煤制氣液化分離工藝技術(shù)的運(yùn)用分析

孫璞珠

【摘 ?要】和天然氣的組成成分不同，煤制氣主要是由一氧化碳，氫氣和甲烷組成。煤制氣不能直接投入正行的生產(chǎn)運(yùn)用，需要對其組成成分進(jìn)行控制，一般的需要對煤制氣進(jìn)行液化分離，使用液化分離裝置將不需要的物質(zhì)一氧化碳和氫氣分離出來。這樣處理之后的煤制氣就可以用來制造甲醇，甲烷液化分離之后得到LGN產(chǎn)品。煤制氣的液化分離工藝和LGN產(chǎn)品的液化分離工序存在的較大的差異，本文主要針對煤制氣的液化分離工序的流程和相關(guān)的特點(diǎn)進(jìn)行分析探討，針對提高煤制氣的液化分離工藝水平具有積極的意義。

【關(guān)鍵詞】煤制氣;液化分離;工藝技術(shù);運(yùn)用

1 煤制氣的液化分離裝置

在研究分析煤制氣的液化分離裝置之前，我們首先對常規(guī)天然氣的液化工藝進(jìn)行簡單的分析。普通的天然氣的液化分離工序主要包括了一下兩個(gè)環(huán)節(jié)，一凈化環(huán)節(jié)：主要是將天然氣中容易去掉的成分，如過多的水分，重?zé)N和其它的一些雜志等;另一個(gè)環(huán)節(jié)是液化環(huán)節(jié)：主要是對甲烷進(jìn)行處理液化成甲烷液。煤制氣液化分離工序和普通天然氣的液化分離工序存在很多相似的地方，不同的是煤制氣的液化分離工序多了合成氣分餾環(huán)節(jié)。其液化環(huán)節(jié)將甲烷液化之后形成LNG副產(chǎn)品。

沒有經(jīng)過處理的煤制氣進(jìn)入煤制氣的分離裝置（以下稱甲烷分離裝置），之后就進(jìn)入了第一個(gè)液化分離環(huán)節(jié)的凈化環(huán)節(jié)，煤制氣經(jīng)歷了脫水，脫甲醇，脫汞。然后進(jìn)入了下面的液化環(huán)節(jié)，凈化后的原材料進(jìn)入冷卻箱，一般的冷卻箱的溫度為零下一百六十二攝氏度左右，煤制氣充分液化以后就進(jìn)入了下面的分餾環(huán)節(jié)，煤制氣從冷卻箱中出來進(jìn)入了分餾塔。分餾塔的主要工作原理就是提供不同的問題，當(dāng)液化了的煤制氣經(jīng)過不同分餾層時(shí)，煤制氣里面的成分一氧化碳，氫氣和甲烷等氣體會分別汽化從而實(shí)現(xiàn)分餾的目的。要知道不同的其它其沸點(diǎn)是不同的。煤制氣經(jīng)過分餾塔出來的產(chǎn)品就是LNG的副產(chǎn)品。分流出來的LNG產(chǎn)品會進(jìn)入LNG儲存罐進(jìn)行儲存。另外分離之后的其余其它會經(jīng)過分餾塔頂部排除，一般的在分餾塔頂部安裝有相應(yīng)的冷卻裝置和BOG回收系統(tǒng)。

2 煤制氣凈化工藝相關(guān)特點(diǎn)介紹

煤制氣進(jìn)入液化分離裝置之后，首先要進(jìn)行凈化處理，凈化處理的目的主要有兩個(gè)：一是除去煤制氣中的雜質(zhì)，防止對裝置造成破壞，在凈化的過程中，主要是除去水分、汞、甲醇以及其他的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會對設(shè)備的零件造成損壞，影響設(shè)備的使用壽命。二是防止多余的水分和甲醇在冷卻作用下結(jié)冰，影響設(shè)備的使用性能。煤制氣凈化工藝與天然氣凈化工藝的不同之處有三點(diǎn)：一，不需要專門的裝置去除二氧化碳，因?yàn)槊褐茪獾囊夯蛛x需要的二氧化碳含量要求與天然氣相比較低，對二氧化碳的含量要求標(biāo)準(zhǔn)不一致，使得煤制氣在液化分離的過程中，不需要單獨(dú)的設(shè)備去除二氧化碳。二，干燥裝置的使用時(shí)間長，設(shè)備結(jié)實(shí)耐用，能夠有效地防止分子篩被吹翻，使主塔工況的穩(wěn)定性大大提高。三，煤制氣脫汞床的面積較大，使得凈化后的煤制氣的汞含量較高，采用兩床串聯(lián)的方式進(jìn)行脫汞操作。如果一個(gè)吸汞床已經(jīng)飽和，那么需要更換吸附劑，常用的吸附劑為浸硫的活性炭，因?yàn)榛钚蕴康奈侥芰Ρ容^強(qiáng)，因此，在凈化煤制氣的過程中，用活性炭進(jìn)行吸附，能夠取得較好的成效，可以使煤制氣中的汞含量大大減少。

