一种分子筛脱苯的方法技术领域
本发明涉及一种分子筛用于天然气脱苯的方法。
背景技术
液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)，主要成分是甲烷，被公认是地球
上最干净的化石能源，无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/
625，液化天然气的质量仅为同体积水的45%左右。液化天然气的生产主要包括净化过程和
液化过程。由于液化过程是一个低温过程，为了避免在低温下由于苯冻结而堵塞管道，在液
化之前对天然气进行脱苯是净化过程的重要部分之一。
天然气脱苯的方法有吸附法和吸收法。吸收法是用与苯化学性质相似的溶剂洗涤
苯，将天然气中所含的苯吸收，常用的吸收剂有柴油、醇类、异戊烷等。CN 1490386A公开了
采用异戊烷脱除天然气中苯的方法，将异戊烷介质送入脱苯塔顶部，使异戊烷与天然气逆
流接触，从而将天然气中的苯洗涤下来，净化后天然气中苯的摩尔含量可降至10ppm。该方
法脱苯塔内部结构复杂、吸收剂用量大、成本较高。一般适用于处理天然气中苯含量较低的
工况。
吸附法是利用天然气各组份在吸附剂表面吸附能力的差别而使其分离，是目前国
内外液化天然气工厂脱苯的常用方法，常用的吸附剂为活性炭。CN 101077983A公开了一种
采用活性炭吸附天然气中苯的方法，在两个装填有活性炭吸附剂的床层中循环运行变温吸
附，净化后天然气中苯的摩尔含量可降至10ppm以下。
从理论上分析，苯是非常对称的分子，是标准的非极性分子。活性炭中的C-C键是
非极性键，活性炭分子可看成非极性的。活性炭对非极性分子如烷烃、苯等有较强的吸附作
用。因此，当采用活性炭用于天然气中脱苯时，在吸附苯的同时也吸附了天然气中的烷烃分
子，为了满足净化后天然气中苯的摩尔含量＜10ppm的要求，吸附剂用量较大，造成设备投
资高、再生能耗负荷大。
分子筛也是一种常用的吸附剂，它是一种硅铝酸盐多微孔晶体，是由硅氧、铝氧四
面体组成基本的骨架结构，在晶格中存在着金属阳离子（如 Na+，K+，Ca2+，Li+ 等），以平衡晶
体中多余的负电荷。分子筛对物质的吸附来源于物理吸附（范德华力），其晶体孔穴内部有
很强的极性和库仑场，吸引极性分子的负极中心，或是通过静电诱导使可极化的分子极化。
因此，含有极性基团如-OH、-NH2或含有可极化的基团如-C=C-、C6H5-的分子，能与分子筛表
面发生强烈的作用。正是由于苯中含有可极化的基团C6H5-，分子筛对苯具有强烈的吸附能
力，作为吸附剂脱除天然气中的苯，将具有良好的效果。
分子筛用于天然气脱苯的报道很少，在已公开发表的文献《天然气液化预处理工
艺流程》（张朋波，王兆银，张兴兴）中阐述了用5A分子筛吸附天然气中的苯和重烃。但从吸
附理论上分析，苯分子直径为 5.85埃 ，而5A分子筛活性表面微孔孔径为 4.9埃左右，被吸
附分子苯的直径大于吸附剂分子筛，苯是无法被5A分子筛吸附的，该方法是不可行的。
因此，针对目前天然气脱苯方法中存在的不足，提供一种吸附性能好、适用范围广
的分子筛脱苯方法。
发明内容
本发明的目的在于：针对目前天然气脱苯方法中存在的不足，提供一种吸附性能
好、适用范围广的分子筛脱苯方法，实现天然气脱苯过程中物耗和能耗的优化。包括以下步
骤：
a、含苯天然气系统将含苯天然气经管道送入A分子筛吸附塔的顶部在塔内进行吸附；
b、经吸附脱苯后的天然气从A分子筛吸附塔的底部排出，一部分被送入下一工序处理，
另一部分作为再生气经管道进入加热器内进行加热；
c、经加热器加热后的再生气进入B分子筛吸附塔底部，对在B分子筛吸附塔内的分子筛
进行加热再生；
d、当B分子筛吸附塔的顶部出口温度在220℃保持恒定10min后，加热器停止加热；再生
气经加热器旁通管线进入B分子筛吸附塔底部进行冷吹，当B分子筛吸附塔顶部出口温度在
40℃左右保持恒定10min，冷吹结束；
e、从B分子筛吸附塔顶部出来的再生气经再生气冷却器冷却、再生气分离器分离后返
回A分子筛吸附塔入口管线，进行循环利用；
f、A、B两座分子筛吸附塔切换，进行吸附、再生过程。
所述加热器的加热温度为240℃-260℃。
所述的一种天然气脱苯的方法中至少设有两座分子筛吸附塔。
所述分子筛型号为NaY、10X和13X 中的一种或者任意几种组合。
本发明的优点在于：本发明中所述的分子筛脱除天然气中苯的方法，是在至少两
个装填有分子筛的吸附塔的循环运行变温吸附系统中。系统的每一次运行，各吸附塔依次
进行吸附和再生，以保证天然气脱苯过程连续进行。
本发明中分子筛吸附塔的温度采用专业的程序控制，减少了人工控制的误差，提
