王萬(wàn)庚

摘? 要：當(dāng)前，隨著我國(guó)煤炭和天然氣技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，不僅有效促進(jìn)了我國(guó)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(jī)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(lái)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(duì)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(guó)的煤炭?jī)?chǔ)量很大，但煤炭資源利用不足，煤炭工業(yè)發(fā)展相對(duì)緩慢，使用的技術(shù)相對(duì)落后。20世紀(jì)90年代初，中國(guó)只開(kāi)發(fā)了煤的氣化技術(shù)，即噴嘴。但是，與外國(guó)技術(shù)相比，中國(guó)仍然存在著一定的差距。隨后，中國(guó)自主研制了屬于流化床氣化的煤制氣液化技術(shù)，是我國(guó)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(jìn)展，促進(jìn)了國(guó)家煤炭天然氣工業(yè)的發(fā)展。但是，總的來(lái)說(shuō)，中國(guó)煤制氣技術(shù)的改進(jìn)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(gè)階段：第一階段是煤進(jìn)入設(shè)備的過(guò)程，第二階段是煤的凈化過(guò)程。第三步是煤制氣液化成氣體的過(guò)程。首先是煤層氣進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)介紹

1.煤制氣凈化特點(diǎn)

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?yàn)槊褐茪庵械膶?shí)際二氧化碳含量低于20×10·-6，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于最大允許標(biāo)準(zhǔn)，而且二氧化碳的痕跡不會(huì)影響隨后的過(guò)程。換向閥和吸附劑的使用壽命較長(zhǎng)，換向器損耗較低，防止分子篩吹的措施有效。吸附開(kāi)關(guān)再生時(shí)，主要采用恒定流量的有效控制方法，提高主塔運(yùn)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(gè)脫碳床必須同時(shí)工作，以確保更換其中一個(gè)吸附劑不會(huì)影響正常脫碳。實(shí)踐證明，這種方法可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的脫氯效果，并為進(jìn)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(lái)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(tái)制冷劑均以液態(tài)-氣態(tài)共存的形式儲(chǔ)存在冰箱中，并使用J-T閥進(jìn)行膨脹冷卻。為了進(jìn)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(lái)源，用于冷卻蒸餾裝置頂部的合成氣體，以分離甲烷。對(duì)于整個(gè)液氮系統(tǒng)，它主要由一個(gè)分離罐和一個(gè)進(jìn)出口氮?dú)鈮嚎s裝置組成，形成一個(gè)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(diǎn)之間的顯著差異，有針對(duì)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(guò)濾器/分離器捕獲可從原料氣壓縮機(jī)冷卻器中流出的工藝流體。原油進(jìn)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(guò)床時(shí)，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(gè)周期為24小時(shí)，包括12小時(shí)吸附、7.3小時(shí)加熱、3.7小時(shí)冷卻和1小時(shí)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(guò)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(guò)再熱器加熱。干粗氣離開(kāi)分子篩，通過(guò)灰塵過(guò)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(guò)標(biāo)準(zhǔn)，鋁冰箱可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞和破裂。干燥后氣體進(jìn)入脫氯床，脫氯劑為活性碳浸漬硫。從原油中去除汞，進(jìn)入碳粉過(guò)濾器過(guò)濾活性碳。除了更換一個(gè)除污床中的吸附劑外，這兩個(gè)床在正常運(yùn)行條件下同時(shí)運(yùn)行。

2.煤制氣液化分離

上述凈化過(guò)程完成后，氣體將進(jìn)入液體分離裝置。實(shí)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?dú)庵评鋭┖驮蠚怏w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(dòng)，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?fù)Q熱器后，原料氣體的實(shí)際溫度冷卻至-151℃，最后在分離器內(nèi)進(jìn)行分離。分離器出口的氣相材料在稍微膨脹后進(jìn)入分餾塔;分離器導(dǎo)出的液相材料通過(guò)限制器閥降低工作壓力，然后進(jìn)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?dú)庵评鋭┨峁?。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(jìn)入分餾塔。此時(shí)，整個(gè)液化過(guò)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(dá)到成熟的應(yīng)用水平，取得了良好的效果。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述可知，隨著中國(guó)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(shí)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(jìn)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(jìn)煤制氣和加工技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉金昌，張玉柱，黨鉀濤，曹俊雅，解強(qiáng).CO2作煤粉輸送載氣對(duì)GSP氣化過(guò)程影響的模擬研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（05）.

[2]皮光林，董秀成，鮑玲，等.我國(guó)煤制氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響因素研究[J].中國(guó)統(tǒng)計(jì)，2015（8）.

[3]韓少華，閆曉敏，王寶鳳，張進(jìn)軍.離子液體作用下褐煤與生物質(zhì)在亞臨界水中共液化[J]，化工學(xué)報(bào).2016（13）.

[4]賴秀文，張淑文，胡明輝，等.煤制甲醇中合成氣深冷分離制LNG的流程研制[J].深冷技術(shù)，2015，（2）：34-38.

[5]董饋寶.幾種煤制氣方法的技術(shù)應(yīng)用及工藝比較[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2017，9（3）：93-94.

[6]張小麗，趙忠，劉和靜.煤制氣方法的技術(shù)現(xiàn)狀及工藝研究[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2019，11（10）：92.