天然气中苯的脱除

焦庆玲

摘要： 采用冷箱中混合冷剂双级节流法将天然气中的苯利用低温冷凝的方法进行脱除，并将脱苯后的天然气液化成LNG产品，满足LNG产品的质量的要求。该装置工艺脱除效率高、能耗低、不需要复杂的精馏塔设备、占地少，操作维护方便。

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.

关键词： 天然气；苯；混合冷剂；压缩机；双级节流

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

中图分类号：TE96 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）06-0155-02

0 引言

天然气是指自然生成，在一定压力下蕴藏于地下岩层孔隙中的混合气体，其主要成分是甲烷及少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及以上烃类气体，并可能含有氮气、二氧化碳、硫化氢、水蒸气等非烃类气体，以及少量氦气、氩气等惰性气体[1]。液化天然气技术是将气态的天然气液化成液态的天然气，液化前需将部分杂质气体脱除，二氧化碳和硫化氢可利用MDEA醇胺吸收法脱除[2]，惰性气体，如氮气，可利用LNG的自然闪蒸脱除[3]，水蒸气将利用分子筛干燥法脱除[4]，而气体中重烃的存在，将会在冷箱主换热器中造成冻堵[5]，所以进入主换热器低温段前需低温脱除。但由于苯的存在，常规的低温法无法脱除苯，而苯含量在10ppm以上将出现冻堵。

目前天然气中的苯的脱除，有吸附脱除法，洗涤法，膜分离法，催化燃烧等。中国石化中原油田绿能高科LNG工厂利用相似相容原理，用异戊烷脱苯[6]；南通职业大学的刘志军、黄艳芳、刘金红等采用活性炭吸附脱除VOCs，间接脱除苯[7]；天津大学杨焕丽等人采用4A分子筛吸附法脱除天然气中的C5+重烃以及苯[8]；云南大为制焦公司的陈云宝等人采用含苯族烃量低的焦油逆流洗涤焦炉煤气中的苯[9]；四川天一科技公司的刘照利等人采用变温吸附的方法进行天然气中苯的吸附脱除[10]。洗涤法因为引入溶剂而造成后续分离的问题，吸附法可以取得很好的吸附效果，但不适用于重烃含量大的原料气处理。相比这两种方法，低温分离法具有更大的技术优势，适合于变量重烃含量的气体，以及含量较大的气体。

传统的低温分离法冷箱为混合冷剂单级节流，天然气双级降温，一级降温为脱除重烃，之后返回原换热器液化成LNG。此种方式在分离常规重烃方面可行，但是在分离苯和新戊烷这种特定组分条件下，冷凝温度控制点不易控制。本方案采用混合冷剂双级节流降温法，逐级冷凝天然气，脱除天然气中的苯，苯含量由470ppm脫除至7.6ppm，冷箱内主换热器设置成两段。脱除苯后的天然气，液化成LNG，并将剩余部分苯溶解于液化天然气中。

1 原料气的组成

2 方案介绍

2.1 工艺流程

采用混合冷剂制冷工艺，混合冷剂为甲烷、异丁烷、氮气、乙烯的混合物，按照一定配比，流量为3600Nm3/h，利用压缩机增压至21bar，第一级节流至2bar，将天然气降温至-75.5℃，冷凝出大部分重烃及苯，冷凝出的液体将在重烃分离器中分离出去，气相进入另一换热器，混合冷剂二级节流至2.3bar，释放出的冷量将低温天然气液化成液化天然气。恢复至常压的混合冷剂返回压缩机入口，完成循环。

工艺模拟流程图如图1所示。

2.2 方案设备

液化工艺所需装置为混合冷剂压缩机系统和液化冷箱系统，其中混合冷剂压缩机系统采用螺杆压缩机，配套进出口分离器、后置冷却器、润滑油系统；冷箱内含2台板翅式换热器、2台混合冷剂分离器，冷箱内填充珠光砂，并持续通入氮气，进行保冷和保持微正压。

3 LNG产品（表2）

4 技术优势

第一、采用混合冷剂双级节流制冷工艺，相比混合冷剂单级节流制冷工艺，脱苯制冷温度点可通过节流阀有效控制；

第二、相比吸附方案，不需设置独立脱苯装置，不需设置再生装置，如再生气加热器，冷却器等，能耗降低；

第三、 由于装置少，可节省占地面积；

第四、装置只涉及液化所需的混合冷剂压缩机系统，和冷箱系统，和常规的天然气液化装置相比，多一级板翅式换热器，操作运行维护方便，减少投资；

第五、系统脱除苯效率高，能耗低、保证剩余苯将溶解在产品LNG中，不会造成冷箱冻堵，不影响产品质量。

5 结论

苯的脱除是天然气重烃脱除的关键组分，苯能否有效脱除关系到装置能否安全运行，产品制冷能否得到保证。本方案采用混合冷剂制冷工艺，在传统单级节流制取LNG工艺的基础上，设置双级节流，可有效控制脱苯制冷温度点，将苯由470ppm脱除至7.6ppm，满足脱低于10ppm的要。即使装置原料气的组分波动，也可利用调节节流阀的出口压力来控制制冷温度，满足LNG装置的运行及产品要求。

参考文献：

[1]杨焕丽.吸附法脱除天然气中C5重烃的研究[D].天津大学，2009.

[2]王开岳.天然气净化工艺[M].北京：石油工业出版社，2005.

[3]刘成军.天然气脱氮工艺综述[J]石油规划设计，2000，4：18-20.

[4]李婷婷.天然气中水分脱除工艺优化[J].工业·生产，2015，8：12-13.

[5]岳春静.液化天然气系统中重烃脱除系统的研究[J].广东化工，2013，12（40）：222-223.

[6]董加庆，液化天然气工厂脱苯工艺改造[J]天然气工业，2007，27（6）：118-119.

[7]刘志军.活性炭吸附法脱除VOCs的研究进展[J].天然气化工，2014，39（2）：75-94.

[8]杨焕丽.吸附法脱除天然气中C5重烃的研究[D].天津大学，2009.

[9]陈云宝.焦炉煤气脱苯系统[P].中国：CN 102827646 A， 2012，12，19.

[10]刘照利.变温吸附法脱除天然气中苯及环己烷的研究[A].变压吸附技术交流会论文集[C].2006年.