CN110423637A - 一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤炭及煤层气开采技术领域，具体涉及到一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产方法，包括以下步骤：（1）粗煤气预处理，（2）煤气压缩冷却，（3）酸性气体脱除，（4）净化气液化分离，（5）变压吸附提氢，（6）尾气发电，（7）硫磺回收。本发明提高了煤气综合利用的程度，降低了对煤炭地下气化煤气组分的苛刻要求，实现了良好的经济效益和环境效益，特别适合新疆、甘肃等缺水地区。

Description

一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产方法

技术领域

本发明属于煤炭及煤层气开采技术领域，具体涉及到一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产方法。

背景技术

煤制天然气是规模化生产天然气的重要技术途径，不同于煤层气、页岩气等自然赋存的天然气资源，煤制天然气是一种化学法合成天然气的技术，即煤炭经地面气化后生产合成气（CO/H₂），合成气经羰基合成反应（CO+3H₂→CH₄+H₂O、CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O）生产主要成分为CH₄的天然气。合成法生产天然气作为一种重要的能源代替技术，与其他煤炭转化技术相比能源转换效率显著提高；但其缺点在于水资源消耗较大，能耗较高。而我国煤炭资源丰富的中西部地区，往往也是水资源极为短缺的区域，这成为制约煤制天然气发展的重要瓶颈。

专利CN201210525689公开了一种地下煤气化生产天然气的工艺，提出将煤炭地下气化应用于生产合成天然气的方案，基于现有的常规地面合成天然气生产工艺，针对煤炭地下气化粗煤气的特点，进行了适当的调整与优化，如采用低成本的栲胶脱硫工艺、将CO变换与甲烷化产生的工艺冷凝液作为煤气预处理工艺洗涤塔的洗涤水等。尽管采取了上述改进措施后，部分解决了改换“气头”后，对煤气预处理、脱硫、脱碳等提出的新问题。但是由于采取了地面煤制气的相同的开发思路，而忽视了地下气化技术的特点，使得该方案合成天然气的投资成本仍然高，水资源消耗仍然大，能耗水平仍居高不下，工艺运行稳定性仍存在较大问题。

通过分析可知，上述煤炭地下气化生产天然气的问题是显而易见的，煤炭地下气化生产天然气必须转变发展思路，思路转变的关键是发挥煤炭地下气化的最大效能，煤炭地下气化其化学原理同地面煤气化相同，但是其突出的特点在于，整个气化反应在地下近乎原始状态赋存的煤层中进行的，可供调控的工艺变量只有气化剂流量、气化剂组成、氧气浓度、气化压力和气化剂进气位置，而地面气化炉强化反应-传热-传质的技术手段，诸如粉煤粒度、炉箅子、搅拌器、喷嘴型式、进氧气位置等，显然不能直接在地下应用，因而煤炭地下气化的特性，主要取决于地下煤层赋存的地质、煤质、水文、岩石力学特性等，这通常也是决定煤炭地下气化煤气品质的重要因素，但多为非可控因素,因而煤炭地下气化从长周期来看是非稳定的，特别是煤气组分会有一定的波动。就煤气品质而言，与地面气化，特别是流化床、气流床气化相比，煤炭地下气化煤气特点之一是含有一定量的甲烷（CH₄），其含量通常在10.0%～37.0%，但是含量随不同煤种、不同埋深等情况略有差异，而且在气化的不同阶段，甲烷含量也会存在一定差异；特点之二是氢气（H₂）含量远高于一氧化碳（CO）含量，H₂含量通常在25%～40%，而CO含量一般不高于25%，大致在7%～22%之间，整体上合成气组分偏低，远低于地面气化炉；特点之三是二氧化碳（CO₂）含量也较高，含量通常在37%～50%，大量CO₂未得到充分的转化；特点之四是粗煤气中杂质含量高，如焦油、硫化物、苯、氨等。因此，从煤气品质分析，煤炭地下气化煤气合成气（H₂+CO）成分偏低，合成气中CO含量低，对于羰基合成反应为主的现代煤化工过程（合成油、合成天然气、甲醇等）而言，其合成过程的适应性或选择性要低，且由于煤炭地下气化过程众多的非可控因素，其过程的稳定性、调节操作的难度要复杂的多。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题，而提出一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产方法。需要说明是，煤炭地下气化过程中，由于煤层在地下被水所饱和，且煤层顶板通常赋存含水层，因而地下水在煤炭气化过程中，不断涌入煤炭气化反应区域，充当煤炭气化反应的气化剂，一般不需要额外增加新鲜水的供应，因而与传统地面煤气化相比，整个气化反应的耗水量大大降低。该工艺方法充分利用煤炭地下气化煤气的特点，采用物理分离提纯甲烷生产天然气，实现了低耗水条件下天然气的生产，吨煤可生产天然气200Nm³～740Nm³，大大降低了合成天然气生产过程的投资和消耗，降低了合成工段对煤炭地下气化合成气组分的苛刻要求，改善了装置的操作弹性；同时本工艺方法可进一步分离提纯氢气，氢气可用于炼油厂加氢装置、化工厂合成装置等，具有较好的经济效益；进一步本工艺方法可联产电力，可供全厂使用，降低了动力消耗，能提高电厂的效率和经济效益；进一步本工艺方法生产天然气过程中，分离出的二氧化碳可作为驱油剂使用，可用于低渗透油气田、稠油资源开发，提高原油采收率，在增加原油开采效率的同时可以封存CO₂，减少了碳排放。总之，本工艺方法提高了煤气综合利用的程度，降低了对煤炭地下气化煤气组分的苛刻要求，实现了良好的经济效益和环境效益，特别适合新疆、甘肃等缺水地区。

