本发明属于能源化工领域，特别涉及以煤为为原料生产液化天然气的技术方法。
背景技术：
1、现行煤制液化天然气主要采用两步法工艺，即通过三个步骤将煤制成液化天然气：第一是是将煤气化为co+h2，并脱除其中硫化物等有害物质、调整h2/co的比例和脱除co2；第二步是经专门的催化合成工艺co+3h2＝ch4+h2o制成天然气，并脱除去h2o，这是典型的费托合成工艺路线；第三步，即最后再通过专门的天然气深冷液化工艺，将气态天然气液化为lng液化天然气。其次是一步法工艺，即煤直接加氢反应c+2h2＝ch4生成天然气，在ch4占30至50％，其余为h2的氢气甲烷混合中，分离出去h2后，再通过专门的天然气液化工艺，将常温的天然气液化为lng液化天然气。这两种方法中，第一种已有多套工业化装置，由于第一步骤煤气化及其净化、第二步骤合成转化的能源转化效率低，所以都难以盈利。后者因人们选择的技术路线存在关键缺陷，而尚未有商业化装置。
2、这两种煤制天然气在转化为液化天然气需要的全部冷量，均必须由专门的制冷系统提供。制冷花费的全部动力能耗均需由专门的动力系统提供，这不仅增加制冷动力消耗，还增加其设备投资、水资源消耗、co2排放。尤其是煤制天然气采用psa变压吸附分离工艺，在吸附相获得的常压煤制天然气，如《低温超导》2012年第2期刊载的煤制天然气液化流程初步研究，液化1标准立方米天然气，即使采用能耗最低的混合制冷剂流程，仅sng压缩+制冷剂的压缩的能耗就达0.34kwh/nm3以上，再加上sng压缩后的冷却和制冷剂的冷却能耗，则将使天然气液化的单位能耗，达到0.4kwh/nm3ch4以上。
3、若采用深冷进行ch4/h2分离直接获得液化天然气，也由于ch4-h2混合气中的有效能没有被利用，其分离h2气加上ch4液化电耗，更将达到0.5kwh/nm3ch4以上。
4、若采用膜分离，若还想节省膜的投资，则须将甲烷氢气混合气由36bar升压到90bar以上，且渗透出来的还是常压氢气，仍然还需加压。其氢气加压到40bar，电耗达0.2kwh/nm3，才能再次回到系统循环使用；再加上ch4液化能耗和空冷、水冷系统的电耗，其总电耗也达0.5kwh/nm3ch4，还要增加氢气压缩系统的投资、占地费用，这显然仍是不尽合理的。
技术实现思路
1、本发明的目的，就是向社会提供一种新的煤制液化天然气的方法，这种煤制lng方法与现有的：煤气化→净化→脱碳→合成→脱水→液化工艺相比，没有合成、脱水两大工序，且还能生产工艺中副产电力和冷量的煤制lng方法
2、1.一种煤制液化天然气的方法，
3、①将煤气炉设计为由氢煤气段(q1)与水煤气段(q2)组成的加压移动床煤气炉(mql)，使煤在加压移动床中，先后与氢气和富氧水蒸汽反应，分别生产出富含甲烷及煤焦油的富烃氢煤气(h)、富氧水煤气(s)，[见图1]；
4、其特征在于：
5、②氢煤气段(q1)由环形布置的中心气化室(5)、内环气化室(6)、外环气化室(7)的多个气化室组成，其平面布置见图6；
6、③将分别流出煤气炉的富烃氢煤气(h)、富氧水煤气(s)分别进行前期净化处理(h1、s1)，即将富烃氢煤气处理为仅含氢气和甲烷的常温富甲烷氢煤气(qmq)[见图1]，以防止h2o、co2、h2s在深冷温度下凝固、沉积堵塞吸附剂；水煤气处理为仅含氢气和二氧化碳的常温变换气(bhq)[见图1]，其中的h2o含量低于其ipsa等熵变压吸附分离最低温度时的蒸汽分压，以防h2o在低温下凝固、沉积堵塞吸附剂，h2s≤20mg/nm3(以达到后续工序气排放要求为限)；
7、④富甲烷氢煤气(qmq)和变换气(bhq)，分别进入在均压管路(1)、顺放管路(2)、终升压管路(3)、低压产品管路(4)[见图2]中设置了膨胀气轮机(tp)的ipsa等熵变压吸附ch4-h2分离装置[图2、图3]、ipsa等熵变压吸附co2-h2分离装置[图4]；
