煤制氣液化分離工藝技術(shù)研究

王萬庚

摘? 要：當(dāng)前，隨著我國煤炭和天然氣技術(shù)的發(fā)展和進步，不僅有效促進了我國煤炭和天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且為煤炭化工行業(yè)提供了新的發(fā)展機遇。煤制氣的成分與天然氣不同，主要成分是CO、H2和CH4。液化分離裝置的目的是將一氧化碳和H2從煤制氣中分離出來產(chǎn)生甲烷，并將液態(tài)甲烷分離成液化天然氣的副產(chǎn)品。煤制氣液化分離工藝與LGN產(chǎn)品液化分離工藝大不相同。本文主要分析探討了煤制氣液化分離工藝及相關(guān)特性，對提高煤制氣液化分離工藝水平具有積極意義。

關(guān)鍵詞：煤制氣;脫水;托甲醇;液化;甲烷分離

中國的煤炭儲量很大，但煤炭資源利用不足，煤炭工業(yè)發(fā)展相對緩慢，使用的技術(shù)相對落后。20世紀(jì)90年代初，中國只開發(fā)了煤的氣化技術(shù)，即噴嘴。但是，與外國技術(shù)相比，中國仍然存在著一定的差距。隨后，中國自主研制了屬于流化床氣化的煤制氣液化技術(shù)，是我國煤制氣技術(shù)的第二代。它在現(xiàn)有基礎(chǔ)上取得了重大進展，促進了國家煤炭天然氣工業(yè)的發(fā)展。但是，總的來說，中國煤制氣技術(shù)的改進還有很多工作要做。

一、煤制氣的液化分離裝置介紹

煤的液化分離分為三個階段：第一階段是煤進入設(shè)備的過程，第二階段是煤的凈化過程。第三步是煤制氣液化成氣體的過程。首先是煤層氣進口裝置，其結(jié)構(gòu)主要由凈化部分和液化部分兩部分組成。煤進入液化分離裝置后，首先凈化裝置的凈化部分去除雜質(zhì)，然后進入液化部分，主要是甲烷液化和甲烷轉(zhuǎn)化為液態(tài)甲烷。液化方法和技術(shù)與天然氣類似，有更多的共同之處。煤制氣液化分離裝置的主要目的是分離和液化凈化后的煤，使其成為生產(chǎn)和生活的天然氣。

二、煤制氣凈化工藝相關(guān)特點介紹

1.煤制氣凈化特點

與傳統(tǒng)的天然氣液化不同，煤制氣的凈化不需要安裝分離二氧化碳的裝置。這是因為煤制氣中的實際二氧化碳含量低于20×10·-6，遠遠低于最大允許標(biāo)準(zhǔn)，而且二氧化碳的痕跡不會影響隨后的過程。換向閥和吸附劑的使用壽命較長，換向器損耗較低，防止分子篩吹的措施有效。吸附開關(guān)再生時，主要采用恒定流量的有效控制方法，提高主塔運行的可靠性和穩(wěn)定性。煤制氣通常含有大量汞，需要徹底消除。為確保捕集率，兩個脫碳床必須同時工作，以確保更換其中一個吸附劑不會影響正常脫碳。實踐證明，這種方法可實現(xiàn)預(yù)期的脫氯效果，并為進一步分離液化奠定良好的基礎(chǔ)。含硫活性炭通常用作汞捕集劑。

2.煤制氣液化與分離特性

煤氣化液化所需制冷劑的數(shù)量完全來自混合制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要使用五種制冷劑：五氯苯酚、氮、甲烷、乙烯和丙烷。每臺制冷劑均以液態(tài)-氣態(tài)共存的形式儲存在冰箱中，并使用J-T閥進行膨脹冷卻。為了進一步提高甲烷氣體的液化效果，在出口產(chǎn)品管道中添加了冷分離罐，即完全連通的甲烷液氮被用作另一種冷卻來源，用于冷卻蒸餾裝置頂部的合成氣體，以分離甲烷。對于整個液氮系統(tǒng)，它主要由一個分離罐和一個進出口氮氣壓縮裝置組成，形成一個完整的封閉回路。分餾塔的工作原理是充分利用氫、甲烷和一氧化碳沸點之間的顯著差異，有針對性地分離甲烷，以優(yōu)化能源使用。