为了实现上述目的本发明的技术方案是这样实现的：一种新型的生产天然气的多联产工艺方法，其具体方法至少包括如下主要步骤：

（1）粗煤气预处理

来自煤炭地下气化炉的粗煤气先进行预处理，对煤气进行冷却、降温，除去煤气中的焦油尘、萘、苯、冷凝液等杂质，防止煤气加压后，杂质凝结为液体或者固体颗粒，将对后续步骤（2）造成危害。常用的工艺有水洗涤法、变温吸附法、电捕法、旋分法、过滤法等多种流程，在本发明中可以采用本领域已知的这些方法中的任何一种和/或几种的组合，优选的，本发明采用焦炭吸附法，该步骤包括：来自煤炭地下气化炉的粗煤气送入焦炭吸附塔，焦油、萘等杂质进入焦炭微孔、颗粒表面，从而被焦炭所吸附，焦炭有较高的吸附性能，在常温常压下对萘的吸附性能为20%～30%（wt，饱和吸附），一次通过（但要求空速和线速控制）脱油率可达95%以上，脱萘率可达80%以上。当焦炭吸附达到饱和后，可直接将焦炭更换，不需要对焦炭进行再生，因而该方案不存在吸附剂的再生废水。正常工况下，焦炭一般半年更换一次。焦炭吸附塔一般设置2～16个，具体根据预处理后煤气中焦油、萘控制指标进行设置，一般要求预处理后焦油含量小于1mg/Nm³，萘含量小于5mg/Nm³。

（2）煤气压缩冷却

煤气压缩是关系到整个系统运行的关键设备和动力消耗，其是否稳定正常运行是整个系统是否正常运行的关键。目前可选择的压缩机有往复式、离心式、螺杆式等形式。优先的，本工艺采用往复式压缩机，该步骤包括：来自预处理后的煤气送入往复式压缩机，煤气采用两级压缩，经一级压缩后，煤气压力从气化炉出口压力升至0.5MPa～1.5MPa，之后进入二级压缩，根据后续步骤（3）、（4）对煤气压力的要求，进一步将煤气压力升至1.6MPa～3.5MPa。

