CN106121616A - 一种基于煤炭地下气化气体净化分离的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于煤炭地下气化气体净化分离的方法，其技术方案为：来自煤炭地下气化装置的粗煤气首先进入初净化过程经锅炉换热副产低压蒸汽或热水，经洗气塔、电除尘器除去焦油和粉尘，经湿法脱硫和干法脱硫除去硫化氢回收硫磺，经变温吸附脱苯脱萘，然后将气体压缩进入低温分离过程和物理吸附分离过程分离出二氧化碳，然后进入深冷分离过程分离出甲烷，最后剩余气体即为一氧化碳和氢气。本法气体分离流程短、设备投资费用低，操作简单，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。

Description

一种基于煤炭地下气化气体净化分离的方法
技术领域
本发明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CO2和CH4，同时副产电力、煤焦油、硫磺等的方法及系统。
背景技术
煤炭地下气化(Underground Coa1 Gasification，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。
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、CO2、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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CO2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。
据报道，CO2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。
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。
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。
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。
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。
目前中国天然气进口量逐年增加，对外依存度亦与日俱增。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。
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。
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。
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1股原料气与来自第3级反应器的部分合成气一起进入第1级反应器进行甲烷化反应；第2股原料气与出第1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1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
本发明的目的在于提供一种基于煤炭地下气化气体净化分离的方法，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。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
一种基于煤炭地下气化气体净化分离的方法，其包括如下步骤：
(A)来自煤炭地下气化装置的粗煤气先进行初净化处理；在初净化处理过程中，回收粗煤气的热量，洗气除尘以除去粉尘、水分和杂质，脱硫除去H2S，变温吸附脱苯脱萘；
(B)经过初净化处理的气体压缩后进行低温冷却分离，低温分离出的液体进行精馏分离提纯，精馏分离提纯出的气体以及低温分离出的气体进行物理吸附以分离出CO2，精馏分离提纯出的液体主要含有CO2；
(C)物理吸附后的气体进行深冷分离，深冷分离出的液体再进行精馏，精馏出的液体主要含有CH4，深冷分离出的气体和精馏出的气体为主要含有H2和CO的气体。
本发明中的粗煤气中的主要成分为H2、CO、CH4、CO2、N2、H2O和H2S，粗煤气中的杂质成分为焦油、粉尘、羰基硫、噻吩、二硫化碳、粗苯、氨和氮氧化物等。