8、⑤在利用富甲烷氢煤气(qmq)和变换气(bhq)的压力和吸附剂管路阀门的特征功能，通过程控切换相关工艺阀门，分别进行ch4-h2、co2-h2变压吸附分离时，使变压吸附分离工艺的再生气流[即均压、顺放、逆放、终冲气流的统称]，必须通过膨胀气轮机(tp)，才能从高压吸附塔、或高压容器，泄向低压吸附塔、或低压容器，从而使膨胀气轮机(tp)将再生气流(尤其是其高压差时段)释放的有效能转化为机械能及电能，同时还使其气流以等熵膨胀方式降低焓值与温度进入低压吸附塔、或低压容器；
9、⑥进而在吸附塔顶获得具有冷量利用价值的高压低温h2气，在吸附塔底分别获得比塔顶温度更低的低压低温ch4气、低压低温co2气[见图2、图3、图4]；
10、⑦通过冷量交换，使冷量集中于ipsa等熵变压吸附ch4-h2分离装置产出的ch4气，成为分离装置中温度最低的深冷甲烷气(sljwq)，并直接进入天然气液化装置(yhzz)，可大幅减小煤制天然气液化装置(yhzz)的制冷装置规模、能耗；将膨胀气轮机(tp)通过发电机(fd)获得的电力直接供给制冷剂压缩机(ljys)，可进一步降低制冷剂压缩机(ljys)对补充电力(bcdl)的需求[图1]。
11、2.根据本案所述的一种煤制液化天然气的方法，其特征在于，将ipsa等熵变压吸附co2-h2分离装置的吸附塔顶排出的高压低温h2气(dwqq)，通过冷交换器i(ljhq1)将冷量交换给常温变换气(cwbhq)，高压低温h2气(dwqq)成为高压常温h2气；常温变换气(cwbhq)成为低温变换气(dwbhq)后，再进入ipsa等熵变压吸附co2-h2分离装置的吸附塔进行co2-h2分离，将使ipsa等熵变压吸附co2-h2分离装置产出的低温冲洗气(dwcxq)co2、低温逆放气(dwnfq)co2温度更低，见图3。
12、3.根据本案所述的一种煤制液化天然气的方法，其特征在于，将ipsa等熵变压吸附ch4-h2分离装置的吸附塔顶排出的低温氢气i(dwqq1)经冷交换器iii(ljhq3)换出部分冷量(ll)后[见图4]，再与ipsa等熵变压吸附co2-h2分离装置吸附塔底排出的低温冲洗气(dwcxq)、低温逆放气(dwnfq)三者一道经冷交换器ii(ljhq2)，与富甲烷氢煤气(qmq)交换交换冷量后进入混合氢气管路(hhqq)，使常温的富甲烷氢煤气(qmq)温度降低成为低温富甲烷氢煤气(dwqmq)[见图4]，再进入ipsa等熵变压吸附ch4-h2分离装置的吸附塔进行ch4-h2分离；设置于ipsa等熵变压吸附ch4-h2分离流程中各膨胀气轮机(tp)不断将泄放气流释放的有效能转化为机械能，导致其气流以等熵膨胀方式降焓、降温；最终使ipsa等熵变压吸附ch4-h2分离装置产出深冷级别，即温度≤233k，甚至≤173k的深冷冲洗气(slcxq)ch4气和深冷逆放气(slnfq)ch4气，见图4。
13、4.根据本案所述的一种煤制液化天然气的方法，其特征在于，将深冷甲烷气(sljwq)送入天然气液化装置(yhzz)[图5]的同时，将两套ipsa装置输出的电力(ipsa-e)送入其液化制冷剂压缩机(ljys)[见图1]，即仅需增加部分补充电力(bcdl)，即可将深冷甲烷气(sljwq)液化为lng液化天然气。
14、5.根据本案所述的一种煤制液化天然气的方法，其特征在于，将深冷甲烷气(sljwq)经三个阀门(f1、f2、f3)进入天然气液化装置的预冷段(yld)、中冷段(zld)、深冷液化段(slyhd)，以便ipsa等熵变压吸附ch4-h2分离装置、天然气液化装置，在开车、停车、负荷及气候变化期间的工艺协调，见图5。
15、6.根据本案所述的一种煤制液化天然气的方法，其特征在于，冷交换器i(ljhq1)、冷交换器ii(ljhq2)流出的高压常温h2气组成的混合氢气(hhqq)，经氢气循环机(qqxhj)升压后，分别进入天然气液化装置的制冷剂压缩后的热管换热器(rghrq)，回收其制冷剂排出的显热，温度升高到≥360k再去煤气炉(mql)氢煤气段的加氢总管(jqzg)。见图1、图5。
16、7.根据本案所述的一种煤制液化天然气的方法，其特征在于，吸附剂采用富含碳质材料制造的吸附剂、或低温活性炭吸附剂、或低温碳分子筛吸附剂，或采用分子、原子易于与碳、氢元素形成共价键的元素材料制造的吸附剂。