该步骤还包含了将原料气冷却至后续步骤（3）所需温度的热回收设备，进一步如煤气中含氧气（O₂），考虑煤气所含的氧对下游设备造成的影响，可在该步骤设置脱氧装置。

（3）酸性气体脱除

预处理后的煤气中仍含有一定的杂质气体如氨（NH₃）、硫化氢（H₂S）、有机硫（羰基硫、二硫化碳等）等，影响最终产品的质量和后续装置的运行，必须进行脱除；同时煤气中含有大量的酸性气体CO₂，在进入后续装置（4）时，容易形成固体干冰，堵塞设备、管道等，影响装置正常运行，因此也必须进行脱除。酸性气体脱除方法种类很多。常用的有传统的热钾碱法、碳丙法、MDEA法、低温甲醇洗法（Rectisol）、NHD（或Selexol）法等工艺，均属于化学或物理吸收的方法。在本发明中可以采用本领域已知的这些方法中的任何一种，优先的，本发明采用物理吸收法，特别是低温甲醇洗法，该步骤包括：增压后的煤气进低温甲醇洗装置，先进入甲醇洗涤塔下段，洗涤塔一般分为两段，最下一段为脱硫段，上面的一段为脱碳段。在脱硫段，原料气经富含CO₂的甲醇洗涤，脱除H₂S和部分CO₂等组分后，进入脱碳段，进脱碳段的气体已不含硫。甲醇洗涤塔顶用贫甲醇洗涤煤气中的CO₂组分至小于20ppm，净化气由塔顶引出，送往步骤（4）。

甲醇洗涤塔塔底富含CO₂的甲醇进入CO₂气提塔，在CO₂气提塔中，富含CO₂甲醇液膨胀后产生无硫CO₂气体，由塔顶引出得到CO₂气。CO₂气提塔底部的富含H₂S甲醇进入H₂S浓缩塔。在H₂S浓缩塔下部用低压氮气对CO₂进行气提，出H₂S浓缩塔的尾气基本上不含硫，从H₂S浓缩塔底部出来的富含H₂S甲醇进入甲醇再生塔。在甲醇再生塔中对富甲醇中所含有的H₂S及CO₂进行完全解吸,酸性气可进入步骤（7）硫磺回收。经过再生的甲醇，送往甲醇洗涤塔。

（4）净化气液化分离

为了将甲烷从净化气中分离出来，工业上常用的方法有：深冷法（Cryogenic）、膜分离法（Membrane Separation）、变压吸附法（PSA），优先的，本发明采用深冷法；深冷法常用三种制冷液化工艺：阶式制冷、混合制冷、膨胀制冷，优先采用混合制冷工艺，即本发明采用混合冷剂制冷循环工艺加精馏液化的流程，该步骤包括：净化后的煤气进入深冷液化分离装置，分别获得液化天然气，富一氧化碳气（即以一氧化碳为主，同时含有少量的氮气、氢气及甲烷），和富氢气（即富含氢气的气体）。

其中，净化合格的煤气首先通过液化冷箱，冷却至-145～-170℃后去低温精馏塔中精馏，从塔底出来的液体甲烷纯度高于99%，氢气含量≤2000ppm，氮气含量≤4%，一氧化碳≤6%，经过过冷器过冷至-145～-170℃后，成为过冷LNG产品送往LNG储槽。精馏塔顶部出来的尾气以氢气为主，同时含有少量氮气、甲烷、一氧化碳（富氢气），富氢气送去后续步骤（5）提纯氢气。

混合冷剂制冷循环中的制冷剂，主要由由氮气、甲烷、乙烯、丙烷、戊烷等物质按照一定比例混合而成。利用各组分沸点的不同在冷箱中冷却并经节流阀节流、降温后，作为返流制冷剂返回冷箱的冷端，依次冷却不同温区的原料气及正流制冷剂，返流制冷剂复热后返回到混合制冷剂压缩机压缩而循环制冷。

（5）变压吸附提氢

净化气分离提纯甲烷后，富氢气中H₂浓度一般在80%以上，但仍含有部分甲烷其他微量组分，影响最终产品质量和后序装置的能耗，无法满足下游要求，需增加氢气提纯装置。实现工业化的气体分离技术可分为四大主流技术：深冷法（Cryogenic）、膜分离法（MembraneSeparation）、变压吸附法（PSA）和甲烷化（Methanation）。每种工艺都有其独特的特点并适用于不同的工况。优先的，本发明采用变压吸附法提纯氢气，该步骤包括：来自上述深冷液化分离装置的富氢气进入变压吸附提氢装置（吸附塔）中，经过吸附剂(例如分子筛)的吸附作用之后获得产品氢气。产品氢气的纯度一般可达98%以上。