在步骤(A)中，所述初净化处理为：粗煤气先进行换热以回收预热，然后经过洗气塔和除尘除油器处理以除去粉尘和水分并回收焦油，再经过湿法脱硫和干法脱硫除去H2S回收硫磺，最后经过变温吸附塔脱苯脱萘，一种具体的方法为：粗煤气先经低压锅炉换热以回收预热副产低压蒸汽或热水，然后经过洗气塔和电除尘器处理脱除水分和焦油、粉尘、噻吩、二硫化碳、粗苯、氨等绝大部分杂质，再经湿法脱硫脱除H2S回收硫磺，最后经过变温吸附塔脱苯脱萘。
在步骤(A)中，粗煤气经低压锅炉换热到120～200℃时副产低压蒸汽；
在步骤(A)中，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，经洗气塔后气体进入电除尘器(或除尘除油器)脱除焦油雾；
在步骤(A)中，湿法脱硫方法是采用栲胶法脱硫，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/1，碱度(Na2CO3)为10～25g/1，氧化温度为70～90℃；干法脱硫方法是氧化铁法。
在步骤(A)中，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℃。
经过初净化处理可以得到焦油和粉尘含量小于30mg/Nm3、H2S含量小于5mg/Nm3气体。
步骤(B)中，在低温冷却分离前先将气体压缩至3.0～7.0MPaG，优选为4.5～5.5MPaG。
低温分离包括低温冷冻和低温气液分离，低温冷冻过程将气体冷冻至-15～-45℃；低温气液分离过程的操作温度为-15～-45℃，优选为-30～-40℃，操作压力为3.5～6.5MPa，优选4.0～5.5MPa；
在步骤(B)中，低温分离后的液体进行精馏分离提纯，精馏塔内压力为3.0～5.5MPa，塔顶物料低温冷凝后出口温度为-20～-75℃，塔底温度为5～35℃。精馏分离提纯出的液体为CO2产品，其中CO2摩尔含量大于99.5％，CO和H2摩尔含量均小于0.05％，且无粉尘。
在步骤(B)中，精馏分离提纯出的气体以及低温分离出的气体进行物理吸附以分离出剩余要求的CO2，物理吸附过程中使用的吸附剂为沸石分子筛、活性炭、碳分子筛、活性氧化铝、硅胶、有序介孔材料、胺修饰吸附剂和MOFs材料中的一种或多种。物理吸附后的吸附剂进行解吸，吸附和解吸过程压力、温度控制根据选择的吸附剂种类确定，得到剩余CO2产品。此CO2产品和前面精馏提纯出的CO2产品合并作为最终的CO2产品，其中CO2摩尔含量大于99.5％，CO和H2摩尔含量均小于0.05％，且无粉尘。
在步骤(C)中，深冷分离包括深冷冷却和深冷气液分离，深冷冷却过程将气体冷却至-155～-165℃；深冷气液分离的操作在温度-155～-165℃、压力3.0～5.0MPa下进行。深冷分离出的液体再进行精馏，精馏过程中控制塔底温度在-70～-85℃；精馏出的液体为CH4产品，其中CH4摩尔含量大于97.0％，CO2摩尔含量小于3.0％，H2S含量小于6mg/m3，深冷分离出的气体和精馏出的气体为主要含有H2和CO的气体。
步骤(C)的一种具体过程为：经低温冷冻和物理吸附过程分离出CO2后剩余气体首先进入冷箱，经过板翅式换热器被冷却到约-155～-165℃，90％以上的CH4被冷凝下来，通过深冷气液分离器分离出液体和气体，然后气体再经精馏塔蒸发，控制塔底温度在-70～-85℃，从精馏塔底部得到剩余CH4，从精馏塔顶部出来的气体即为H2和CO。
本发明的有益效果：本发明的方法气体分离流程短、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
图1是本发明的一种流程示意图。
图2是本发明的一种系统结构示意图。
图中，E-01为低压锅炉换热器，V-01为蒸汽分离器，C-01为洗气塔，X-01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-01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，A1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，B1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
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本发明是通过以下步骤实现的：
