基于煤炭地下气化气体的净化分离系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于煤炭地下气化气体的净化分离系统，它包括初净化处理系统、低温冷却分离系统和深冷分离系统，其中所述初净化处理系统的气体出口与所述低温冷却分离系统的气体入口相连通，所述低温冷却分离系统的吸附后气体出口与所述深冷分离系统的气体入口相连通；本实用新型的气体分离流程短、设备投资费用低，操作简单，回收余热，气体净化分离效果好，产品多样，综合利用率高，分离出二氧化碳满足用作油田驱油剂要求，甲烷满足国家标准热值的天然气要求，同时副产煤焦油和硫磺，一氧化碳和氢气可用于热电联产发电。
【专利说明】
基于煤炭地下气化气体的净化分离系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及煤化工和洁净煤技术领域，具体的说是涉及一种从煤炭地下气化气体中分离出COdPCH4，同时副产电力、煤焦油、硫磺等的系统。
【背景技术】
[0002]煤炭地下气化(Underground CoalGasificat1n,以下简称UCG)技术是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧。通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体，综合开发清洁能源与生产化工原料的新技术。其实质是仅仅提取煤中的含能组分，而将灰渣等污染物留在井下。与传统的煤炭地下开采相比，UCG技术具有安全、高效、污染少等优点。
[0003]通过UCG技术将化石能源的煤炭转化为清洁燃料，包括生产氢气等高技术含量、高附加值的能源、化工产品；可以清洁高效发电，调整电源结构;或用以合成燃油和天然气以替代石油，减少我国对进口石油和天然气的依赖，从而提高我国能源的安全水平;有利于降低碳排放和减少对生态环境的影响，减少使用煤炭对大气的污染，其生产过程可将大量的煤灰、煤矸石等留存地下，实现不占地、不污染地表环境以及减轻地面沉陷。UCG生产的气体中的H2、CO、CH4、C02、H2S等经过净化，各种成分可分别被回收、利用和储存，使温室气体CO2及硫、氮等污染物的排放降到最低。
[0004]UCG技术解决了传统采煤的多种地质灾害，防止煤炭开采的安全事故，使煤炭生产更加安全，也大大减少了矿难和煤矿工人的职业病。
[0005]UCG技术生产煤气，而煤气运输方便，可以显著减轻煤炭运输压力。
[0006]UCG技术开辟了煤炭高效、清洁、低碳开发利用的新途径，将对能源供应体系、煤炭和煤电基地建设、区域经济发展、节能减排产生重大影响。
[0007]UCG技术的突破，对于解决一次能源以煤炭为主、电源以煤电为主的能源结构有着极大的现实意义和长远的战略意义。
[0008]CO2驱油技术就是把CO2注入油层中以提高采油率。国际能源机构评估认为，全世界适合CO2驱油开发的资源约为3000亿?6000亿桶。由于CO2是一种在油和水中溶解度都很高的气体，当它大量溶解于原油中时，可以使原油体积膨胀、黏度下降，还可以降低油水间的界面张力。与其他驱油技术相比，CO2驱油具有适用范围大、驱油成本低、采油率提高显著等优点。这项技术不仅能满足油田开发需求，还能解决CO2的封存问题，保护大气环境。
[0009]CO2驱油是一项成熟的采油技术。据不完全统计，目前全世界正在实施的CO2驱油项目有近80个。美国是CO2驱油项目开展最多的国家，每年注入油藏的CO2量约为2000?3000万吨，其中300万吨来自煤气化厂和化肥厂的废气。
