CN107099321A - 利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法 - Google Patents

利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107099321A
CN107099321A CN201710304487.6A CN201710304487A CN107099321A CN 107099321 A CN107099321 A CN 107099321A CN 201710304487 A CN201710304487 A CN 201710304487A CN 107099321 A CN107099321 A CN 107099321A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
unit
synthesis
product
opens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710304487.6A
Other languages
English (en)
Inventor
卡斯珀·扬·亨德利克·伯格
闵振华
汪原理
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China (shanghai) Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
China (shanghai) Energy Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China (shanghai) Energy Technology Co Ltd filed Critical China (shanghai) Energy Technology Co Ltd
Priority to CN201710304487.6A priority Critical patent/CN107099321A/zh
Publication of CN107099321A publication Critical patent/CN107099321A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/50—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon dioxide with hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002—Removal of contaminants
    • C10K1/003—Removal of contaminants of acid contaminants, e.g. acid gas removal
    • C10K1/004—Sulfur containing contaminants, e.g. hydrogen sulfide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002—Removal of contaminants
    • C10K1/003—Removal of contaminants of acid contaminants, e.g. acid gas removal
    • C10K1/005—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/16—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with non-aqueous liquids
    • C10K1/18—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with non-aqueous liquids hydrocarbon oils
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/34—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by catalytic conversion of impurities to more readily removable materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/04—Liquid carbonaceous fuels essentially based on blends of hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/04—Gasification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/06—Heat exchange, direct or indirect