17、8.根据本案所述的一种煤制液化天然气的方法，其特征在于，进出膨胀气轮机(tp)气流最大压差大于其出气容器与进气容器间最大压降的80％，使尽量多的压差有效能被膨胀气轮机(tp)转化为机械能；与膨胀气轮机(tp)相连的发电机(fd)采用电动发动机，通过ipsa等熵变压吸附分离工艺的dcs系统根据需要调控；在膨胀气轮机(tp)进气侧加装低阻力过滤装置，防止异物损坏膨胀气轮机(tp)。
18、9.根据本案所述的一种煤制液化天然气的方法，其特征在于，ipsa等熵变压吸附装置中的膨胀气轮机(tp)在部分管路中安装；膨胀气轮机(tp)或采用螺杆膨胀机；天然气液化工序的制冷剂膨胀机(pzj1、pzj2)采用透平膨胀机、或螺杆膨胀机。
19、10.根据本案所述的一种煤制液化天然气的方法，其特征在于，ipsa等熵变压吸附工艺最低压力≥0.05mpa(绝对压力)。
20、采用本发明具有以下积极效果：
21、①由于在煤气炉氢煤气段采用h2气直接与活性半焦中的活性c+元素反应时，气相中存在的大量h2元素，迫使煤中的h元素受热分解后也不能溢入气相，只有结合于甲烷、富集于煤焦油，直接进入最终产品，进而大大提高煤中h元素直接进入最终甲烷和燃油产品的收得率。
22、②c++2h2＝ch4直接合成甲烷与煤气化后再合成甲烷co+3h2＝ch4+h2o的费托工艺相比，以≥50％的大比率减少了高能耗的c+h2o→co+h2高温煤气化规模，既大幅减少煤耗，又大幅减少o2气消耗和制o2能耗、投资和h2o资源消耗，还大幅减co2生成量；取消了有效能损失≥21％、并有h2o生成的co+3h2＝ch4+h2o+q的费托合成、干燥脱水工序，不仅大幅提高能源转化效率，还减少装置投资。
23、③采用在ipsa等熵变压吸附分离工艺的再生工艺管路中设置膨胀气轮机(tp)，使传统psa变压吸附变成ipsa(工sentropic pressure swing adsorptio)等熵变压吸附，对co2-h2分离，该工艺与高能耗的低温甲醇洗，nhd聚乙二醇二甲醚等湿法脱碳相比，省掉大量能耗、循环冷却水、降低工艺成本；与传统psa分离相比，不仅没有能源消耗，还额外获得电能、冷量；
24、④采用在psa变压吸附分离工艺的再生工艺管路中设置了膨胀气轮机(tp)，使psa变压吸附变成ipsa等熵变压吸附，对ch4-h2分离，该工艺与深冷分离、膜分离相比，不仅没有深冷能耗、h2气升压能耗，还在分离工艺中将富甲烷氢煤气中的有物理效能直接转化为机械能及电能的同时，直接将甲烷气冷却到≤200k、甚至≤150k以下的深冷温度等级。
25、⑤由于co2-h2分离、ch4-h2分离两个工序为ch4→lng液化工序免费贡献大量电能、冷量，从而又大幅降低了天然气液化的水资源、投资、能耗及co2排放。
26、⑥本发明与传统的煤气化→净化→脱碳→合成→脱水→液化工艺相比，不仅省掉ch4合成、脱水两大工序，还使脱碳工序规模减少50％，并为ch4液化工序提供电能和冷量；虽然增加了富甲烷氢煤气前期处理和ch4-h2分离工序，由于这两个工序均没有化学有效能损失，ch4-h2分离工序还为ch4液化提供深冷甲烷气，大幅降低ch4液化能耗，从而大大提高了本发明的能源转化效率。
27、⑦经初步核算，由于变压吸附工艺温度大大降低，平均吸附相容量将成倍增加，即吸附剂用量、吸附塔钢材用量将成倍减少，其成本费用也成倍减少，弥补低温吸附塔、管件钢材单价增加和保冷材料等的费用，尚有大幅结余。
28、⑧将ipsa分离获得的常温h2气，通过热管换热器将天然气液化制冷剂压缩产生的热量加热后，在送回煤气炉氢煤气段，即回收了低位热能，还降低了制冷剂冷却能耗及投资。
29、⑨有了低煤耗、低能耗、低co2排放、低水耗、低投资、低成本的lng生产工艺，只需配上ngcc天然气发电机组，我国未来风光电大规模上网需要的灵活电源，就可依靠我国大量的煤炭资源，而得到可靠的保障，即可成功实现我国电力系统的碳减排和碳中和目标。