三、煤制氣液化分離技術(shù)分析

1.煤制氣凈化工藝

在液化煤制氣之前，必須從原油中去除水和甲烷。這些組件可能在低溫下凍結(jié)、鎖定設(shè)備或降低熱交換器性能。使用分子篩過濾器/分離器捕獲可從原料氣壓縮機冷卻器中流出的工藝流體。原油進入吸附分子篩干燥器頂部（以UOP13X-HP分子篩為干燥劑），壓力為4.76MPa，溫度為35℃。當(dāng)原料氣體通過床時，原料氣體中所含的水和甲醇被吸附在床上。一張床吸收水和甲烷，另一張床處于再生狀態(tài)，干燥和脫水的整個周期為24小時，包括12小時吸附、7.3小時加熱、3.7小時冷卻和1小時交換。低壓氮用作再生介質(zhì)，低壓氮由再生氣體再熱器加熱約232℃。在再生過程中，飽和床吸附的水和甲烷被分子篩去除，再生后的氣體被排放到大氣中;在冷卻段中，再生氣體不通過再熱器加熱。干粗氣離開分子篩，通過灰塵過濾器去除分子篩中未捕獲的吸附灰塵或固體雜質(zhì)。如果汞含量超過標(biāo)準(zhǔn)，鋁冰箱可能會嚴(yán)重損壞和破裂。干燥后氣體進入脫氯床，脫氯劑為活性碳浸漬硫。從原油中去除汞，進入碳粉過濾器過濾活性碳。除了更換一個除污床中的吸附劑外，這兩個床在正常運行條件下同時運行。

2.煤制氣液化分離

上述凈化過程完成后，氣體將進入液體分離裝置。實際上，常用的液化分離裝置是使用許多新技術(shù)制造的，例如與氮混合的制冷劑的氮循環(huán)，這些技術(shù)滿足了產(chǎn)品的純度要求，分離效率很高。其中氮氣制冷劑和原料氣體在主換熱器中冷凝。均勻預(yù)處理后，原料氣體被送至熱交換器，熱交換器從第一通路連續(xù)向下流動，首次冷卻至-82℃。分餾的底部由氣體本身加熱。分餾塔出口的原料氣體第二次冷卻至-113℃，壓力約為4.65MPa，返回換熱器后，原料氣體的實際溫度冷卻至-151℃，最后在分離器內(nèi)進行分離。分離器出口的氣相材料在稍微膨脹后進入分餾塔;分離器導(dǎo)出的液相材料通過限制器閥降低工作壓力，然后進入分離器。分餾塔分選后，柱頭產(chǎn)品為氫和一氧化碳，柱底產(chǎn)品為液化天然氣。分餾塔頂部裝有能將氣體溫度降至-177.2c的冷凝器（制冷能力主要由氮氣制冷劑提供）。冷凝器排出的液體仍由回流罐分離，產(chǎn)生的回流液體在回流泵作用下進入分餾塔。此時，整個液化過程已經(jīng)完成，回流罐產(chǎn)生的氣體是合成氣體的產(chǎn)物。目前，煤制氣液化分離技術(shù)已經(jīng)達到成熟的應(yīng)用水平，取得了良好的效果。

結(jié)束語

綜上所述可知，隨著中國煤制氣水平的不斷提高，煤制氣的液化和分離提出了更高的要求。實際上，在認(rèn)真清理煤制氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，必須嚴(yán)格遵守規(guī)章制度和要求進行液化分離，以確保所有環(huán)節(jié)的質(zhì)量和效果。只有這樣，才能滿足液化要求，并改進煤制氣和加工技術(shù)。

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