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/08—Drying or removing water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/42—Fischer-Tropsch steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/44—Deacidification step, e.g. in coal enhancing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/54—Specific separation steps for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel
    • C10L2290/545—Washing, scrubbing, stripping, scavenging for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)

Abstract

本发明涉及一种利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，步骤如下：（1）煤炭地下气化生产适当经济规模的粗合成气；（2）粗合成气通过产品井输送至地面，并进入粗合成气冷却、水洗和分离单元，获得干合成气；（3）干合成气输送至酸性水煤气变换和冷却单元，调节下游费拓合成反应期望的碳氢比；（4）冷却后的合成气输送至酸性气体脱除单元脱除酸性气体；（5）合成气脱碳；（6）通过变压吸附或膜分离单元对费拓合成单元的进料H2:CO化学计量比调整；（7）费拓合成生产最终燃料产品。本发明的方法，充分利用煤炭地下气化工艺中的主要副产品扩展下游产成品范围，减少了后期加工处理和排放的成本。

Description

利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法
技术领域
本发明涉及一种利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，属于煤炭地下气化产品气综合利用技术领域。
背景技术
煤炭地下气化（ISC）是一个借助氧化剂，通过地下煤层的燃烧和气化反应，把煤直接转化为产品气的过程。产品气通常被称为合成气，可以作为燃料生产、化工生产、发电等下游工艺的原料。该工艺过程集合了建井完井、地下采煤和煤气化工艺技术，具有安全性好、投资小、效益高、污染少等优点。
煤炭气化工艺是将煤炭通过一系列的化学反应转变为合成气的过程。其中主要的反应包括：
C+H20 → H2+CO（水蒸气气化反应）
CO+H20 ↔ H2+CO2（水煤气变换反应）
CO+3H2↔ CH4+H20 （甲烷化反应）
C+2H2 → CH4（氢气气化反应）
C+½O2 → CO （部分氧化反应）
C+O2 → CO2（完全氧化反应）
C+CO2 → 2CO（二氧化碳气化反应）
一个用于氧化剂注入的钻井称为“注入井”，另外一个用于生产产品气的钻井称为“产品井”。定向钻井和垂直钻井都可作为注入井或产品井。煤炭地下气化（ISC）可能在注入井和产品井之间还需要使用到一个或多个的垂直井（例如：功能井和辅助井）。
当煤层中有注入井、产品井和水平通道将二者连接起来时，此构造被称为一个煤炭地下气化（ISC）单元或井对。ISC单元包括燃烧区、气化区和热解区。其中，燃烧区在煤层中氧化剂注入点附近；气化区以放射状形态围绕在燃烧区周围或者在燃烧区下游，煤炭在气化区被气化、部分被氧化，从而生成产品气；热解区在气化区下游，煤的热解反应一般在这里发生。高温的产品气从气化区往下游流动，并最终从产品井井口输送到地面。在煤燃烧或气化的同时，煤层中的ISC燃空区会生长变大。
通过煤炭地下气化生成的产品气（粗合成气）通常含有合成气（CO、CO2、H2、CH4及其他气体的混合物）以及其他成分（固体颗粒、水、煤焦油、烃类蒸汽，其他微量组分包括H2S、NH4、COS等）。其成分复杂程度取决于多个方面：煤炭地下气化所使用的氧化剂（空气或其他氧化剂，比如氧气、富氧空气或蒸汽混合物）、煤层中的内在水或周边地层渗入煤层中的水、煤质、以及煤炭地下气化工艺的操作参数，包括温度，压力等。
根据已有专利文献，目前的煤炭地下气化产品气的综合利用仍面临着诸多难题，具体如下：
a)除小规模空气气化合成气发电示范项目（包括直接发电和掺烧发电）外，缺乏大规模工业化项目的实施和运营。
b) 煤炭地下气化生产的各类副产品，例如硫化氢/硫磺，工艺水，二氧化碳，煤焦油等没有明确和成熟的工业化综合利用方法或工艺来减少或去除这些副产品。
c)缺乏用于煤炭地下气化工艺的下游合成气生产油品（低温费托合成LTFT生产液体和固体燃料；高温费拓合成HTFT生产气体和液体燃料）的工艺流程方案。
