。

Abstract： The low temperature condensation is used to dislodge the benzene in natural gas by the mixed refrigerant double throttling in the refrigerant. The natural gas after benzol removal will be liquefied into LNG products to meet the quality requirements of LNG products. The device has the advantages of high removal efficiency， low energy consumption， no need of complex distillation tower equipment， small occupation area and convenient operation and maintenance.

關鍵詞： 天然氣；苯；混合冷劑；壓縮機；雙級節流

Key words： gas；benzene；mixed refrigerant；compression engine；double throttling

中圖分類號：TE96 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）06-0155-02

0 引言

天然氣是指自然生成，在一定壓力下蘊藏于地下巖層孔隙中的混合氣體，其主要成分是甲烷及少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及以上烴類氣體，并可能含有氮氣、二氧化碳、硫化氫、水蒸氣等非烴類氣體，以及少量氦氣、氬氣等惰性氣體[1]。液化天然氣技術是將氣態的天然氣液化成液態的天然氣，液化前需將部分雜質氣體脫除，二氧化碳和硫化氫可利用MDEA醇胺吸收法脫除[2]，惰性氣體，如氮氣，可利用LNG的自然閃蒸脫除[3]，水蒸氣將利用分子篩干燥法脫除[4]，而氣體中重烴的存在，將會在冷箱主換熱器中造成凍堵[5]，所以進入主換熱器低溫段前需低溫脫除。但由于苯的存在，常規的低溫法無法脫除苯，而苯含量在10ppm以上將出現凍堵。

目前天然氣中的苯的脫除，有吸附脫除法，洗滌法，膜分離法，催化燃燒等。中國石化中原油田綠能高科LNG工廠利用相似相容原理，用異戊烷脫苯[6]；南通職業大學的劉志軍、黃艷芳、劉金紅等采用活性炭吸附脫除VOCs，間接脫除苯[7]；天津大學楊煥麗等人采用4A分子篩吸附法脫除天然氣中的C5+重烴以及苯[8]；云南大為制焦公司的陳云寶等人采用含苯族烴量低的焦油逆流洗滌焦爐煤氣中的苯[9]；四川天一科技公司的劉照利等人采用變溫吸附的方法進行天然氣中苯的吸附脫除[10]。洗滌法因為引入溶劑而造成后續分離的問題，吸附法可以取得很好的吸附效果，但不適用于重烴含量大的原料氣處理。相比這兩種方法，低溫分離法具有更大的技術優勢，適合于變量重烴含量的氣體，以及含量較大的氣體。

傳統的低溫分離法冷箱為混合冷劑單級節流，天然氣雙級降溫，一級降溫為脫除重烴，之后返回原換熱器液化成LNG。此種方式在分離常規重烴方面可行，但是在分離苯和新戊烷這種特定組分條件下，冷凝溫度控制點不易控制。本方案采用混合冷劑雙級節流降溫法，逐級冷凝天然氣，脫除天然氣中的苯，苯含量由470ppm脫除至7.6ppm，冷箱內主換熱器設置成兩段。脫除苯后的天然氣，液化成LNG，并將剩余部分苯溶解于液化天然氣中。

1 原料氣的組成

2 方案介紹

2.1 工藝流程

采用混合冷劑制冷工藝，混合冷劑為甲烷、異丁烷、氮氣、乙烯的混合物，按照一定配比，流量為3600Nm3/h，利用壓縮機增壓至21bar，第一級節流至2bar，將天然氣降溫至-75.5℃，冷凝出大部分重烴及苯，冷凝出的液體將在重烴分離器中分離出去，氣相進入另一換熱器，混合冷劑二級節流至2.3bar，釋放出的冷量將低溫天然氣液化成液化天然氣。恢復至常壓的混合冷劑返回壓縮機入口，完成循環。

工藝模擬流程圖如圖1所示。

2.2 方案設備

液化工藝所需裝置為混合冷劑壓縮機系統和液化冷箱系統，其中混合冷劑壓縮機系統采用螺桿壓縮機，配套進出口分離器、后置冷卻器、潤滑油系統；冷箱內含2臺板翅式換熱器、2臺混合冷劑分離器，冷箱內填充珠光砂，并持續通入氮氣，進行保冷和保持微正壓。

3 LNG產品（表2）

4 技術優勢

第一、采用混合冷劑雙級節流制冷工藝，相比混合冷劑單級節流制冷工藝，脫苯制冷溫度點可通過節流閥有效控制；

第二、相比吸附方案，不需設置獨立脫苯裝置，不需設置再生裝置，如再生氣加熱器，冷卻器等，能耗降低；

第三、 由于裝置少，可節省占地面積；

第四、裝置只涉及液化所需的混合冷劑壓縮機系統，和冷箱系統，和常規的天然氣液化裝置相比，多一級板翅式換熱器，操作運行維護方便，減少投資；

第五、系統脫除苯效率高，能耗低、保證剩余苯將溶解在產品LNG中，不會造成冷箱凍堵，不影響產品質量。

5 結論

苯的脫除是天然氣重烴脫除的關鍵組分，苯能否有效脫除關系到裝置能否安全運行，產品制冷能否得到保證。本方案采用混合冷劑制冷工藝，在傳統單級節流制取LNG工藝的基礎上，設置雙級節流，可有效控制脫苯制冷溫度點，將苯由470ppm脫除至7.6ppm，滿足脫低于10ppm的要。即使裝置原料氣的組分波動，也可利用調節節流閥的出口壓力來控制制冷溫度，滿足LNG裝置的運行及產品要求。

參考文獻：

[1]楊煥麗.吸附法脫除天然氣中C5重烴的研究[D].天津大學，2009.

[2]王開岳.天然氣凈化工藝[M].北京：石油工業出版社，2005.

[3]劉成軍.天然氣脫氮工藝綜述[J]石油規劃設計，2000，4：18-20.

[4]李婷婷.天然氣中水分脫除工藝優化[J].工業·生產，2015，8：12-13.

[5]岳春靜.液化天然氣系統中重烴脫除系統的研究[J].廣東化工，2013，12（40）：222-223.

[6]董加慶，液化天然氣工廠脫苯工藝改造[J]天然氣工業，2007，27（6）：118-119.

[7]劉志軍.活性炭吸附法脫除VOCs的研究進展[J].天然氣化工，2014，39（2）：75-94.

[8]楊煥麗.吸附法脫除天然氣中C5重烴的研究[D].天津大學，2009.

[9]陳云寶.焦爐煤氣脫苯系統[P].中國：CN 102827646 A， 2012，12，19.

[10]劉照利.變溫吸附法脫除天然氣中苯及環己烷的研究[A].變壓吸附技術交流會論文集[C].2006年.