吸附塔在吸附、再生的不同时间依次经历吸附、多级均降、逆放、抽空、多级均升、终充等步骤。含有少量氮气、甲烷、一氧化碳的富氢气进入变压吸附提氢装置，从吸附塔底进入，在分子筛等吸附剂的作用下将混合气中的杂质气体吸附下来，从塔顶获得产品氢气，其纯度可达98%以上；吸附塔的再生采用逆放、真空解吸的方式，低压解吸气即氮气、甲烷、一氧化碳等的混合气（富一氧化碳气）可经压缩机增压后送去后续（6）尾气发电作为燃料气。

优先的，为追求尽可能高的氢气回收率，本发明采用两段变压吸附提纯氢气。对于第一段变压吸附，采用冲洗再生的PSA流程是最经济合理的。对于第二段变压吸附，由于原料气氢含量很低，采用抽真空再生的VPSA流程可获得尽可能高的氢气回收率。

进一步，本发明还包括步骤（6）尾气发电

变压吸附提氢后的解吸气（富一氧化碳气）是生产过程的尾气，可以作为燃料及其他用途使用，充分利用废弃资源，优先的，本发明将其作为发电燃料，煤气发电通常可以采用锅炉蒸汽轮机发电、燃气轮机发电、燃气内燃机发电，优先的，本发明采用燃气内燃机发电，该步骤包括：变压吸附提氢后的解吸气作为燃料送入发电装置，在燃气内燃机汽缸内部的高压燃烧室燃烧对外做功带动发电机发电，同时利用发电机高温废气经过溴化锂机组制冷/制热，提供工厂所需热能（60℃以上热能），以供工艺保温及采暖热能的热需求，及冷能需求（7℃冷能）；也可以把燃气发电后高温尾气进入余热锅炉产蒸汽，蒸汽带动蒸汽发电机发电，发电后的余热蒸汽供热能。

进一步，本发明还包括步骤（7）硫磺回收

硫回收装置的目的是将上游装置来的酸性气体中H₂S、COS等组份进行处理，达到环保排放要求，并回收副产品硫磺。硫磺回收工艺种类繁多，常用的有克劳斯（Claus）法、超级克劳斯（Super Claus）法、克劳斯+还原吸收（SCOT）法、生物脱硫法、氨法洗涤法等，在本发明中可以采用本领域已知的这些方法中的任何一种。

本发明的有益效果

1、本工艺方法充分利用煤炭地下气化煤气的特点，采用物理分离提纯甲烷生产天然气，实现了低耗水条件下天然气的生产，吨煤可生产天然气200Nm³～740Nm³，大大降低了合成天然气生产过程的投资和消耗，降低了合成工段对煤炭地下气化合成气组分的苛刻要求，改善了装置的操作弹性。

2、本工艺方法可进一步分离提纯氢气，氢气可用于炼油厂加氢装置、化工厂合成装置等，具有较好的经济效益；同时本工艺方法可联产电力，可供全厂使用，降低了动力消耗，发电具有调度灵活的特点，能提高电厂的效率和经济效益，且具有占地面积小，建设投资少等优点。

3、本工艺方法生产天然气过程中，分离出的二氧化碳可作为驱油剂使用，可用于低渗透油气田、稠油资源开发，提高原油采收率，在增加原油开采效率的同时可以封存CO₂，减少了碳排放。

4、本工艺方法提高了煤气综合利用的程度，降低了对煤炭地下气化煤气组分的苛刻要求，实现了良好的经济效益和环境效益，采用了节水工艺，特别适合新疆、甘肃等缺水地区。

附图说明

下面结合附图对本发明所述的方法进行具体说明。

图1是本发明所述工艺流程简图，图2为煤气预处理装置示意图，图3为煤气压缩冷却装置示意图，图4为酸性气体脱除装置示意图，图5为液化分离甲烷装置示意图，图6为变压吸附提氢装置示意图，图7为硫磺回收装置示意图。

图中：1、煤气预处理装置，2、焦炭吸附塔，3、煤气压缩冷却装置，4、往复式压缩机，5、酸性气体脱除装置，6、甲醇洗涤塔，7、尾气洗涤塔，8、CO₂气提塔，9、H₂S浓缩塔，10、甲醇再生塔，11、甲醇水分离塔，12、液化分离装置，13、低温精馏塔，14、液化冷箱，15、分离器，16、再沸器，17、冷凝器，18、变压吸附提氢装置，19、吸附塔， 20、硫磺回收装置，21、脱硫洗涤塔，22、生物再生反应器，23、单质硫分离器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的详细描述。