d) 煤炭地下气化工艺中的空气气化、富氧气化和纯氧气化三种不同工艺所生产的合成气产品质量区别较大，直接影响其下游生产工艺和方法，不能一概而论。
e)下游合成气利用工艺未详细考虑和优化利用煤层中的有益副产品煤层气。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法。本发明提供的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，充分利用煤炭地下气化工艺中的主要副产品扩展下游产成品范围，不仅减少了后期加工处理和排放的成本，还增加了项目产品产量和销售收入。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，所述方法包括如下步骤：
（1）多个地下气化炉或气化炉群通过富氧气化或纯氧气化工艺生产适当经济规模的粗合成气；
（2）粗合成气通过产品井输送至地面，并进入粗合成气冷却、水洗和分离单元，获得干合成气，所述干合成气包括H2、CO、CO2、CH4、H2S、COS和HCN成分；
（3）干合成气输送至酸性水煤气变换和冷却单元，干合成气中过量的CO与水蒸汽进行催化反应，生成H2和CO2，调节下游费拓合成反应期望的碳氢比；
（4）冷却后的合成气输送至酸性气体脱除单元，所述酸性气体脱除单元的入口处设有汞脱除反应器，采用逆流气体吸收法，在吸收塔内利用可再生溶剂吸收合成气中的酸性气体H2S和CO2，获得满足下游合成工艺要求H2S含量<1ppmv的合成气；
（5）合成气中多余的二氧化碳通过酸性气体脱除单元进一步脱除；
（6）通过变压吸附或膜分离单元对费拓合成单元的进料H2:CO化学计量比调整；
（7）费拓合成单元进行费拓合成反应生产燃料产品。
优选的，步骤（2）中采用冷却水洗一步进行的直接冷却工艺，或者采用冷却水洗两步进行的间接冷却工艺。
优选的，步骤（2）获得的煤焦油，进入煤焦油处理单元，通过蒸馏将煤焦油分为煤焦油石脑油和煤焦油馏出物，然后通过对煤焦油石脑油加氢处理以脱除残留的硫，脱硫后的煤焦油石脑油输送至预重整单元，生产富含甲烷的气体流并输送至自热重整单元，在自热重整单元中，使用二氧化碳或蒸汽和氧气对富含甲烷的气体流进行重整，自热重整单元合成气与干合成气以适宜比例混合后进入酸性水煤气变换和冷却单元进行后续处理。
优选的，步骤（3）干合成气，首先输送至酸性气体脱除单元处理，所述酸性气体脱除单元的入口处包含COS水解单元，在自热重整单元的入口处，干合成气通过一个催化剂保护反应器，除去残留杂质，以保护ATR催化剂和下游费拓合成催化剂，然后合成气进入自热重整单元，与空气分离装置生产的氧气、锅炉生产的蒸汽和预重整单元生产的高甲烷含量的产品气反应，生产ATR合成气，之后，ATR合成气再进入水煤气变换和冷却单元，调整费拓合成单元所需的H2:CO化学计量比。
优选的，自热重整单元中选用蒸汽自热重整反应，蒸汽自热重整产品气中H2:CO化学计量比为2.5:1，二氧化碳自热重整产品气中的H2:CO化学计量比为1:1。
优选的，所述步骤（7）费拓合成采用钴基催化剂，操作温度220-280oC，操作压力20-40barg， H2：CO化学计量比为1.8:1-2.2:1的低温费拓合成，所述低温费拓合成单元入口处设有催化剂保护反应器。
优选的，低温费拓合成石脑油加氢处理得到饱和烯烃，分馏生成轻质和重质石脑油馏分，轻质石脑油送到异构化单元生产较高辛烷值的调和组分，重质石脑油送到催化重整单元生产高辛烷值的调和组分，氢气作为副产品，分馏后的低温费拓合成馏分，被加氢处理成柴油混合物组分，低温费拓合成的石蜡通过加氢裂化以获得石脑油、润滑油、柴油和航空煤油，低温费拓合成单元产生的工艺水，送到工艺水处理单元处理后循环使用。
优选的，所述步骤（7）采用铁系催化剂，操作温度320-350oC，操作压力20-30barg，H2:（2CO+3CO2）化学计量比为1.06:1的高温费拓合成。温费拓合成产品的分子量更小更轻，精炼和升级处理后，主要产品为轻质石脑油，其次为各种馏分，以及水基醇、酸、烯烃和可燃尾气。这些副产品可以作为项目现场的燃料使用或直接循环至高温费拓合成单元的入口作为进料。同时由于这些产品内含有大量的烯烃，长时间储存容易形成胶（长链烯烃分子），需要特殊的下游处理和升级生产最终产品燃料。
本发明的有益效果是：本发明提供的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，充分利用煤炭地下气化工艺中的主要副产品扩展下游产成品范围，不仅减少了后期加工处理和排放的成本，还增加了项目产品产量和销售收入。
附图说明
为了更清楚地描述本发明的工艺技术流程，具体实施方案中所需要使用的附图描述如下。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是煤炭地下气化纯氧气化产品气生产低温费拓合成（LTFT）燃料产品的方块工艺流程图，方案一；
图2是煤炭地下气化纯氧气化产品气生产低温费拓合成（LTFT）燃料产品的方块工艺流程图，方案二；
图3是煤炭地下气化纯氧气化产品气生产低温费拓合成（LTFT）燃料产品的方块工艺流程图，方案三；