(1)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-01换热到120～200℃，锅炉循环水产生蒸汽在蒸汽分离器V-01中分离副产低压蒸汽或热水，然后进入洗气塔C-01，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-01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/1，碱度(Na2CO3)为10～25g/1，氧化温度为70～90℃。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。
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25～60℃。
(2)气体压缩过程：经前面初净化后的煤气进入压缩机K-01压缩至3.0～7.0Mpa。
(3)CO2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℃，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。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℃，塔底温度为15～35℃。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。
(4)CO2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CO2，吸附后经二氧化碳解吸塔C-07的解吸得到剩余CO2。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。
(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℃，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℃，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H2和CO
实施例1
来自煤炭地下气化装置生产的粗煤气，温度为250℃，压力为0.6MPa，处理量折合干煤气100×104Nm3/d,粗煤气主要成分组成如表1所示，粗煤气杂质成分组成如表2所示。
表1 粗煤气主要成分组成
表2 粗煤气杂质成分组成
处理过程如下：粗煤气首先经低压锅炉换热到150℃时以回收预热副产低压蒸汽，然后进入洗气塔，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电除尘器脱除焦油雾，最后采用栲胶法脱硫，利用碱性栲胶水溶液从气体中脱除硫化氢，栲胶浓度为20g/1，碱度(Na2CO3)为15g/1，氧化温度为80℃。
栲胶法脱硫再采用氧化铁继续脱硫法除去H2S，回收得硫磺157Kg/h，控制初净化过程煤气出口温度为40℃，压力0.20MPa，经初净化过程后，去除粗煤气中水分和杂质15513Kg/h，脱硫后的气体经变温吸附进一步脱除苯、萘等杂质，控制变温吸附压力0.8～1.0MPag，温度为25～200℃。初净化后煤气中杂质含量中焦油和粉尘<30mg/Nm3、H2S<5mg/Nm3。
初净化后的煤气经压缩机加压至5.5MPa并经冷却器冷却至-35℃，进行气液分离，气体送往CO2物理吸附过程，液体送往精馏塔分离提纯，塔底出来的CO2量为32521Kg/h，，气液分离器顶出来的气体和精馏塔顶出来的气体均送往CO2物理吸附过程在固体吸附剂的作用下吸附剩余CO2，控制压力为5.0MPa，吸附后经解吸得到CO2量为9124Kg/h，低温分离和物理吸附共处理得到CO2量为41645Kg/h，CO2摩尔分率为99.8wt％，CO2回收率为96.9％。未被吸附的气体进入冷箱冷却，控制温度为-163℃，压力为4.5MPa，经气液分离后得到的液体CH4量为3272Kg/h，CH4摩尔分率为98.3％，CH4回收率为95.7％，气液分离器顶出来的气体和精馏塔顶出来的气体量4198Kg/h，其中H2和CO摩尔分率分别为83.1％和13.7％，H2和CO回收率分别为99.9％和99.1％.
实施例2
