天然气作为世界公认的清洁能源,其消费量与日俱增。然而,部分常规和非常规天然气含有较高浓度的氮气,品质较低。氮气的存在会降低天然气的热值、无法满足管道输送的要求,同时也会降低管输能力、增加动力和燃料消耗。因此,脱除天然气中的氮气具有十分重要的意义。对冷油吸收法脱氮工艺进行了研究。主要包括以下内容:(1)根据相似相溶原理,选取与甲烷在结构和性质方面较为相近的C5～C9溶剂进行研究,计算对比了各种纯溶剂在吸收性能、选择性能和再生性能方面的差异,同时探究了溶剂混合后的吸收效果,最终选取C5溶剂作为吸收剂。(2)为了获取工艺所需冷量,计算对比了单级压缩制冷系统和两级压缩制冷系统在性能方面的差异,结果表明,在获取相同制冷量的条件下,与单级压缩制冷系统相比,两级压缩制冷系统功耗节省约15%,经济性更好,因此选取一级节流中间不完全冷却的两级压缩制冷系统,制冷剂选用丙烷。(3)在文献调研的基础上,提出了四种冷油吸收脱氮方案。借助HYSYS过程模拟软件,建立了各方案的计算模型。通过对各种方案进行技术、经济以及适应性对比,确定了最佳的脱氮方案。(4)对选出的脱氮方案进行参数敏感性分析,确定流程中关键参数取值范围。借助正交试验设计,探究各参数对指标的影响程度,通过对数据进行极差分析和方差检验,确定了对比功耗影响较为显著的三个因素:吸收压力、一级解吸压力和贫液温度。然后,在正交试验结果的基础上,对影响比功耗较为显著的三个因素进行进一步的分析。借助响应面分析方法,对参数进行连续寻优,同时考虑制冷系统制冷温度区间,确定了最佳参数水平组合:吸收压力为2.0MPa;贫液温度为-35℃;一级解吸压力为1.9MPa。经验证,新的参数组合对应的比功耗为0.166kW·h/m3,甲烷回收率为97.3%,产品气高发热值为35.71MJ/m3。与优化前相比,优化后的流程比功耗降低8.3%。(5)计算分析了在吸收剂组成、原料气中氮气浓度和乙烷浓度改变的情况下,工艺的适应性。结果表明,当吸收剂或原料气中乙烷浓度改变时,通过调节贫液循环量,工艺处理效果达标。当原料气中氮气浓度达到40%甚至更高时,不能一味追求高甲烷回收率,为了使产品气热值达标,应适当放宽对甲烷回收率的要求。