天然气深冷分离，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。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（图1)中，天然气在5.1MPa压力下经过一系列换热，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1.67MPa，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（图2），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。当天然气的压力为2.1MPa，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。（见彩图）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°C的天然气压力从4.12MPa快速降至常压，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。 2100433B

工业上广泛采用的深冷分离方法有低压法和高压法两种。前者脱甲烷塔在 0.6～0.7MPa的低压下操作，后者脱甲烷塔在约3.0MPa下操作。低压法的特点是在低压下甲烷与乙烯的相对挥发度增大。这在提馏段要求釜液甲烷含量低时更显得重要。另外，利用分氢过程冷凝的重组分由高压节流至低压脱甲烷塔时，能够蒸发部分甲烷并使液体降温，因此可降低该塔的回流比，从而节省能量。但塔顶温度低至-130℃，需用甲烷－乙烯-丙烯三级制冷,使系统复杂化，低温钢材用量也相应增多。高压法的脱甲烷塔塔顶温度为-96℃,只需用乙烯作制冷剂，制冷系统简单，低温钢材用量少；其缺点是压力增加，相对挥发度减小，不利于组分分离，需加大塔的回流比，能耗增大。

以轻柴油为裂解原料的裂解气高压法顺序分离流程（见图）为例，分离步骤是：①裂解气经冷却预分馏除去重组分后，进入五段的透平压缩机。压缩后的气体，进入装填分子筛的干燥器中，干燥后的气体同各种冷物料、丙烯制冷剂和乙烯制冷剂进行热交换。冷凝的液态烃根据轻重分别进入脱甲烷塔塔板相应的位置，即多股进料。未冷凝的富氢气体可作为乙炔加氢的氢气来源，或进一步用变压吸附法提高浓度以得到产品氢气。②脱甲烷塔顶操作压力3.4MPa、温度－96℃，用蒸发-101℃乙烯冷却，塔釜用冷凝气相丙烯再沸。③脱甲烷塔釜液流入脱乙烷塔,此塔顶部分出的乙烯-乙烷馏分与氢混合后进入乙炔转化塔脱炔，用氧化铝载体上的钯催化剂，使乙炔转化为乙烯或乙烷,残存乙烃仅1～2ppm。加氢后的气体脱除加氢过程所生成的少量聚合物(绿油)后，进入乙烯精馏塔。产品乙烯从塔顶第 8块侧线抽出；塔顶排出因加氢带入的甲烷，并返回压缩机三段以回收其中伴随的乙烯；塔底的乙烷则作为裂解原料送入裂解炉。④脱乙烷塔的釜液进入脱丙烷塔,釜温达109℃,在此温度下,双烯烃有聚合的倾向。故另有备用再沸器以便定期切换及清理。塔顶C3馏分含丙烯约90%,进行加氢除去甲基乙炔与丙二烯后，可作为化学级丙烯产品。为了获得聚合级产品,则要用精馏法除去少量C2，再进入丙烯精馏塔,分离丙烷。⑤脱丙烷塔底物料送入脱于烷塔，塔顶馏出的碳四馏分可作商品出售或用于抽提丁二烯与丁烯。塔底得到碳五以上裂解汽油。

随着国民经济的不断发展，低温法空气分离装置在冶金、化工、煤化工、航天等行业中己广泛地使用。近几年空气分离技术不断发展，逐步呈现大型化、现代化，自动化程度越来越高的趋势。为了提升驾驭大型化、现代化气体空分设备的能力，全面提升操作岗位人员的技术能力，是有效地开展职工技术学习和能力训练，我们组织编写了《气体深冷分离操作指南》。

本书是冶金动力职业技能培训系列教材中的一本，主要讲述低温法气体分离装置及其配套设备的操作和维护技术，适用于岗位技能培训。对专业理论知识以必需和够用为原则，重点突出实际操作技能，可操作性强，具有通俗性、针对性、实用性和广泛性的特点。希望本书能对低温空气分离装置的操作者和管理者有所帮助口通过学习操作案例和事故案例，避免生产过程中的操作失误；通过学习空气分离系统的操作和维护，提高岗位系统意识，协调好系统之间的关系，做好设备安装管理工作，做好设备操作及保养，保证正常生产秩序的进行。

本书是许多工程技术人员在统一提纲下分别编写的，主编：李耀、张卫，参编人员有李军、陈利斌、杨毅坤、帅勇氏、王文峰、高国强、李献平、李宏、李建坡、赵玲、何安国、葛兰、仝献华、李欢乐、王建让、韩文庆、陈和林，全书由李军统稿。

由于我们的技术视野和技术积累有限，编写经验不足，书中难免存在错、漏之处，欢迎读者朋友指正。

出版社：机械工业出版社

图书类别：工业气体

书名：气体深冷分离操作指南

丛书名：冶金动力职业技能培训系列教材

书号：978-7-111-32583-3

作者：李耀 张卫 主编

出版日期：2011年2月

开本：大32

页数：328页

字数：273千字

定价：24.00元