来自煤炭地下气化装置生产的粗煤气，处理量、粗煤气组成如实施例1相同。处理过程如下：粗煤气首先进行初净化过程，经锅炉换热回收预热，经洗气塔和电除尘器除去粉尘和水分等回收焦油，经湿法脱硫和干法脱硫除去H2S，回收得硫磺157Kg/h，控制初净化过程煤气出口温度为40℃，压力0.20Mpa，经初净化过程后，去除粗煤气中水分和杂质15513Kg/h，此时杂质含量中焦油和粉尘<30mg/Nm3、H2S<5mg/Nm3。初净化后的煤气经压缩并经冷却后进行气液分离，控制CO2低温分离温度为-35℃，取压力分别为3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、7.0和8.0MPaG时CO2分离效果如表3所示。
表3 低温分离过程温度为-35℃时，压力对CO2分离效果的影响
由表3可知，在CO2低温分离过程，操作压力越高，冷却器出口物料液体含量越高，CO2液化率也越高，可分离的CO2也就越多，会减小物理吸附过程CO2处理量，但是冷却液中CO2摩尔分率会降低，会增大CO2精馏提纯难度。另外压力越高，设备投资也会增大。因此综合考虑确定CO2低温分离过程操作压力为3.5～6.5MPa较为合适。
实施例3
来自煤炭地下气化装置生产的粗煤气，处理量、粗煤气组成如实施例1相同。处理过程如下：粗煤气首先进行初净化过程，经锅炉换热回收预热，经洗气塔和电除尘器除去粉尘和水分等回收焦油，经湿法脱硫和干法脱硫除去H2S，回收得硫磺157Kg/h，控制初净化过程煤气出口温度为40℃，压力0.19Mpa，经初净化过程后，去除粗煤气中水分和杂质15513Kg/h，此时杂质含量中焦油和粉尘<30mg/Nm3、H2S<5mg/Nm3。初净化后的煤气经压缩并经冷却后进行气液分离，控制CO2低温分离压力为5.5MPaG，取温度分别为-10、-20、-25、-30、-35、-40、-45和-50℃时CO2分离效果如表4所示。
表4 低温分离过程压力为5.5MPaG，温度对CO2分离效果的影响
由表4可知，在CO2低温分离过程，操作温度对分离效果影响显著，操作温度越低，冷却器出口物料液体含量越高，CO2液化率也越高，可分离的CO2也就越多，会减小物理吸附过程CO2处理量，但是冷却液中CO2摩尔分率会降低，会增大CO2精馏提纯难度。另外温度越低，设备投资也会增大。因此综合考虑确定CO2低温分离过程操作温度为为-15～-45℃较为合适。
实施例4
来自煤炭地下气化装置生产的粗煤气，处理量、粗煤气组成如实施例1相同。处理过程如下：粗煤气首先进行初净化过程，经锅炉换热回收预热，经洗气塔和电除尘器除去粉尘和水分等回收焦油，经湿法脱硫和干法脱硫除去H2S，回收得硫磺157Kg/h，控制初净化过程煤气出口温度为40℃，压力0.20MPa，经初净化过程后，去除粗煤气中水分和杂质15513Kg/h，此时杂质含量中焦油和粉尘<30mg/Nm3、H2S<5mg/Nm3。初净化后的煤气经压缩机加压至5.5MPa并经冷却器冷却至-35℃，进行气液分离，气体送往CO2物理吸附过程，液体送往精馏塔分离提纯，塔底出来的CO2量为32521Kg/h，，气液分离器顶出来的气体和精馏塔顶出来的气体均送往CO2物理吸附过程在固体吸附剂的作用下吸附剩余CO2，控制压力为5.0MPa，吸附后经解吸得到CO2量为9124Kg/h，低温分离和物理吸附共处理得到CO2量为41645Kg/h，CO2摩尔分率为99.8wt％，CO2回收率为96.9％。未被吸附的气体进入冷箱冷却，控制CH4深冷分离温度为-163℃，取压力分别为2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0和5.5MPaG时CH4分离效果如表5所示。
表5 深冷分离温度为-163℃，压力对CH4分离效果的影响
由表5可知，在CH4深冷分离过程，3.0MPa以上时操作压力多分离效果影响较小，随着操作压力增大，冷箱出口物料液体含量略有增大，CH4回收率略有增大，综合考虑CH4回收率，确定CH4深冷分离过程操作压力为3.0～5.0MPa较为合适。
实施例5
