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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。
冷凝法
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%的重烧被冷凝；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。
膨胀机法
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，天然气在 ，冷却至 -54 °C,此时约有54%的C2以上烷
烃冷凝。 未凝气体进入透平膨胀机膨胀至 ， 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。
天然气中提氦
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
氨汽提塔顶出来，再经第二次冷凝得到氮含量为 60%〜90%的二次粗氨（自氨精储塔顶出
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，将溶于液烧中的氮释放出来 ，釜液中溶解的氨要求小于 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%次粗氦中的甲烷含量小于 1 ％。 提取%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。
当天然气的压力为 ,冷凝温度为-153 C时，气相中氨浓度被浓缩到 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。
天然气液化
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 ，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。
天然气的净化
天然气净化的目的与任务
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(H 2 S和CO 2)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