[0010]据“中国陆上已开发油田提高采收率第二次潜力评价及发展战略研究”结果，CO2在中国石油开采中有着巨大的应用潜力。中国现已探明的63.2亿吨低渗透油藏原油储量，尤其是其中50%左右尚未动用的储量，运用⑶2驱比水驱具有更明显的技术优势。可以预测，随着技术的发展完善和应用范围的不断扩大，CO2将成为中国改善油田开发效果、提高原油采收率的重要资源。[0011 ] 据报道，⑶2驱油已经在中石油吉林油田、中石化胜利油田完成先导性试验，可提高原油采收率8 %?20 %，同时将50 %?60 %的CO2封存在地下。
[0012]CH4是天然气的主要成分，主要用作燃料，如民用燃气、工业燃气、车用燃料等。
[0013]中国天然气供应的缺口正逐年加大，对外依存度更是呈快速上升之势。据有关数据预测，到2020年，中国天然气缺口将达1000亿立方米。这从客观上加大了对非常规天然气及替代天然气的需求力度，除页岩气开发力度加大外，煤制天然气在中国能源战略中也被寄予厚望。
[0014]随着煤化工行业的蓬勃发展和天然气消费量的大幅增长，中国国煤制天然气行业取得长足发展，成为煤化工领域投资热点。一批投资数额巨大的煤制气项目陆续上马，我国煤制天然气领域呈现良好发展势头。
[0015]未来中国天然气供不应求的局面将长期存在，而利用煤炭资源相对丰富的特点发展煤制天然气产业，是缓解中国天然气供求矛盾的一条有效途径。煤制天然气产品的低热值比国家天然气质量标准规定的低热值高17.8%?21 %，能量转化效率高。
[0016]目前中国天然气进口量逐年增加，对外依存度亦与日倶增。出于国家能源安全之考虑，发展煤制天然气实乃上策。发展煤制天然气既可作无天然气供应地区的气源，又可作管道天然气的补充气源和调峰气源。一旦多联产开发成功和应用，则必将最终实现跨行业、多联产、集团化发展之路。
[0017]随着中国工业化、城镇化的发展和人民生活水平的提高，对清洁能源天然气的需求量迅速增长，天然气供不应求的局面将会长期存在。利用中国煤炭资源相对丰富的特点发展煤制天然气产业，补充天然气资源的不足，是一条缓解我国天然气供求矛盾的有效途径，有着广阔的发展前景。
[0018]中国专利公开号CN102977959A就公开了一种地下煤气化生产天然气的工艺，为地下煤气化生产合格天然气的提供了解决方案。技术方案包括地下煤气化生产的粗煤气经预处理除尘、除杂及除焦油后通过鼓风增压后进行常压栲胶脱硫，脱硫后的粗煤气之后被压缩，压缩工艺使用往复式压缩机，采用两段压缩的方式，粗煤气进入压缩机第一段压缩后再脱苯脱萘，然后再进入压缩机的第二段压缩，经压缩后的粗煤气气体压力为2.5-3.5MPaG，经压缩后的粗煤气再进行CO变换、加压栲胶脱硫、MDEA脱碳，净化后的气体最后进行甲烷化反应，生成满足国家标准热值要求的合成天然气。该专利只是为了生产天然气，产品单一，CO变换和甲烷化等化学反应，和MDEA脱碳等过程投资成本大，且粗煤气综合利用率低，耗能大。
[0019]中国专利公开号CN102952598A就公开了一种基于地下煤气化生产天然气的甲烷化工艺，解决了目前为止尚无基于煤炭地下气化技术生产天然气的甲烷化工艺的问题，方法为将原料气经预热后分为2股，第I股原料气与来自第3级反应器的部分合成气一起进入第I级反应器进行甲烷化反应;第2股原料气与出第I级反应器的合成气一起进入第2级反应器进行甲烷化反应；出第2级反应器经降温之后的合成气进入第3级反应器进一步甲烷化反应；出第3级反应器的合成气部分降温后循环至第I级反应器，其余部分合成气经降温后进入第4级反应器进行进一步甲烷化反应，出第4级反应器的气体经冷却降温分离冷凝液之后得到合成天然气。该专利仅是针对甲烷化具体工艺的研究，没有对煤炭地下气化气体整体利用作考虑，有一定的局限性。
【发明内容】
[0020]本实用新型的目的是提供一种基于煤炭地下气化气体净化分离的系统，其处理工艺流程简单，设备投资费用低，可靠性好，分离效果好，产品高效利用，分离出CO2满足用作油田驱油剂要求，CH4满足国家标准热值的天然气要求，H2和CO可用于热电联产发电，另外副产煤焦油和硫磺。
