焦慶玲

摘要： 采用冷箱中混合冷劑雙級(jí)節(jié)流法將天然氣中的苯利用低溫冷凝的方法進(jìn)行脫除，并將脫苯后的天然氣液化成LNG產(chǎn)品，滿足LNG產(chǎn)品的質(zhì)量的要求。該裝置工藝脫除效率高、能耗低、不需要復(fù)雜的精餾塔設(shè)備、占地少，操作維護(hù)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(guān)鍵詞： 天然氣；苯；混合冷劑；壓縮機(jī)；雙級(jí)節(jié)流

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

中圖分類號(hào)：TE96 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(yùn)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?dú)?、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(shù)是將氣態(tài)的天然氣液化成液態(tài)的天然氣，液化前需將部分雜質(zhì)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?dú)猓衫肔NG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?zé)N的存在，將會(huì)在冷箱主換熱器中造成凍堵[5]，所以進(jìn)入主換熱器低溫段前需低溫脫除。但由于苯的存在，常規(guī)的低溫法無法脫除苯，而苯含量在10ppm以上將出現(xiàn)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(guó)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(yè)大學(xué)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(xué)楊煥麗等人采用4A分子篩吸附法脫除天然氣中的C5+重?zé)N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?fàn)t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(jìn)行天然氣中苯的吸附脫除[10]。洗滌法因?yàn)橐肴軇┒斐珊罄m(xù)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?zé)N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(shù)優(yōu)勢(shì)，適合于變量重?zé)N含量的氣體，以及含量較大的氣體。

傳統(tǒng)的低溫分離法冷箱為混合冷劑單級(jí)節(jié)流，天然氣雙級(jí)降溫，一級(jí)降溫為脫除重?zé)N，之后返回原換熱器液化成LNG。此種方式在分離常規(guī)重?zé)N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(diǎn)不易控制。本方案采用混合冷劑雙級(jí)節(jié)流降溫法，逐級(jí)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(nèi)主換熱器設(shè)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?dú)?、乙烯的混合物，按照一定配比，流量?600Nm3/h，利用壓縮機(jī)增壓至21bar，第一級(jí)節(jié)流至2bar，將天然氣降溫至-75.5℃，冷凝出大部分重?zé)N及苯，冷凝出的液體將在重?zé)N分離器中分離出去，氣相進(jìn)入另一換熱器，混合冷劑二級(jí)節(jié)流至2.3bar，釋放出的冷量將低溫天然氣液化成液化天然氣?；謴?fù)至常壓的混合冷劑返回壓縮機(jī)入口，完成循環(huán)。

工藝模擬流程圖如圖1所示。

2.2 方案設(shè)備

液化工藝所需裝置為混合冷劑壓縮機(jī)系統(tǒng)和液化冷箱系統(tǒng)，其中混合冷劑壓縮機(jī)系統(tǒng)采用螺桿壓縮機(jī)，配套進(jìn)出口分離器、后置冷卻器、潤(rùn)滑油系統(tǒng)；冷箱內(nèi)含2臺(tái)板翅式換熱器、2臺(tái)混合冷劑分離器，冷箱內(nèi)填充珠光砂，并持續(xù)通入氮?dú)猓M(jìn)行保冷和保持微正壓。

3 LNG產(chǎn)品（表2）

4 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

第一、采用混合冷劑雙級(jí)節(jié)流制冷工藝，相比混合冷劑單級(jí)節(jié)流制冷工藝，脫苯制冷溫度點(diǎn)可通過節(jié)流閥有效控制；

第二、相比吸附方案，不需設(shè)置獨(dú)立脫苯裝置，不需設(shè)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(jié)省占地面積；

第四、裝置只涉及液化所需的混合冷劑壓縮機(jī)系統(tǒng)，和冷箱系統(tǒng)，和常規(guī)的天然氣液化裝置相比，多一級(jí)板翅式換熱器，操作運(yùn)行維護(hù)方便，減少投資；

第五、系統(tǒng)脫除苯效率高，能耗低、保證剩余苯將溶解在產(chǎn)品LNG中，不會(huì)造成冷箱凍堵，不影響產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)論

苯的脫除是天然氣重?zé)N脫除的關(guān)鍵組分，苯能否有效脫除關(guān)系到裝置能否安全運(yùn)行，產(chǎn)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(tǒng)單級(jí)節(jié)流制取LNG工藝的基礎(chǔ)上，設(shè)置雙級(jí)節(jié)流，可有效控制脫苯制冷溫度點(diǎn)，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(dòng)，也可利用調(diào)節(jié)節(jié)流閥的出口壓力來控制制冷溫度，滿足LNG裝置的運(yùn)行及產(chǎn)品要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊煥麗.吸附法脫除天然氣中C5重?zé)N的研究[D].天津大學(xué)，2009.

[2]王開岳.天然氣凈化工藝[M].北京：石油工業(yè)出版社，2005.

[3]劉成軍.天然氣脫氮工藝綜述[J]石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2000，4：18-20.

[4]李婷婷.天然氣中水分脫除工藝優(yōu)化[J].工業(yè)·生產(chǎn)，2015，8：12-13.

[5]岳春靜.液化天然氣系統(tǒng)中重?zé)N脫除系統(tǒng)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(yè)，2007，27（6）：118-119.

[7]劉志軍.活性炭吸附法脫除VOCs的研究進(jìn)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?zé)N的研究[D].天津大學(xué)，2009.

[9]陳云寶.焦?fàn)t煤氣脫苯系統(tǒng)[P].中國(guó)：CN 102827646 A， 2012，12，19.

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