一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产方法，如图1所示，来自煤炭地下气化炉的粗煤气，依次通过煤气预处理装置1、煤气压缩冷却装置3、酸性气体脱除装置6、液化分离甲烷装置13、变压吸附提氢装置19，获得产品液化天然气（LNG）、氢气（H₂），以及副产品煤焦油、二氧化碳（CO₂）等；还可进一步通过硫磺回收装置24回收硫磺，燃气发电装置28对上述过程中产生的尾气等进行利用，产出电力。

（1）粗煤气预处理

如图2所示，煤气预处理装置1的主要目的是，对煤气进行冷却、降温，除去煤气中的焦油尘、萘、苯、冷凝液等杂质，防止煤气加压后，杂质凝结为液体或者固体颗粒，将对后续煤气压缩冷却阶段造成危害。采用焦炭吸附工艺，来自煤炭地下气化炉的粗煤气送入焦炭吸附塔2，塔内装填焦炭类吸附剂，所用吸附剂具有较高的吸附性能，在常温常压下对萘的吸附性能为20%～30%（wt，饱和吸附），一次通过（但要求空速和线速控制）脱油率可达95%以上，脱萘率可达80%以上。

采用四台焦炭吸附塔2，两台吸附塔2同时处于吸附过程，两台吸附塔2同时处于备用状态（两开两备）。运行过程中：粗煤气自下而上通过吸附塔床层，焦油、萘等杂质进入焦炭微孔、颗粒表面，从而被焦炭所吸附，经预处理后粗煤气中焦油含量小于1mg/Nm³，萘含量小于5mg/Nm³。

当焦炭吸附达到饱和后，可直接将焦炭更换，不需要对焦炭进行再生，因而该方案不存在吸附剂的再生废水。正常工况下，焦炭一般半年更换一次。

（2）煤气压缩冷却

如图3所示，煤气压缩冷却装置3的目的是，满足后工序对煤气压力的要求。采用两级往复式压缩工艺，来自预处理后的煤气送入往复式压缩机4，经一级压缩后，煤气压力从气化炉出口压力升至1.0MPa～1.5MPa；之后进入二级压缩，进一步将煤气压力升至2.5MPa～3.5MPa。煤气压缩机采用水冷却方式，将煤气排出压缩机后的温度控制在40℃左右。

（3）酸性气体脱除

如图4所示，酸性气体脱除装置5的主要目的是，脱除煤气中的酸性气体硫化氢（H₂S）、有机硫（羰基硫、二硫化碳等）、二氧化碳（CO₂）等，以免影响后工序的运行和最终产品的质量。采用低温甲醇洗工艺，增压后的煤气（压力：3.2MPa，温度：40℃）先进入甲醇洗涤塔6下段，洗涤塔一般分为两段，最下一段为脱硫段，上面的一段为脱碳段。在脱硫段，原料气经富含CO₂的甲醇洗涤，脱除H₂S和部分CO₂等组分后，进入脱碳段，进脱碳段的气体已不含硫。甲醇洗涤塔顶用贫甲醇洗涤煤气中的CO₂组分至小于20ppm，净化气由塔顶引出，经原料气冷却器回收冷量后，进入尾气洗涤塔，由从上部喷入的脱盐水进一步除去含有的微量甲醇，之后送往液化分离装置。

甲醇洗涤塔6塔底富含CO₂的甲醇进入CO₂气提塔8，在CO₂气提塔中，富含CO₂甲醇液膨胀后产生无硫CO₂气体，由塔顶引出，经与原料气冷却器回收冷量后进入尾气洗涤塔7，由从上部喷入的脱盐水进一步除去含有的微量甲醇。

CO₂气提塔8底部的富含H₂S甲醇进入H₂S浓缩塔9。为了提高装置H₂S馏分的浓度，在H₂S浓缩塔9下部用低压氮气对CO₂进行气提，出H₂S浓缩塔的尾气基本上不含硫，经原料气冷却器换热后与来自CO₂气提塔8的CO₂气一起进入尾气洗涤塔，进一步由脱盐水洗去其中含有的微量甲醇和H₂S。

