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第6章天然气化工天然气的分离与净化采出气的分离利用天然气所含各组分沸点的差别,在约-100°C以下的低温分离回收其中某些组分的过程。工业上通常将-100°C以下的低温冷冻,称为深度冷冻,简称深冷。在天然气化工中,深冷分离法用于分离回收湿性天然气中C2以上烃,即天然气凝析液(NGL);生产液化天然气以方便天然气的贮存和运输;用于富氮天然气的脱氮以提高热值;以及从富氦天然气中分离回收氦。天然气凝析液的分离早期主要采用吸附法、常温油吸收法和低温油吸收法,现在广泛使用深冷法,采用以下两种工艺流程。用高压天然气的节流致冷效应,使C2以上烃冷凝分离。由于单纯的节流效应是一个等焓过程,冷凝效率低,往往须同时用外加的辅助冷冻循环来提高制冷效果。如丙烷制冷循环冷却至-37°C,此时约有50%的重烃被冷凝;未凝气体进一步用乙烯制冷循环,冷却至-93°C,全部丁烷、约99%丙烷和约87%乙烷从原料天然气中冷凝析出。冷凝液再分别在脱乙烷塔、脱丙烷塔和脱丁烷塔中精馏,得到乙烷、丙烷、丁烷馏分和凝析油。利用天然气在透平膨胀机中降压膨胀作外功,而使温度急剧下降,达到低温。在其工艺流程中,,冷却至-54°C,此时约有54%的C2以上烷烃冷凝。,温度下降至-93°C,使余下的C2以上烷烃此时液化。然后再经逐级精馏可得到乙烷、丙烷、丁烷馏分。该工艺过程是等熵过程,不但能提高烃的回收率,而且能作外功,可用来带动压缩机输送气体。因此,能合理回收利用天然气本身的机械能,具有先进的经济性,在美国得到广泛应用。目前世界各国从天然气提取氦气,广泛采用部分冷凝法,使天然气中除氦和氢外其余组分全部冷凝脱除而获得粗氦。生产过程包括天然气预净化(脱除水分、二氧化碳和硫化氢)、粗氦制取及氦精制。有时还与天然气的液化或氮的液化过程相结合。粗氦的制取通常需经二次冷凝过程。第一次冷凝得到氦含量为5%以上的一次粗氦(自氦汽提塔顶出来),再经第二次冷凝得到氦含量为60%~90%的二次粗氦(自氦精馏塔顶出来)。第一次冷凝的冷源通常为沸腾的液甲烷,冷凝压力按天然气组分的气-液相平衡条件确定,一般要求粗氦中无C2以上的烷烃馏分。净化后并经预冷的天然气,在冷凝蒸发塔中借釜液的蒸发,将溶于液烃中的氦释放出来,釜液中溶解的氦要求小于10ppm。提取二次粗氦的冷源,通常为常压沸腾的液氮或负压沸腾的液甲烷,冷凝压力仍由相平衡条件确定。工艺上要求二次粗氦中的甲烷含量小于1%。提取二次粗氦的设备也系冷凝蒸发塔,同样要求釜液中溶解的氦量越少越好。,冷凝温度为-153°C时,气相中氦浓度被浓缩到60%左右,此时溶解于液相中的氦量约为总氦量的14%,因此氦的提取率最高不超过86%。为了提高收率,60年代以后对冷凝法作了许多改进,如采用带有汽提和精馏的部分冷凝、部分冷凝与液体逐级膨胀相结合、复式精馏塔等新工艺,以最大限度地回收溶解的氦。采用深冷法将天然气液化,以满足天然气的输送和城市煤气高峰负荷的调节。有两种基本制冷循环工艺:阶式循环和膨胀机循环。世界上广泛采用的方法是阶式制冷循环法,常用液态丙烷、乙烯和甲烷蒸发所产生的低温使天然气逐级冷却、液化。天然气经预处理用分子筛干燥脱水至露点(-73°C),再经各级冷冻制冷循环逐步冷却至-147°C,此时天然气中乙烷、丙烷、丁烷等大部分都已冷凝分离,只有甲烷在此温度下仍为气体,随后把-147°C,温度进一步下降,使甲烷液化。60年代后期出现了混合制冷剂循环工艺,用天然气中分离出来的乙烷、丙烷、丁烷和氮的混合物作为制冷剂,以提高制冷循环的效率。从地层中开采出的天然气或油田的伴生气,往往含有砂和混入的铁锈等固体杂质,以及水、硫化物和二氧化碳等有害物质。杂质物质的影响:(1)固体杂质容易造成设备仪表损坏。(2)存在的水汽,可能引起水蒸气从天然气流中析出,形成液态水、冰或天然气的固体水化物,从而增加管路压降,严重时堵塞管道;减少了管线的输送能力和气体热值。(3)有酸性气体(HS和CO)时,对管线、设备有腐蚀,对其用作化工原料是十分不利的,使催化剂中毒,影响产品和中间产品的质量,而且污染环境,CO还影响天然气的热值。采用冷凝分离回收轻烃时,气体杂质的存在对处理工艺影响很大。由于冷凝分离温度低,如果气体中含有水汽,极易形成水合物而堵塞管道。同时CO的存在会使装置的中冷、深冷部分出现干冰(℃)。天然气脱酸性气体方法(1)化学溶剂吸收法①工作原理以弱碱性溶液为吸收剂,与酸性组分(HS和CO)反应生成化合物。吸收了酸气的富液在高温低压的条件下放出酸气,使溶液再生、恢复吸收酸气的活性,使脱酸过程连续进行。各种醇***溶液是使用最广泛的吸收剂。②醇***法净化天然气醇***溶液在吸收塔内的低温高压下吸收HS和CO气体,生成相应的***盐并放出热量。在再生塔内溶液被加热到一定温度,在低压高温下溶液中的***盐分解,重新放出