[0021]本实用新型的技术方案是:
[0022]一种基于煤炭地下气化气体的净化分离系统，它包括初净化处理系统、低温冷却分离系统和深冷分离系统，其中所述初净化处理系统的气体出口与所述低温冷却分离系统的气体入口相连通，所述低温冷却分离系统的吸附后气体出口与所述深冷分离系统的气体入口相连通;所述低温冷却分离系统包括低温冷却器、低温气压分离器和二氧化碳吸附塔，所述低温冷却器的气体出口与所述低温气压分离器的气体入口相连通，所述低温气压分离器的气体出口与所述二氧化碳吸附塔的气体入口相连通;所述深冷分离系统包括深冷冷却器、深冷气液分离器和精馏塔，所述深冷冷却器的气体入口与所述二氧化碳吸附塔的吸附后气体出口相连通，所述深冷冷却器的气体出口与所述深冷气液分离器的气体入口相连通，所述深冷气液分离器的液体出口与所述精馏塔的入料口相连通。
[0023]低温冷却分离系统还可以包括压缩机，该压缩机的气体入口与所述初净化处理系统的气体出口相连通，所述压缩机的气体出口与所述温冷却器的气体入口相连通。
[0024]低温冷却分离系统还可以包括二氧化碳提纯塔，该二氧化碳提纯塔的物料入口与所述低温气压分离器的液体出口通过管路相连接，该二氧化碳提纯塔的气体出口通过管路与所述二氧化碳吸附塔的气体入口相连通。
[0025]低温冷却分离系统还可以包括二氧化碳解吸塔，该二氧化碳解吸塔的物料入口与所述二氧化碳吸附塔的活性炭出口相连通。
[0026]初净化处理系统可以包括洗气塔、除尘除油器、湿脱硫塔、干脱硫塔和变温吸附塔，所述洗气塔的气体出口与所述除尘除油器的物料入口相连通，所述除尘除油器的气体出口与所述湿脱硫塔的气体入口相连通，所述湿脱硫塔的气体出口与所述干脱硫塔的气体入口相连通，所述干脱硫塔的气体出口与所述变温吸附塔的气体入口相连通。
[0027]初净化处理系统可以包括低压锅炉换热器和蒸汽分离器，所述低压锅炉换热器的换热后气体出口与所述洗气塔的入口相连通，所述低压锅炉换热器的换热液体出口与所述蒸汽分离器的物料入口相连通，所述蒸汽分离器的低温换热液体出口与所述低压锅炉换热器的换热液体入口相连通。
[0028]初净化处理系统可以包括再生槽和压滤机，所述再生槽的物料入口与所述湿脱硫塔的液体出口相连通，所述再生槽的物料出口与所述压滤机的物料入口相连通。
[0029]本实用新型的气体分离流程短、设备投资费用低，操作简单，回收余热，气体净化分离效果好，产品多样，综合利用率高，分离出二氧化碳满足用作油田驱油剂要求，甲烷满足国家标准热值的天然气要求，同时副产煤焦油和硫磺，一氧化碳和氢气可用于热电联产发电。
【附图说明】
[0030]图1是本实用新型的一种系统结构不意图。
[0031]图中，E-Ol为低压锅炉换热器，V-Ol为蒸汽分离器，C-Ol为洗气塔，X-Ol为除尘除油器，C-02为湿脱硫塔，V-02为再生槽，X-02为压滤机，C-03为干脱硫塔，C-04为变温吸附塔，K-Ol为压缩机，E-02为低温冷却器，V-03为低温气压分离器，C-06为二氧化碳吸附塔，C-05为二氧化碳提纯塔，C-07为二氧化碳解吸塔，E-03为深冷冷却器，V-04为深冷气液分离器，C-08为精馏塔，Al为来自煤炭地下气化装置的粗煤气，A2为氢气和一氧化碳，A3为甲烷，A4为二氧化碳，BI为含粉尘、杂质等的水，B2为低压蒸汽，B3为焦油，B4为栲胶液，B5为硫磺，B6为苯和萘。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0033]如图1所示，本基于煤炭地下气化气体的净化分离系统包括初净化处理系统、低温冷却分离系统和深冷分离系统。所述初净化处理系统的气体出口与所述低温冷却分离系统的气体入口相连通，所述低温冷却分离系统的吸附后气体出口与所述深冷分离系统的气体入口相连通。