图4是煤炭地下气化纯氧气化产品气生产高温费拓合成（HTFT）燃料产品的方块工艺流程图，方案一；
图5是煤炭地下气化纯氧气化产品气生产高温费拓合成（HTFT）燃料产品的方块工艺流程图，方案二；
图6是煤炭地下气化纯氧气化产品气生产高温费拓合成（HTFT）燃料产品的方块工艺流程图，方案三。
在附图中，相同的附图标记指相同部件。
1、空气分离装置（ASU）；2、氧气；3、氮气；4、ISC地下气化炉；5、粗合成气；6、粗合成气冷却、水洗和分离单元；7、干合成气；8、工艺水；9、工艺水处理单元；10、原水；11、工艺废料；12、处理的工艺水；13、气化水处理单元；14、气化水；15、煤焦油；16、煤焦油处理单元；17、处理的煤焦油；17a、煤焦油石脑油；17b、煤焦油馏出物；18、酸性水煤气变换（SWGS）/水煤气变换（WGS）和冷却单元；19、酸水汽提（SWS）单元；20、酸性气体；21、酸性气体脱除（AGR）单元；22、二氧化碳；23、硫磺生产单元；24、硫磺； 25、预重整单元；26、自热重整单元（ATR）；27、ATR合成气；28、锅炉；29、蒸汽；30、可燃锅炉尾气；31、脱碳单元； 32、硫化氢；33、变压吸附（PSA）或膜分离单元；34、残留尾气（用于燃料或发电）；35、酸性水煤气变换（SWGS）单元支路；36、变压吸附（PSA）单元支路；37、低温费拓合成（LTFT）单元；38、可燃尾气；39、石脑油；40、各种馏分；41、石蜡；42、脱碳燃气；43、高温费拓合成（HTFT）单元；44、可燃尾气；45、烯烃；46、轻质石脑油（汽油）；47、各种馏分；48、水基醇；49、酸。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
在一个实施方案中，利用煤炭地下气化产品气生产低温费拓合成（LTFT）燃料产品（图1），空气分离装置（ASU）1用于生产浓度高于90mole％的液氧（LOX）2用于煤炭地下气化纯氧气化。同时，空气分离装置（ASU）1还生产氮气3，可用作整个工艺的公用工程，如ISC地下气化炉4吹扫，管线和设备吹扫，项目开车和停车吹扫等。当需要更高压力的氮气时，采用增压压缩机来提供所需的供应压力。高浓度液氧（LOX）2也经过增压泵，增加氧气供应压力。然后通过蒸发器，向ISC地下气化炉4的注入井提供气态氧气（GOX）2。对于ISC纯氧气化，空气压缩机仅用于下游工艺中断期间的调试、启动和关闭操作，且可在多个ISC地下气化炉4之间共享。因此，图1正常运行工艺流程中未列出空气压缩机。单个空气分离装置（ASU）1可以同时提供多个ISC地下气化炉4，具体取决于单个空气分离装置（ASU）1的产能和单个ISC地下气化炉4的耗氧量。高浓度气态氧气（GOX）2注入ISC地下气化炉4后与煤层发生反应，生产出含氮量极低的粗合成气5，比较适合于下游的高压和高温转化应用。粗合成气5通过产品井输送至地面，并进入粗合成气冷却、水洗和分离单元6。粗合成气5通过直接冷却工艺（液体或气体冷却，文丘里装置、冷却塔等）或间接冷却工艺（叶片式风扇、换热器等）快速冷却至<150oC。其中，直接冷却工艺包含了粗合成气洗涤的步骤，而间接冷却工艺则需要至少一个洗涤塔将粗合成气内的微量污染物（颗粒物，氯化物，汞，氨等）从粗合成气中移除。经水洗后的合成气然后进入气液分离器，脱除合成气中残留的自由液体，生成温度<100oC的干合成气7。从洗涤塔和气液分离器分离出的工艺水8输送至工艺水处理单元9。通过机械法（重力沉降、撇油器、过滤、反渗透）、化学法（如凝结剂、阻垢剂、缓蚀剂、pH中和剂等）和生物法（好氧细菌、厌氧细菌、活性污泥法、循环活性污泥法、一体化固定膜活性污泥法、膜生物反应器等）进行处理。原水10，作为整个工艺流程的补充水，也一并进入工艺水处理单元9进行处理。工艺废料11，包括固体废弃物、污泥和浓盐水，需要通过垃圾填埋、焚烧或第三方设施进行专业提取进行处理。处理的工艺用水12可用于所有下游应用或直接进入气化水处理单元13，生产用于ISC地下气化炉4的气化水14。煤焦油15输送至煤焦油处理单元16中进一步加工，除去煤焦油15中所有残余的水分（工艺水8），如通过破乳处理，沉淀和油水分离等。干燥的煤焦油15经过筛分和过滤除去其残留的固体颗粒后获得副产品煤焦油17可用于锅炉和发电机组（例如往复式发动机，涡轮机等）的燃料或直接销售。干合成气 7主要成分为H2，CO，CO2和CH4，同时含有H2S，COS和HCN的微量杂质。
干合成气7首先输送至酸性水煤气变换（SWGS）和冷却单元18。干合成气7中过量的CO与水蒸汽进行催化反应（例如钴-钼催化剂或其它适合的催化剂），生成H2和CO2，以实现下游费拓合成反应期望的碳氢比。与传统脱硫后水煤气变化（WGS）工艺相比，采用酸性水煤气变换（SWGS）工艺可以将硫化碳（COS）和其他有机硫转化为硫化氢（H2S），有利于下游脱硫工艺，不需要额外的硫化碳（COS）水解处理。此外，酸性水煤气变换（SWGS）单元18最佳位置在位于粗合成气冷却、水洗和分离单元6之后，合成气内较高的水含量有利于提高水煤气变换的转化率并且减少反应水蒸气消耗量。其中，如果干合成气7中的CO含量较低，无需变换更多的CO以实现所需的H2:CO化学计量比，则可选用酸性水煤气变换（SWGS）单元支路35跳过该处理过程。
