煤制气液化分离工艺技术研究

王万庚

摘  要：当前，随着我国煤炭和天然气技术的发展和进步，不仅有效促进了我国煤炭和天然气产业的发展，而且为煤炭化工行业提供了新的发展机遇。煤制气的成分与天然气不同，主要成分是CO、H2和CH4。液化分离装置的目的是将一氧化碳和H2从煤制气中分离出来产生甲烷，并将液态甲烷分离成液化天然气的副产品。煤制气液化分离工艺与LGN产品液化分离工艺大不相同。本文主要分析探讨了煤制气液化分离工艺及相关特性，对提高煤制气液化分离工艺水平具有积极意义。

关键词：煤制气;脱水;托甲醇;液化;甲烷分离

中国的煤炭储量很大，但煤炭资源利用不足，煤炭工业发展相对缓慢，使用的技术相对落后。20世纪90年代初，中国只开发了煤的气化技术，即喷嘴。但是，与外国技术相比，中国仍然存在着一定的差距。随后，中国自主研制了属于流化床气化的煤制气液化技术，是我国煤制气技术的第二代。它在现有基础上取得了重大进展，促进了国家煤炭天然气工业的发展。但是，总的来说，中国煤制气技术的改进还有很多工作要做。

一、煤制气的液化分离装置介绍

煤的液化分离分为三个阶段：第一阶段是煤进入设备的过程，第二阶段是煤的净化过程。第三步是煤制气液化成气体的过程。首先是煤层气进口装置，其结构主要由净化部分和液化部分两部分组成。煤进入液化分离装置后，首先净化装置的净化部分去除杂质，然后进入液化部分，主要是甲烷液化和甲烷转化为液态甲烷。液化方法和技术与天然气类似，有更多的共同之处。煤制气液化分离装置的主要目的是分离和液化净化后的煤，使其成为生产和生活的天然气。

二、煤制气净化工艺相关特点介绍

1.煤制气净化特点

与传统的天然气液化不同，煤制气的净化不需要安装分离二氧化碳的装置。这是因为煤制气中的实际二氧化碳含量低于20×10·-6，远远低于最大允许标准，而且二氧化碳的痕迹不会影响随后的过程。换向阀和吸附剂的使用寿命较长，换向器损耗较低，防止分子筛吹的措施有效。吸附开关再生时，主要采用恒定流量的有效控制方法，提高主塔运行的可靠性和稳定性。煤制气通常含有大量汞，需要彻底消除。为确保捕集率，两个脱碳床必须同时工作，以确保更换其中一个吸附剂不会影响正常脱碳。实践证明，这种方法可实现预期的脱氯效果，并为进一步分离液化奠定良好的基础。含硫活性炭通常用作汞捕集剂。

2.煤制气液化与分离特性

煤气化液化所需制冷剂的数量完全来自混合制冷系统，该系统主要使用五种制冷剂：五氯苯酚、氮、甲烷、乙烯和丙烷。每台制冷剂均以液态-气态共存的形式储存在冰箱中，并使用J-T阀进行膨胀冷却。为了进一步提高甲烷气体的液化效果，在出口产品管道中添加了冷分离罐，即完全连通的甲烷液氮被用作另一种冷却来源，用于冷却蒸馏装置顶部的合成气体，以分离甲烷。对于整个液氮系统，它主要由一个分离罐和一个进出口氮气压缩装置组成，形成一个完整的封闭回路。分馏塔的工作原理是充分利用氢、甲烷和一氧化碳沸点之间的显着差异，有针对性地分离甲烷，以优化能源使用。

三、煤制气液化分离技术分析

1.煤制气净化工艺

在液化煤制气之前，必须从原油中去除水和甲烷。这些组件可能在低温下冻结、锁定设备或降低热交换器性能。使用分子筛过滤器/分离器捕获可从原料氣压缩机冷却器中流出的工艺流体。原油进入吸附分子筛干燥器顶部（以UOP13X-HP分子筛为干燥剂），压力为4.76MPa，温度为35℃。当原料气体通过床时，原料气体中所含的水和甲醇被吸附在床上。一张床吸收水和甲烷，另一张床处于再生状态，干燥和脱水的整个周期为24小时，包括12小时吸附、7.3小时加热、3.7小时冷却和1小时交换。低压氮用作再生介质，低压氮由再生气体再热器加热约232℃。在再生过程中，饱和床吸附的水和甲烷被分子筛去除，再生后的气体被排放到大气中;在冷却段中，再生气体不通过再热器加热。干粗气离开分子筛，通过灰尘过滤器去除分子筛中未捕获的吸附灰尘或固体杂质。如果汞含量超过标准，铝冰箱可能会严重损坏和破裂。干燥后气体进入脱氯床，脱氯剂为活性碳浸渍硫。从原油中去除汞，进入碳粉过滤器过滤活性碳。除了更换一个除污床中的吸附剂外，这两个床在正常运行条件下同时运行。

2.煤制气液化分离

上述净化过程完成后，气体将进入液体分离装置。实际上，常用的液化分离装置是使用许多新技术制造的，例如与氮混合的制冷剂的氮循环，这些技术满足了产品的纯度要求，分离效率很高。其中氮气制冷剂和原料气体在主换热器中冷凝。均匀预处理后，原料气体被送至热交换器，热交换器从第一通路连续向下流动，首次冷却至-82℃。分馏的底部由气体本身加热。分馏塔出口的原料气体第二次冷却至-113℃，压力约为4.65MPa，返回换热器后，原料气体的实际温度冷却至-151℃，最后在分离器内进行分离。分离器出口的气相材料在稍微膨胀后进入分馏塔;分离器导出的液相材料通过限制器阀降低工作压力，然后进入分离器。分馏塔分选后，柱头产品为氢和一氧化碳，柱底产品为液化天然气。分馏塔顶部装有能将气体温度降至-177.2c的冷凝器（制冷能力主要由氮气制冷剂提供）。冷凝器排出的液体仍由回流罐分离，产生的回流液体在回流泵作用下进入分馏塔。此时，整个液化过程已经完成，回流罐产生的气体是合成气体的产物。目前，煤制气液化分离技术已经达到成熟的应用水平，取得了良好的效果。

结束语

综上所述可知，随着中国煤制气水平的不断提高，煤制气的液化和分离提出了更高的要求。实际上，在认真清理煤制气系统的基础上，必须严格遵守规章制度和要求进行液化分离，以确保所有环节的质量和效果。只有这样，才能满足液化要求，并改进煤制气和加工技术。

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