从H₂S浓缩塔9底部出来的富含H₂S甲醇进入甲醇再生塔10。在甲醇再生塔中对富甲醇中所含有的H₂S及CO₂进行完全解吸,经塔顶冷凝器换热后，进入酸性气体分离器，离开酸性气分离器的酸性气，通过酸性气换热器加热后进入硫磺回收装置。离开甲醇再生塔塔底经过再生的甲醇，再用贫甲醇泵送往甲醇洗涤塔。

来自尾气洗涤塔7塔底的甲醇和水混合物冷凝液，送入甲醇水分离塔11，通过蒸馏将水和甲醇进行分离。该塔由甲醇水分离塔再沸器进行加热，塔顶甲醇蒸汽送甲醇再生塔10，而水作为废水排出，送往污水处理系统。

低温甲醇洗工艺过程中需外部提供冷量，满足低温状态下甲醇对气体酸性介质的高吸收性。目前，为甲醇洗配套的制冷剂一般有丙烯和氨，采用的均为压缩制冷工艺，都能提供-40℃等级的冷量，两者的技术经济指标接近，选择的主要原则是制冷剂来源的便利性。本工艺选择丙烯制冷。

（4）净化气液化分离

如图5所示，为了将甲烷从净化气中分离出来，液化分离装置12采用混合冷剂制冷循环工艺加精馏液化的流程，净化合格的煤气（压力：2.5MPa，温度：40℃）首先通过液化冷箱14，混合气预冷至-105～-145℃后出冷箱，进入重烃分离器15，分离重烃的混合气，返回冷箱继续预冷，之后进入低温精馏塔塔底再沸器16，再沸器16流出的流股返回冷箱中，继续在冷箱的后序换热器组中冷却，冷却至-145～-170℃后去精馏塔塔釜，在低温精馏塔中精馏。

低温精馏塔13顶部引出气相送入塔顶冷凝器中冷凝，然后经分离器分液，分离器底部液相回流入低温精馏塔13中，顶部得到含有少量氮气、甲烷、一氧化碳的富氢气，富氢气经液化冷箱14回收冷量，复热后出液化分离系统，进入变压吸附提氢装置18。低温精馏塔13塔底得到的LNG，出低温精馏塔的LNG返回液化冷箱14中继续过冷至-145～-170℃后，即为LNG产品。

混合制冷剂方式为，一股液相混合冷剂首先进入冷箱的一液相通道，在其中被预冷至约-30℃～-80℃，经节流阀节流后与冷箱中的返流混合制冷剂流股汇合并反向进入冷箱为换热器组提供冷量。一股气相冷剂流股通过冷箱的一气相通道冷却至-135℃～-171℃，再经节流阀节流后反向进入冷箱为其提供冷量。

低温精馏塔13塔顶冷凝器采用液氮提供冷量，氮气经冷箱冷却后，经节流阀节流后形成液氮，进入低温精馏塔的塔顶冷凝器17中为精馏塔提供冷量，液氮与换热气化后汇合，通过冷箱复热后出系统。

（5）变压吸附提氢

如图6所示，净化气分离提纯甲烷后，富氢气中H₂浓度一般在80%以上，但仍含有部分甲烷其他微量组分，影响最终产品质量和后序装置的能耗，无法满足下游要求，需增加氢气提纯设施。采用变压吸附法提纯氢气，吸附塔19在吸附、再生的不同时间依次经历吸附、多级均降、逆放、抽空、多级均升、终充等步骤。

为追求尽可能高的氢气回收率，本发明采用两段变压吸附提纯氢气。对于第一段变压吸附，采用冲洗再生的PSA流程是最经济合理的。对于第二段变压吸附，由于原料气氢含量很低，只有采用抽真空再生的VPSA流程才能获得尽可能高的氢气回收率。具体而言，一段采用12-3-7 PSA流程，即一段总吸附塔数为12塔，采用3塔同时进料，7次均压（均压过程的目的是回收吸附塔床层死空间内的产品气）；二段采用8-3-3 VPSA流程，即二段总吸附塔数为8塔，采用3塔同时进料，3次均压过程。