对于埋深200-600米的次烟煤-烟煤，煤炭地下气化ISC生产的合成气H2:CO化学计量比通常为2:1-3:1，H2:CO2化学计量比通常为1:1.2-1:2.5。如果地下燃烧和气化区的涌水量较高且仍保持最佳气化条件时，则合成气的H2和CO2含量增加，同时CO含量降低（类似水煤气变换单元18）。同样的，如果在埋深较深的煤层实施煤炭地下气化，由于甲烷化反应倾向于较高的操作压力条件，所以合成气的H2和CO含量降低，同时CH4和CO2含量增加。
变换后的合成气经过冷却后，冷凝的液体回收并输送至酸水汽提单元19进行处理。冷却过程的余热可用于生产低压蒸汽或预热锅炉给水。通过直接或间接加热酸水汽提单元19的反应器并同时添加苛性钠将冷凝酸性液体内的酸性气体20（H2S，少量CO2和NH3）分离。然后将酸性气体20输送至硫磺生产单元23（如克劳斯硫回收装置），将H2S转化成硫磺24。冷却后的合成气输送至酸性气体脱除单元（AGR）21，其中在该单元的入口处存在汞脱除反应器（图1未标出）。该单元采用逆流气体吸收法，在吸收塔内利用可再生溶剂吸收合成气中的酸性气体（H2S和CO2），获得满足下游合成工艺要求H2S含量<1ppmv的合成气，优选H2S含量<0.1ppmv。该单元所采用的技术是低温甲醇洗和SELEXOL工艺的物理溶剂吸附技术。离开吸收塔底部的富含酸性气体的溶剂被送到再生反应器中，通过低压蒸汽汽提脱除溶剂吸收的H2S，然后将其转化成硫磺24。通过多级减压和氮气汽提处理，可将与H2S一起被吸收的二氧化碳22从溶剂中脱除。多余的二氧化碳22通过酸性气体脱除（AGR）单元21脱除后，可用于肥料生产，二氧化碳驱油（EOR）或进一步净化后销售。
通常情况下，低温费拓合成转化率受限于合成气内CO含量，因此无需将CO转换为H2。同时，在变压吸附（PSA）单元33处可通过选择脱除大部分或部分氢气来调节所需的H2：CO化学计量比。低温费拓合成采用钴基催化剂（Co/Al2O3，Co/SiO2），操作温度220-280oC，操作压力20-40barg，所需的H2：CO化学计量比为1.8:1-2.2:1（合成反应包括：nCO + (2n+1)H2→CnH2n+2 + nH2O,n>=1烷烃；nCO + 2nH2→ CnH2n + nH2O,n>=2烯烃；CO + H2O ↔ CO2 + H2）。在低温费拓合成（LTFT）单元37入口处通常需安装催化剂保护反应器，以保护昂贵的钴催化剂，免受重金属、硫（<0.1ppmv）和氯化物中毒。图1所示流程图是单程低温费拓合成（LTFT）过程，其中可燃尾气38可以循环回合成单元37的进料，以增加每次转化率请记住，将需要尾气压缩机和附加设备。生产低温费拓合成石脑油39，则需要进一步加工，如加氢处理得到饱和烯烃，分馏生成轻质和重质石脑油馏分，其中轻质石脑油被送到异构化单元生产较高辛烷值的调和组分，重质石脑油被送到催化重整单元生产高辛烷值的调和组分，氢气作为副产品。分馏后的低温费拓合成馏分40，被加氢处理成柴油混合物组分。低温费拓合成的石蜡41，可通过加氢裂化以获得石脑油、润滑油、柴油和航空煤油等燃料。此外，低温费拓合成（LTFT）单元37产生的工艺水8，送到工艺水处理单元9处理后可循环使用。
在另一个实施方案中，如图2所示，提高了利用煤炭地下气化产品气生产低温费拓合成（LTFT）燃料产品的副产品利用率。其中包括经煤焦油石脑油17a，煤焦油馏出物17b和处理的工艺水12的综合利用，以及低温费拓合成尾气38的循环使用以增加低温费拓合成的气体进料。在煤焦油处理单元16中，通过蒸馏将煤焦油分为煤焦油石脑油17a（沸点高达240℃）和煤焦油馏出物17b。然后通过对煤焦油石脑油17a加氢处理以脱除残留的硫，其酸性气体产品可整合到现有的硫磺生产单元23中。脱硫后的煤焦油石脑油17a输送至预重整单元25，生产富含甲烷的气体流并输送至自热重整单元（ATR）26。在自热重整单元（ATR）26中，使用二氧化碳22或蒸汽29和氧气2对富含甲烷的尾气38进行重整（2CH4 + O2 + CO2 → 3H2 +3CO + H2O；4CH4 + O2 + 2H2O → 10H2 + 4CO）。煤炭地下气化ISC生产的合成气7中H2:CO化学计量比通常为2:1-3:1，若干合成气7中H2:CO化学计量比较高（3:1），选择CO2自热重整（ATR）反应提高其CO含量。通常情况下，优选蒸汽自热重整（ATR）反应，过量的H2通过变压吸附（PSA）或膜分离单元33脱除，用于下游低温费拓合成原油精炼和升级工艺。因此，ATR合成气27输送至变压吸附（PSA）单元33，进行低温费拓合成（LTFT）单元37的进料H2:CO化学计量比调整。小部分可燃尾气38输送至锅炉28作为燃料。大部分可燃尾气38经过脱碳单元31处理后得到脱碳燃气42，再输送至预重整单元25，最终形成一个闭合循环回路。
