煤制氣液化分離工藝技術的運用分析

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運用，需要對其組成成分進行控制，一般的需要對煤制氣進行液化分離，使用液化分離裝置將不需要的物質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產品。煤制氣的液化分離工藝和LGN產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的特點進行分析探討，針對提高煤制氣的液化分離工藝水平具有積極的意義。

【關鍵詞】煤制氣;液化分離;工藝技術;運用

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，我們首先對常規天然氣的液化工藝進行簡單的分析。普通的天然氣的液化分離工序主要包括了一下兩個環節，一凈化環節：主要是將天然氣中容易去掉的成分，如過多的水分，重烴和其它的一些雜志等;另一個環節是液化環節：主要是對甲烷進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節。其液化環節將甲烷液化之后形成LNG副產品。

沒有經過處理的煤制氣進入煤制氣的分離裝置（以下稱甲烷分離裝置），之后就進入了第一個液化分離環節的凈化環節，煤制氣經歷了脫水，脫甲醇，脫汞。然后進入了下面的液化環節，凈化后的原材料進入冷卻箱，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入了下面的分餾環節，煤制氣從冷卻箱中出來進入了分餾塔。分餾塔的主要工作原理就是提供不同的問題，當液化了的煤制氣經過不同分餾層時，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現分餾的目的。要知道不同的其它其沸點是不同的。煤制氣經過分餾塔出來的產品就是LNG的副產品。分流出來的LNG產品會進入LNG儲存罐進行儲存。另外分離之后的其余其它會經過分餾塔頂部排除，一般的在分餾塔頂部安裝有相應的冷卻裝置和BOG回收系統。

2 煤制氣凈化工藝相關特點介紹

煤制氣進入液化分離裝置之后，首先要進行凈化處理，凈化處理的目的主要有兩個：一是除去煤制氣中的雜質，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，這些雜質會對設備的零件造成損壞，影響設備的使用壽命。二是防止多余的水分和甲醇在冷卻作用下結冰，影響設備的使用性能。煤制氣凈化工藝與天然氣凈化工藝的不同之處有三點：一，不需要專門的裝置去除二氧化碳，因為煤制氣的液化分離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準不一致，使得煤制氣在液化分離的過程中，不需要單獨的設備去除二氧化碳。二，干燥裝置的使用時間長，設備結實耐用，能夠有效地防止分子篩被吹翻，使主塔工況的穩定性大大提高。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，采用兩床串聯的方式進行脫汞操作。如果一個吸汞床已經飽和，那么需要更換吸附劑，常用的吸附劑為浸硫的活性炭，因為活性炭的吸附能力比較強，因此，在凈化煤制氣的過程中，用活性炭進行吸附，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入液化分離單元。當前常用的液化分離裝置實際上是將氮混合冷劑氮循環等多項新技術進行整合集成后產生的，除了能滿足產品純度方面的要求，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。經過常規預處理后的原料氣被送進換熱器，由第一通道不斷向下流動，初次降溫至–82℃，然后在中間區域引出冷箱，由氣體本身對分餾塔的底部進行加熱。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，進行第三次降溫，使原料氣實際溫度達到–151℃，最后在分離器中完成分離。由分離器中輸出的氣相物質經過微膨脹后進入分餾塔;由分離器中輸出的液相物質則通過節流閥被降低至操作壓力，再進入分餾塔。在分餾塔中完成分餾后，從塔頂輸出的產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回流罐進一步分離，所得回流液在回流泵的作用下進入分餾塔。至此完成整個液化分離過程，由回流罐向外輸出的氣體即為合成氣產品。就目前來看，以上煤制氣液化分離工藝技術已達到能夠成熟應用的水平，并取得了良好的效果。

煤制氣液化分離主要具有以下特點：1）煤制氣液化所需要的全部冷量都來源于混合冷劑系統，該系統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。各冷劑在冷箱當中以氣體和液體共存的形式儲存，由J-T 閥實現膨脹制冷。2）為進一步提高甲烷氣體的液化分離效果，出口產品線增設冷分離罐，以此先分離已經完全液化的甲烷，然后對冷分離罐當中的氣相進行膨脹制冷，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行降溫處理，以分離甲烷。對整個液氮系統而言，它主要由兩部分構成，分別為設置在進出口處的分離罐與氮氣壓縮裝置，形成一個完整的閉合回路。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有顯著差異的特性，對甲烷進行針對性分離，實現最大程度利用能量的目標。

4 ?結束語

煤制氣的液化和分離技術對我國煤炭資源的合理利用和節能環保具有十分重要的意義，目前，我國的重工業仍然以煤炭資源相關的產業為主，煤炭工業占到我國重工業經濟總產值的三分之二左右，對我國的經濟發展具有重要作用。煤制氣液化和分離技術是合理利用煤炭資源的一種新型技術。煤制氣不能直接應用于生產和生活中，但通過液化分離工藝能夠制取天然氣等多種生產生活原料，既做到了煤炭利用方法的多樣化，又做到了節能環保，提高社會效益。因此，發展煤制氣的液化分離工藝技術具有較高的社會價值。

參考文獻：

[1]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，2015，（2）：34-38.

[2]梁明超.造氣爐中塊煤摻燒型煤制氣與工藝條件的選擇[J].氮肥技術，2015（2）：25+35

[3]皮光林，董秀成，鮑玲，等.我國煤制氣產業發展影響因素研究[J].中國統計，2015（8）：18-20

（作者單位：伊犁新天煤化工有限責任公司）