[0034]其中初净化处理系统包括低压锅炉换热器、蒸汽分离器、洗气塔、除尘除油器、湿脱硫塔、干脱硫塔和变温吸附塔，低压锅炉换热器的入料口与提供来自煤炭地下气化装置的粗煤气管路相连通，低压锅炉换热器的换热后气体出口与所述洗气塔的入口相连通，所述低压锅炉换热器的换热液体出口与所述蒸汽分离器的物料入口相连通，所述蒸汽分离器的低温换热液体出口与所述低压锅炉换热器的换热液体入口相连通。洗气塔的气体出口与所述除尘除油器的物料入口相连通，所述除尘除油器的气体出口与所述湿脱硫塔的气体入口相连通，所述湿脱硫塔的气体出口与所述干脱硫塔的气体入口相连通，所述干脱硫塔的气体出口与所述变温吸附塔的气体入口相连通。
[0035]初净化处理系统还可包括再生槽和压滤机，所述再生槽的物料入口与所述湿脱硫塔的液体出口相连通，所述再生槽的物料出口与所述压滤机的物料入口相连通。
[0036]其中低温冷却分离系统包括压缩机、低温冷却器、低温气压分离器和二氧化碳吸附塔。压缩机的气体入口与所述初净化处理系统的气体出口相连通，所述压缩机的气体出口与所述温冷却器的气体入口相连通。低温冷却器的气体出口与所述低温气压分离器的气体入口相连通，所述低温气压分离器的气体出口与所述二氧化碳吸附塔的气体入口相连通。
[0037]低温冷却分离系统还可包括二氧化碳提纯塔和二氧化碳解吸塔，该二氧化碳提纯塔的物料入口与所述低温气压分离器的液体出口通过管路相连接，该二氧化碳提纯塔的气体出口通过管路与所述二氧化碳吸附塔的气体入口相连通。二氧化碳解吸塔的物料入口与所述二氧化碳吸附塔的活性炭出口相连通。
[0038]其中深冷分离系统包括深冷冷却器、深冷气液分离器和精馏塔，所述深冷冷却器的气体入口与所述二氧化碳吸附塔的吸附后气体出口相连通，所述深冷冷却器的气体出口与所述深冷气液分离器的气体入口相连通，所述深冷气液分离器的液体出口与所述精馏塔的入料口相连通。
[0039]本实用新型装置的运行流程如下:
[0040](I)初净化过程:来自煤炭地下气化装置的粗煤气先经低压锅炉换热器E-Ol换热至IJ120?200°C，锅炉循环水产生蒸汽在蒸汽分离器V-Ol中分离副产低压蒸汽或热水，然后进入洗气塔C-OI，在洗气塔内气体与冷水逆流接触，冷却气体，粗煤气中水蒸气和部分杂质液化，脱除水分和焦油、粉尘、噻吩、二硫化碳、粗苯、氨等绝大部分杂质，经洗气塔后气体进入除尘除油器X-Ol脱除焦油雾，进入湿脱硫塔C-02采用栲胶法脱硫，利用碱性栲胶水溶液从气体中脱除硫化氢，栲胶浓度为10?30g/l，碱度(Na2C03)为10?25g/l，氧化温度为70?90°C。利用碱性栲胶水溶液从气体中脱除硫化氢经再生槽V-02和压滤机X-02后回收硫磺。
[0041]湿法脱硫后的气体进入干脱硫塔C-03和变温吸附塔C-04进一步脱除硫、苯、萘等杂质，使气体中杂质含量低于要求值。干法脱硫采用氧化铁法，变温吸附前要将气体适当增压至0.8?1.0MPag，变温吸附温度范围视情况而定，一般为25?200°C。
[0042](2)气体压缩过程:经前面初净化后的煤气进入压缩机K-Ol压缩至3.0?7.0Mpa。
[0043](3)C02低温分离过程:将压缩后的气体经低温冷却器E-02低温冷冻至-10?-50°C，低温气液分离器V-03中进行气液分离，气体送往二氧化碳吸附塔C-06进行CO2物理吸附过程，液体送入二氧化碳提纯塔C-05中进行精馏塔分离提纯，精馏塔塔顶出来的气体也送往二氧化碳吸附塔C-06进行CO2物理吸附过程，二氧化碳提纯塔C-05塔底出来的液体即为合格CO2 ο低温分离后的精馏分离提纯，二氧化碳提纯塔C-05内压力为3.0?5.5MPa，塔顶物料低温冷凝后出口温度为-50?-75°C，塔底温度为15?35°C。此过程一般可以分离得到粗煤气中60 %以上的CO2，且对于干气中CO2摩尔分率大于30 %以上的气体分离优势相当明显。