在另一个实施方案中，图3显示了具有高甲烷含量（>15mole％）的煤炭地下气化产品气生产低温费拓合成（LTFT）燃料产品的工艺流程。干合成气7，首先输送至酸性气体脱除（AGR）单元21处理。该流程将在酸性气体脱除单元21的入口处包含COS水解单元（图3未标出）。在自热重整单元（ATR）26的入口处，合成气通过一个催化剂保护反应器（图3未标出），除去残留的汞，其他重金属，硫，氯化物等杂质，以保护ATR催化剂和下游低温费托合成（LTFT）催化剂。然后合成气进入自热重整单元（ATR）26，与空气分离装置（ASU）1生产的氧气2、锅炉28生产的蒸汽29和预重整单元25生产的高甲烷含量的产品气反应，生产ATR合成气27。之后，ATR合成气27进入水煤气变换（WGS）和冷却单元18（图3未标出支路），调整低温费拓合成（LTFT）单元25所需的H2:CO化学计量比。自热重整单元（ATR）26同时生成的工艺水8，输送至工艺水处理单元9处理后再循环利用。过量的二氧化碳22通过脱碳单元31脱除。调整H2:CO化学计量比的最后一步是通过变压吸附（PSA）单元33脱除过量的氢气，用于下游低温费拓合成液体燃料生产（石脑油39、各种馏分40和石蜡41）。经过处理和调节H2:CO化学计量比后的合成气进入低温费拓合成（LTFT）单元37，生产液体和气体燃料产品。如图3所示，整合循环利用可燃尾气38至预重整单元25和自热重整单元（ATR）26可最大化整个煤炭地下气化产品气生产低温费拓合成（LTFT）燃料产品的产量。
在另一个实施方案中，利用煤炭地下气化产品气生产高温费拓合成（HTFT）燃料产品，其工艺流程（图4）与低温费拓合成（LTFT）工艺流程的基本相同，包括酸性水煤气变换（SWGS）和冷却单元18、酸水汽提（SWS）单元19、酸性气体脱除（AGR）单元21、酸性水煤气变换（SWGS）单元支路35和变压吸附（PSA）单元支路36等。不同之处仅是费拓合成工艺方法不同，高温费拓合成（HTFT）采用铁系催化剂（钾、钠、镁等助剂），操作温度320-350oC，操作压力20-30barg，所需的H2:（2CO+3CO2）化学计量比约为1.06:1（合成反应包括：nCO + (2n+1)H2→ CnH2n+2 + nH2O,n>=1烷烃；nCO + 2nH2→ CnH2n + nH2O,n>=2烯烃；CO + H2O ↔ CO2 +H2）。采用较高的操作温度和铁系催化剂可获得与低温费拓合成产品不同分子量分布的产品。高温费拓合成产品的分子量更小更轻，精炼和升级处理后，主要产品为轻质石脑油（汽油）46，其次为各种馏分47（柴油、航空煤油、焦油和沥青），以及水基醇48、酸49、烯烃（乙烯、丙烯等）45和可燃尾气44。这些副产品可以作为项目现场的燃料使用或直接循环至高温费拓合成（HTFT）单元的入口作为进料。同时由于这些产品内含有大量的烯烃，长时间储存容易形成胶（长链烯烃分子），因此需要特殊的下游处理和升级生产最终产品燃料。图5和图6中的工艺流程分别与上述图2和图3基本相同。不同之处在于高温费托合成单元43的进料气体内组分比率要求，以及不同的催化剂和操作参数。
对于利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成（LTFT和HTFT）燃料产品，空气气化或富氧气化都不适合大规模商业化项目。因为氧化剂进料中的N2将始终存在于整个工艺中，最终存在于费拓合成可燃尾气和下游精炼分馏单元内。若采用空气气化，最终导致可燃尾气的低位热值（LHV）较低，含有大量的惰性气体N2，不适合循环进入预重整单元和自热重整单元实现完整的循环回路。此外，所有下游的工艺设备都要求较大的尺寸以适应大量的惰性气体N2，极大的增加项目投入，且对费拓合成燃料产品的产量无贡献。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
（1）多个地下气化炉或气化炉群通过纯氧气化工艺生产适当经济规模的粗合成气；
（2）粗合成气通过产品井输送至地面，并进入粗合成气冷却、水洗和分离单元，获得干合成气，所述干合成气包括H2、CO、CO2、CH4、H2S、COS和HCN成分；
（3）干合成气输送至酸性水煤气变换和冷却单元，干合成气中过量的CO与水蒸汽进行催化反应，生成H2和CO2，调节下游费拓合成反应期望的碳氢比；
（4）冷却后的合成气输送至酸性气体脱除单元，所述酸性气体脱除单元的入口处设有汞脱除反应器，采用逆流气体吸收法，在吸收塔内利用可再生溶剂吸收合成气中的酸性气体H2S和CO2，获得满足下游合成工艺要求H2S含量<1ppmv的合成气；
（5）合成气中多余的二氧化碳通过酸性气体脱除单元进一步脱除；
（6）通过变压吸附或膜分离单元对费拓合成单元的进料H2:CO化学计量比调整；
（7）费拓合成单元进行费拓合成反应生产燃料产品。
2.根据权利要求1所述的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，其特征在于：步骤（2）中采用冷却水洗一步进行的直接冷却工艺，或者采用冷却水洗两步进行的间接冷却工艺。