高了分子筛的利用率；加热采用的是导热油加热，可以循环利用，节约能源的同时也节约了
成本；使用再生的天然气循环返回系统，避免了浪费。
本发明采用的分子筛特殊的晶体结构其孔结构均匀一致，孔大小分布单一，对于
比其孔径小的物质具有极强的吸附能力，对低浓度的吸附质也有很高的吸附容量，在天然
气中苯的含量在本来就低的情况下脱除，本发明所采用分子筛是一个很好的选择；分子筛
通过骨架外阳离子交换，可以调变其孔的尺寸，可以凭借吸附质分子的大小及几何形状选
择吸附，本发明采用的分子筛是按照金刚石晶体式样排列的，金刚石结构中的每个碳原子
由一个β笼代替，相邻的β笼通过六元环以六个氧桥相互联结，其结构与苯环类似，可对天然
气中的苯选择吸附；分子筛其晶体孔穴内部有很强的极性和库仑场，吸引极性分子的负极
中心，或是通过静电诱导使可极化的分子极化，对极性分子和不饱和分子具有优先吸附的
能力，本发明采用的分子筛对天然气中不饱和度高的苯有很高的吸附能力；在较高和较低
的吸附质分压下，仍有较高的吸附容量。因此本发明采用的分子筛对苯具有强烈的吸附能
力，作为吸附剂脱除天然气中的苯，将具有良好的效果。
本发明中再生气经再生气冷却器冷却、再生气分离器分离后，天然气中的苯被冷
凝分离。
采用本发明，天然气脱苯流程得到简化，脱苯效果提高，所用的分子筛量很少，净
化后的天然气苯含量可降至5ppm以下，能够满足天然气液化的需要。
附图说明
图为本发明的工艺流程图。
图中：1-A分子筛吸收塔、2-B分子筛吸收塔、3-再生气加热器、4-再生气冷却器、5-
再生气分离器。
具体实施方式
附图非限制性公开了本发明的一个具体实施案例，下面结合附图对本发明做进一
步的描述。
由图可知，一种分子筛脱苯的方法，所述方法中至少设有两座分子筛吸附塔，包括
以下步骤：
a、含苯天然气系统将含苯天然气经管道送入A分子筛吸附塔的顶部在塔内进行吸附；
b、经吸附脱苯后的天然气从A分子筛吸附塔的底部排出，一部分被送入下一工序处理，
另一部分作为再生气经管道进入加热器内进行加热；
c、经加热器加热后的再生气进入B分子筛吸附塔底部，对在B分子筛吸附塔内的分子筛
进行加热再生；
d、当B分子筛吸附塔的顶部出口温度在220℃保持恒定10min后，加热器停止加热；再生
气经加热器旁通管线进入B分子筛吸附塔底部进行冷吹，当B分子筛吸附塔顶部出口温度在
40℃左右保持恒定10min，冷吹结束；
e、从B分子筛吸附塔顶部出来的再生气经再生气冷却器冷却、再生气分离器分离后返
回A分子筛吸附塔入口管线，进行循环利用；
f、A、B两座分子筛吸附塔切换，进行吸附、再生过程。
天然气交替流经两个充满分子筛的吸附塔，一塔在吸附时，另一塔在再生。两塔按
所设定的程序切换，交替工作，其步骤如下：
A分子筛吸附塔吸附、B分子筛吸附塔再生时：
含苯天然气经管线送入A分子筛吸附塔的顶部进行吸附，经吸附脱苯后的天然气从A分
子筛吸附塔的底部排出，一部分被送入下一工序处理，经脱苯后的天然气另一部分作为再
生气，经管道进入再生气加热器内进行加热，加热温度为240℃~260℃，然后再生气经过管
道进入B分子筛吸附塔底部，在B分子筛吸附塔内进行加热再生，当B分子筛吸附塔的顶部出
口温度在220℃保持恒定10min后，再生气加热器停止加热，再生气经再生气加热器旁通管
线进入B分子筛吸附塔底部进行冷吹，当B分子筛吸附塔顶部出口温度在40℃左右保持恒定
10min，冷吹结束；从B分子筛吸附塔顶部出来的再生气经再生气冷却器冷却、再生气分离器
分离后返回A分子筛吸附塔入口管线，进行循环利用。
B分子筛吸附塔吸附、A分子筛吸附塔再生时：
含苯天然气经管线送入B分子筛吸附塔的顶部进行吸附，经吸附脱苯后的天然气从B分
子筛吸附塔的底部排出，一部分被送入下一工序处理，经脱苯后的天然气另一部分作为再
生气，经管道进入再生气加热器内进行加热，加热温度为240℃~260℃，然后再生气经过管
道进入A分子筛吸附塔底部，在A分子筛吸附塔内进行加热再生，当A分子筛吸附塔的顶部出
口温度在220℃保持恒定10min后，再生气加热器停止加热，再生气经再生气加热器旁通管
线进入A分子筛吸附塔底部进行冷吹，当A分子筛吸附塔顶部出口温度在40℃左右保持恒定
10min，冷吹结束；从A分子筛吸附塔顶部出来的再生气经再生气冷却器冷却、再生气分离器
分离后的气相返回A分子筛吸附塔入口管线，进行循环利用，含有苯的液相进入下一道工序
处理。
采用本发明，天然气脱苯流程得到简化，所用分子筛对苯脱除效果提高，且所用的
分子筛量很少，净化后的天然气苯含量可降至5ppm以下，能够满足天然气液化的需要。