[0044](4)C02物理吸附过程:将CO2低温分离和精馏过程气液分离后的气体在活性炭作用下吸附剩余C02，吸附后经二氧化碳解吸塔C-07的解吸得到剩余C02。本流程具有流程简单、能耗低、操作弹性大、易自动化、无腐蚀等优点。
[0045](5) CH4深冷分离过程:未被吸附的气体主要含H2、CO和CH4，经深冷冷却器E_03冷冻到一定温度后再经深冷气液分离器V-04气液分离，气体被冷却到约-155?-165°C，90%以上的CH4以液体的形式被冷凝下来，气体进入精馏塔C-08，控制塔底温度在-70?-85°C，塔底液体出料即为高纯度CH4，从精馏塔顶部出来的气体即为HdPCO。
【主权项】
1.一种基于煤炭地下气化气体的净化分离系统，其特征在于它包括初净化处理系统、低温冷却分离系统和深冷分离系统，其中所述初净化处理系统的气体出口与所述低温冷却分离系统的气体入口相连通，所述低温冷却分离系统的吸附后气体出口与所述深冷分离系统的气体入口相连通;所述低温冷却分离系统包括低温冷却器、低温气压分离器和二氧化碳吸附塔，所述低温冷却器的气体出口与所述低温气压分离器的气体入口相连通，所述低温气压分离器的气体出口与所述二氧化碳吸附塔的气体入口相连通;所述深冷分离系统包括深冷冷却器、深冷气液分离器和精馏塔，所述深冷冷却器的气体入口与所述二氧化碳吸附塔的吸附后气体出口相连通，所述深冷冷却器的气体出口与所述深冷气液分离器的气体入口相连通，所述深冷气液分离器的液体出口与所述精馏塔的入料口相连通。2.根据权利要求1所述的基于煤炭地下气化气体的净化分离系统，其特征在于所述低温冷却分离系统还包括压缩机，该压缩机的气体入口与所述初净化处理系统的气体出口相连通，所述压缩机的气体出口与所述温冷却器的气体入口相连通。3.根据权利要求1所述的基于煤炭地下气化气体的净化分离系统，其特征在于所述低温冷却分离系统还包括二氧化碳提纯塔，该二氧化碳提纯塔的物料入口与所述低温气压分离器的液体出口通过管路相连接，该二氧化碳提纯塔的气体出口通过管路与所述二氧化碳吸附塔的气体入口相连通。4.根据权利要求1所述的基于煤炭地下气化气体的净化分离系统，其特征在于所述低温冷却分离系统还包括二氧化碳解吸塔，该二氧化碳解吸塔的物料入口与所述二氧化碳吸附塔的活性炭出口相连通。5.根据权利要求1所述的基于煤炭地下气化气体的净化分离系统，其特征在于所述初净化处理系统包括洗气塔、除尘除油器、湿脱硫塔、干脱硫塔和变温吸附塔，所述洗气塔的气体出口与所述除尘除油器的物料入口相连通，所述除尘除油器的气体出口与所述湿脱硫塔的气体入口相连通，所述湿脱硫塔的气体出口与所述干脱硫塔的气体入口相连通，所述干脱硫塔的气体出口与所述变温吸附塔的气体入口相连通。6.根据权利要求5所述的基于煤炭地下气化气体的净化分离系统，其特征在于所述初净化处理系统包括低压锅炉换热器和蒸汽分离器，所述低压锅炉换热器的换热后气体出口与所述洗气塔的入口相连通，所述低压锅炉换热器的换热液体出口与所述蒸汽分离器的物料入口相连通，所述蒸汽分离器的低温换热液体出口与所述低压锅炉换热器的换热液体入口相连通。7.根据权利要求5所述的基于煤炭地下气化气体的净化分离系统，其特征在于所述初净化处理系统包括再生槽和压滤机，所述再生槽的物料入口与所述湿脱硫塔的液体出口相连通，所述再生槽的物料出口与所述压滤机的物料入口相连通。
【文档编号】E21B43/295GK205605195SQ201620268332
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】李贤 , 汪根宝, 叶敏, 李蒙, 刘建文, 陈幼军
【申请人】中石化南京工程有限公司, 中石化炼化工程（集团）股份有限公司