3.根据权利要求1所述的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，其特征在于：步骤（2）获得的煤焦油，进入煤焦油处理单元，通过蒸馏将煤焦油分为煤焦油石脑油和煤焦油馏出物，然后通过对煤焦油石脑油加氢处理以脱除残留的硫，脱硫后的煤焦油石脑油输送至预重整单元，生产富含甲烷的气体流并输送至自热重整单元，在自热重整单元中，使用二氧化碳或蒸汽和氧气对富含甲烷的气体流进行重整，自热重整单元合成气与干合成气以适宜比例混合后进入酸性水煤气变换和冷却单元进行后续处理。
4.根据权利要求1所述的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，其特征在于：步骤（3）干合成气，首先输送至酸性气体脱除单元处理，所述酸性气体脱除单元的入口处包含COS水解单元，在自热重整单元的入口处，干合成气通过一个催化剂保护反应器，除去残留杂质，以保护自热重整单元催化剂和下游费拓合成催化剂，然后合成气进入自热重整单元，与空气分离装置生产的氧气、锅炉生产的蒸汽和预重整单元生产的高甲烷含量的产品气反应，生产自热重整单元合成气，之后，自热重整单元合成气再进入水煤气变换和冷却单元，调整费拓合成单元所需的H2:CO化学计量比。
5.根据权利要求4所述的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，其特征在于：蒸汽自热重整产品气中H2:CO化学计量比为2.5:1，二氧化碳自热重整产品气中的H2:CO化学计量比为1:1。
6.根据权利要求1所述的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，其特征在于：所述步骤（7）费拓合成采用钴基催化剂，操作温度220-280oC，操作压力20-40barg，H2：CO化学计量比为1.8:1-2.2:1的低温费拓合成，所述低温费拓合成单元入口处设有催化剂保护反应器。
7.根据权利要求6所述的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，其特征在于：低温费拓合成石脑油加氢处理得到饱和烯烃，分馏生成轻质和重质石脑油馏分，轻质石脑油送到异构化单元生产较高辛烷值的调和组分，重质石脑油送到催化重整单元生产高辛烷值的调和组分，氢气作为副产品，分馏后的低温费拓合成馏分，被加氢处理成柴油混合物组分，低温费拓合成的石蜡通过加氢裂化以获得石脑油、润滑油、柴油和航空煤油，低温费拓合成单元产生的工艺水，送到工艺水处理单元处理后循环使用。
8.根据权利要求1所述的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，其特征在于：所述步骤（7）采用铁系催化剂，操作温度320-350oC，操作压力20-30barg ，H2:（2CO+3CO2）化学计量比为1.06:1的高温费拓合成。
9.根据权利要求8所述的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，其特征在于：高温费拓合成产品的分子量更小更轻，精炼和升级处理后，主要产品为轻质石脑油，其次为各种馏分，以及水基醇、酸、烯烃和可燃尾气，这些副产品可以作为项目现场的燃料使用或直接循环至高温费拓合成单元的入口作为进料，同时由于这些产品内含有大量的烯烃，长时间储存容易形成胶（长链烯烃分子），需要特殊的下游处理和升级生产最终产品燃料。
CN201710304487.6A 2017-05-03 2017-05-03 利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法 Pending CN107099321A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710304487.6A CN107099321A (zh) 2017-05-03 2017-05-03 利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710304487.6A CN107099321A (zh) 2017-05-03 2017-05-03 利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107099321A true CN107099321A (zh) 2017-08-29

Family

ID=59658076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710304487.6A Pending CN107099321A (zh) 2017-05-03 2017-05-03 利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107099321A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1417291A (zh) * 2001-11-05 2003-05-14 中国科学院大连化学物理研究所 一种通过费托合成由合成气选择性地制备柴油馏分的工艺过程
CN101372626A (zh) * 2008-09-28 2009-02-25 陕西金巢投资有限公司 以煤层气为原料生产清洁燃料油及高纯度化工产品的方法