来自煤炭地下气化装置生产的粗煤气，处理量、粗煤气组成如实施例1相同。处理过程如下：粗煤气首先进行初净化过程，经锅炉换热回收预热，经洗气塔和电除尘器除去粉尘和水分等回收焦油，经湿法脱硫和干法脱硫除去H2S，回收得硫磺157Kg/h，控制初净化过程煤气出口温度为40℃，压力0.20MPa，经初净化过程后，去除粗煤气中水分和杂质15513Kg/h，此时杂质含量中焦油和粉尘<30mg/Nm3、H2S<5mg/Nm3。初净化后的煤气经压缩机加压至5.5MPa并经冷却器冷却至-35℃，进行气液分离，气体送往CO2物理吸附过程，液体送往精馏塔分离提纯，塔底出来的CO2量为32521Kg/h，，气液分离器顶出来的气体和精馏塔顶出来的气体均送往CO2物理吸附过程在固体吸附剂的作用下吸附剩余CO2，控制压力为5.0MPa，吸附后经解吸得到CO2量为9124Kg/h，低温分离和物理吸附共处理得到CO2量为41645Kg/h，CO2摩尔分率为99.8wt％，CO2回收率为96.9％。未被吸附的气体进入冷箱冷却，控制CH4深冷分离温度为4.5MPaG，取压力分别为-150、-155、-157、-159、-161、-163、-165和-170℃时CH4分离效果如表6所示。
表6 深冷分离温度为4.5MPaG，温度对CH4分离效果的影响
由表6可知，在CH4深冷分离过程，操作温度为-150℃时，CH4回收率太低，只有86.7％。另外温度越低操作难度越大。综合考虑确定CH4深冷分离过程操作温度为为-155～-165℃较为合适。

Claims (11)

1.一种基于煤炭地下气化气体净化分离的方法，其特征在于包括如下步骤：
(A)来自煤炭地下气化装置的粗煤气先进行初净化处理；在初净化处理过程中，回收粗煤气的热量，洗气除尘以除去粉尘、水分和杂质，脱硫除去H2S，变温吸附脱苯脱萘；
(B)经过初净化处理的气体压缩后进行低温冷却分离，低温分离出的液体进行精馏分离提纯，精馏分离提纯出的气体以及低温分离出的气体进行物理吸附以分离出CO2，精馏分离提纯出的液体主要含有CO2；
(C)物理吸附后的气体进行深冷分离，深冷分离出的液体再进行精馏，精馏出的液体主要含有CH4，深冷分离出的气体和精馏出的气体为主要含有H2和CO的气体。
2.根据权利要求1所述的基于煤炭地下气化气体净化分离的方法，其特征在于所述粗煤气中的主要成分为H2、CO、CH4、CO2、N2、H2O和H2S，粗煤气中的杂质成分包括焦油、粉尘、羰基硫、噻吩、二硫化碳、粗苯、氨和氮氧化物。
3.根据权利要求1所述的基于煤炭地下气化气体净化分离的方法，其特征在于在步骤(A)中，所述初净化处理为：粗煤气先进行换热以回收预热，然后经过洗气塔和除尘除油器处理以除去粉尘和水分并回收焦油，再经过湿法脱硫和干法脱硫除去H2S回收硫磺，最后经过变温吸附塔脱苯脱萘。
4.根据权利要求3所述的基于煤炭地下气化气体净化分离的方法，其特征在于在步骤(A)中，粗煤气经低压锅炉换热到120～200℃并副产低压蒸汽，湿法脱硫采用栲胶法脱硫，干法脱硫采用氧化铁法；变温吸附前将气体增压至0.8～1.0MPag，变温吸附温度为25～200℃。
5.根据权利要求1所述的基于煤炭地下气化气体净化分离的方法，其特征在于在步骤(B)中，在低温分离前先将气体压缩至3.0～7.0MPa。
6.根据权利要求1所述的基于煤炭地下气化气体净化分离的方法，其特征在于在步骤(B)中，所述低温冷却分离包括低温冷冻和低温气液分离；低温冷冻过程将气体冷冻至-15～-45℃；低温气液分离过程的操作温度为-15～-45℃，操作压力为3.5～6.5MPa。
7.根据权利要求6所述的基于煤炭地下气化气体净化分离的方法，其特征在于在步骤(B)中，低温气液分离过程的操作温度为-30～-40℃，操作压力为4.0～5.5MPa。
8.根据权利要求1所述的基于煤炭地下气化气体净化分离的方法，其特征在于在步骤(B) 中，低温分离后的液体进行精馏分离提纯，精馏塔内压力为3.0～5.5MPa，塔顶物料低温冷凝后出口温度为-20～-75℃，塔底温度为5～35℃。
9.根据权利要求1所述的基于煤炭地下气化气体净化分离的方法，其特征在于在步骤(B)中，所述物理吸附过程中使用的吸附剂为沸石分子筛、活性炭、碳分子筛、活性氧化铝、硅胶、有序介孔材料、胺修饰吸附剂和MOFs材料中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的基于煤炭地下气化气体净化分离的方法，其特征在于在步骤(B)中，物理吸附后的吸附剂进行解吸，得到剩余CO2。
11.根据权利要求1所述的基于煤炭地下气化气体净化分离的方法，其特征在于在步骤(C)中，所述深冷分离包括深冷冷却和深冷气液分离，深冷冷却过程将气体冷却至-155～-165℃；深冷气液分离的操作在温度-155～-165℃、压力3.0～5.0MPa下进行；精馏过程中控制精馏塔塔底温度在-70～-85℃。
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