3 煤制氣液化分離

煤制氣完成以上凈化過程后開始進(jìn)入液化分離單元。當(dāng)前常用的液化分離裝置實(shí)際上是將氮混合冷劑氮循環(huán)等多項(xiàng)新技術(shù)進(jìn)行整合集成后產(chǎn)生的，除了能滿足產(chǎn)品純度方面的要求，還具有很高的分離效率。其中，氮冷劑與原料氣都在主換熱器中完成冷凝。經(jīng)過常規(guī)預(yù)處理后的原料氣被送進(jìn)換熱器，由第一通道不斷向下流動，初次降溫至–82℃，然后在中間區(qū)域引出冷箱，由氣體本身對分餾塔的底部進(jìn)行加熱。從分餾塔中輸出的原料氣，其溫度第二次被降低到–113℃，并有4.65MPa 左右的壓力，在返回至換熱器以后，進(jìn)行第三次降溫，使原料氣實(shí)際溫度達(dá)到–151℃，最后在分離器中完成分離。由分離器中輸出的氣相物質(zhì)經(jīng)過微膨脹后進(jìn)入分餾塔;由分離器中輸出的液相物質(zhì)則通過節(jié)流閥被降低至操作壓力，再進(jìn)入分餾塔。在分餾塔中完成分餾后，從塔頂輸出的產(chǎn)品為氫氣和一氧化碳，而從底部輸出的則是LNG。分餾塔的頂部設(shè)有冷凝器，它能將氣體溫度降低至–177.2℃（冷量主要由氮冷劑提供）。從冷凝器中輸出的流體經(jīng)回流罐進(jìn)一步分離，所得回流液在回流泵的作用下進(jìn)入分餾塔。至此完成整個(gè)液化分離過程，由回流罐向外輸出的氣體即為合成氣產(chǎn)品。就目前來看，以上煤制氣液化分離工藝技術(shù)已達(dá)到能夠成熟應(yīng)用的水平，并取得了良好的效果。

煤制氣液化分離主要具有以下特點(diǎn)：1）煤制氣液化所需要的全部冷量都來源于混合冷劑系統(tǒng)，該系統(tǒng)所用冷劑主要有以下五種：異戊烷冷劑、氮冷劑、甲烷冷劑、乙烯冷劑和丙烷冷劑。各冷劑在冷箱當(dāng)中以氣體和液體共存的形式儲存，由J-T 閥實(shí)現(xiàn)膨脹制冷。2）為進(jìn)一步提高甲烷氣體的液化分離效果，出口產(chǎn)品線增設(shè)冷分離罐，以此先分離已經(jīng)完全液化的甲烷，然后對冷分離罐當(dāng)中的氣相進(jìn)行膨脹制冷，最后由分餾塔完成分離。3）將液氮作為另外一種冷源，用于對來源于分餾塔頂部的合成氣進(jìn)行降溫處理，以分離甲烷。對整個(gè)液氮系統(tǒng)而言，它主要由兩部分構(gòu)成，分別為設(shè)置在進(jìn)出口處的分離罐與氮?dú)鈮嚎s裝置，形成一個(gè)完整的閉合回路。4）對于分餾塔，其作用原理為充分利用氫氣、甲烷和一氧化碳沸點(diǎn)有顯著差異的特性，對甲烷進(jìn)行針對性分離，實(shí)現(xiàn)最大程度利用能量的目標(biāo)。

4 ?結(jié)束語

煤制氣的液化和分離技術(shù)對我國煤炭資源的合理利用和節(jié)能環(huán)保具有十分重要的意義，目前，我國的重工業(yè)仍然以煤炭資源相關(guān)的產(chǎn)業(yè)為主，煤炭工業(yè)占到我國重工業(yè)經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的三分之二左右，對我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。煤制氣液化和分離技術(shù)是合理利用煤炭資源的一種新型技術(shù)。煤制氣不能直接應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中，但通過液化分離工藝能夠制取天然氣等多種生產(chǎn)生活原料，既做到了煤炭利用方法的多樣化，又做到了節(jié)能環(huán)保，提高社會效益。因此，發(fā)展煤制氣的液化分離工藝技術(shù)具有較高的社會價(jià)值。

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（作者單位：伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司）