WO2015177034A1 (en) * 2014-05-20 2015-11-26 Haldor Topsøe A/S Reduction or removal of oxygenated hydrocarbons in syngas conditioning
CN106281390A (zh) * 2016-09-26 2017-01-04 中为(上海)能源技术有限公司 用于煤炭地下气化工艺副产品煤焦油的处理方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1417291A (zh) * 2001-11-05 2003-05-14 中国科学院大连化学物理研究所 一种通过费托合成由合成气选择性地制备柴油馏分的工艺过程
CN101372626A (zh) * 2008-09-28 2009-02-25 陕西金巢投资有限公司 以煤层气为原料生产清洁燃料油及高纯度化工产品的方法
WO2015177034A1 (en) * 2014-05-20 2015-11-26 Haldor Topsøe A/S Reduction or removal of oxygenated hydrocarbons in syngas conditioning
CN106281390A (zh) * 2016-09-26 2017-01-04 中为(上海)能源技术有限公司 用于煤炭地下气化工艺副产品煤焦油的处理方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6225358B1 (en) System and method for converting light hydrocarbons to heavier hydrocarbons with improved water disposal
US6306917B1 (en) Processes for the production of hydrocarbons, power and carbon dioxide from carbon-containing materials
TWI291988B (zh)
US20080098654A1 (en) Synthetic fuel production methods and apparatuses
US9145525B2 (en) Acid gas management in liquid fuel production process
CN101845319B (zh) 以生物质为原料生产蜡及清洁燃料油工艺
US20080103220A1 (en) Synthetic fuel production using coal and nuclear energy
EP0574633A1 (en) Dry, sulfur-free, methane-enriched synthesis or fuel gas
CN1384045A (zh) 生产氨/尿素的气化工艺
CN103242134A (zh) 一种生活垃圾热解气化净化方法
WO2005005576A1 (en) Integrated fischer-tropsch and power production plant with low co2 emissions
CN107032954A (zh) 利用煤炭地下气化产品气生产甲醇及其衍生物的方法
MXPA05006313A (es) Una planta y un metodo para la recuperacion aumentada de petroleo.
CN102849680A (zh) 从天然气中合成及纯化氢气的方法
CN112624041A (zh) 一种废弃生物质碳制氢的方法
CN101372627B (zh) 以焦炉气为原料生产清洁燃料油及高纯度化工产品的方法
CN107033961A (zh) 利用煤炭地下气化产品气生产氢气的方法
JP5801417B2 (ja) 炭化水素燃料調製のためのフィッシャートロプシュ法の強化
JP4030846B2 (ja) メタノールの製造方法および装置
CA2663238A1 (en) Hydrogen production method
US8800498B2 (en) Systems and methods for exchanging heat in a gasification system
JP4473223B2 (ja) 改良されたシフト転化の構成と方法
CN105001899A (zh) 清洁煤基合成制蜡的方法
CN107099348A (zh) 利用煤炭地下气化产品气生产合成天然气的方法
CN103992811B (zh) 低阶煤和天然气制备液体燃料和电的方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170829

RJ01 Rejection of invention patent application after publication