含有少量氮气、甲烷、一氧化碳的富氢气进入变压吸附提氢装置18，从吸附塔19底进入，在分子筛等吸附剂的作用下将混合气中的杂质气体吸附下来，从塔顶获得产品氢气，其纯度可达98%以上；吸附塔的再生采用逆放、真空解吸的方式，低压解吸气即氮气、甲烷、一氧化碳等的混合气可经压缩机增压后送去后工序尾气发电作为燃料气。各吸附塔交替循环操作以达到原料气连续不断地输入，产品气连续不断地输出。

进一步，本发明还包括步骤（6）尾气发电装置

如图1所示，净化气液化分离后的富一氧化碳气、变压吸附提氢后的解吸气是生产过程的尾气，为了充分利用废弃资源，本发明将其作为发电燃料，采用燃气内燃机发电，具有调度灵活的特点，能提高电厂的效率和经济效益，且具有占地面积小，建设投资少等优点，净化气液化分离后的富一氧化碳气、变压吸附提氢后的解吸气作为燃料一起送入发电装置，在燃气内燃机汽缸内部的高压燃烧室燃烧对外做功带动发电机发电，同时利用发电机高温废气经过溴化锂机组制冷/制热，提供工厂所需热能（60℃以上热能），以供工艺保温及采暖热能的热需求，及冷能需求（7℃冷能）；也可以把燃气发电后高温尾气进入余热锅炉产蒸汽，蒸汽带动蒸汽发电机发电，发电后的余热蒸汽供热能。

进一步，本发明还包括步骤（7）硫磺回收

如图7所示，硫磺回收装置20的目的是将上游装置来酸性气体中H₂S、COS组份进行处理，达到环保排放要求，并回收副产品硫磺。本发明采用生物脱硫工艺，主要流程为：

脱硫洗涤：碱性的生物洗涤液从脱硫洗涤塔21顶部喷出，与从洗涤塔底部进入的含硫化合物（主要H₂S）气源逆流接触，由于再生生物洗涤液中含有连多硫酸盐类具有脱硫催化作用的物质，所以可以高效吸收H₂S。

生物再生反应器22：含有硫化物的富液从洗涤塔底部流入生物再生反应器24，通过脱硫微生物的生物处理，完成生物洗涤液再生并恢复碱性。再泵入脱硫洗涤部分，重复使用。

单质硫分离23：单质硫从单质硫分离器23中以颗粒沉淀的方式分离出生物脱硫系统，分离后的清液回流去生物再生反应器22。

Claims (7)

1.一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

（1）粗煤气预处理

来自煤炭地下气化炉的粗煤气送入焦炭吸附塔，脱除煤气中焦油尘、萘等；

（2）煤气压缩冷却

来自预处理后的煤气送入压缩机，根据后工序对煤气压力的要求，进一步将煤气压力升至终压；

（3）酸性气体脱除

预处理后的煤气经增压后进入酸性气体脱除装置，脱除H₂S和CO₂；

（4）净化气液化分离

净化后的煤气进入深冷液化分离装置，分别获得液化天然气和富氢气，即富含氢气，还有少量一氧化碳、甲烷等的气体；

（5）变压吸附提氢

来自上述深冷液化分离装置的富氢气进入变压吸附提氢装置中，经过吸附剂的吸附作用之后获得产品氢气。

2.根据权利要求1所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产方法，其特征在于：还可以包括步骤6尾气发电

变压吸附提氢后的解吸气（富含一氧化碳和少量的氢气等）作为燃料一起送入发电装置，进行发电。

3.根据权利要求1所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产方法，其特征在于：还可以还包括步骤7硫磺回收

脱除的酸性气体中的H₂S、COS组份进行处理，达到环保排放要求，并回收副产品硫磺。

4.根据权利要求1所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产方法，其特征在于：在步骤1焦炭吸附塔一般设置2～16个，具体根据预处理后煤气中焦油、萘控制指标进行设置，一般要求预处理后焦油含量小于1mg/Nm³，萘含量小于5mg/Nm³。

5.根据权利要求1所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产方法，其特征在于：在步骤4酸性气体脱除后，煤气中的CO₂组分小于20ppm。

6.根据权利要求1所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产方法，其特征在于：在步骤4制取的液化天然气的纯度高于99%。

7.根据权利要求1所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产方法，其特征在于：在步骤4，液化天然气被送去液化天然气储存装置中储存；富氢气进入后续的变压吸附提氢装置中提取氢气。