CN115637178A

CN115637178A - 一种煤合成气的脱碳工艺

Info

Publication number: CN115637178A
Application number: CN202211352663.0A
Authority: CN
Inventors: 王涛; 高继峰; 丁锋; 闫星星; 许高永
Original assignee: Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Design Co Ltd
Current assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Design Co Ltd
Priority date: 2022-10-29
Filing date: 2022-10-29
Publication date: 2023-01-24

Abstract

本发明涉及一种煤合成气的脱碳工艺，包括如下步骤：S1：粗原料气进入粗合成气预处理装置内，粗合成气预处理装置对粗原料气进行预处理，得到原料气，S2：将原料气送入二氧化碳膜分离装置进行粗脱二氧化碳，得到高二氧化碳含量的原料气；本发明具有能耗低、运行成本低的优点。

Description

一种煤合成气的脱碳工艺

技术领域

本发明属于煤合成气脱碳技术领域，具体涉及一种煤合成气的脱碳工艺。

背景技术

煤炭地下气化(Underground Coal Gasification)，简称UCG是将地下煤炭有控制燃烧、产生可燃气体的一种开发清洁能源与化工原料的新技术。该技术只提取煤中含能组分，而将灰渣等污染物留在井下。这种新技术集建井、采煤、转化工艺为一体，大大减少了煤炭生产和使用过程中所造成的环境破坏，并可大大提高煤炭资源的利用率。针对我国“富煤但油气不足”的资源赋存特点，利用地下闲置煤炭资源制造甲烷、氢气等，对中国天然气发极具战略意义。UCG产生的粗合成气中CO₂的含量较高，这不仅会降低合成气的热值，还会对设备和管道将造成严重腐蚀，需额外采取防腐措施；所以地下煤合成气在利用前需对其进行脱碳处理。近年来，随着工业技术日新月异的发展，演化而来的脱碳流程众多，主要有低温精馏、溶剂吸收、吸附和膜分离技术。其中，膜分离脱碳技术作为一种新兴的高效绿色分离技术，展现出许多独特优势。因此，选择膜分离技术或者基于膜分离的耦合技术对地下煤合成气进行脱碳处理，在工业应用中有着较好的发展潜力。

公开号为CN113862044A的中国发明专利，公开了一种高效地下煤合成气地面处理工艺，包括地下煤合成气通过粗煤气预处理、MDEA脱硫脱碳、分子筛脱水、脱氢工艺的地面处理工艺；该专利中对于合成气的脱碳单元使用的是单一的活化MDEA溶液吸收法。活化MDEA溶液使用的活化剂沸点较低，净化气和再生气中易夹带活化剂，损失较大；若活化剂浓度过高，易对装置设备造成腐蚀。此外，由于MDEA与CO₂吸收反应速率较慢，增大的吸收液循环量会导致高能耗、高运行成本。

公开号为CN113880092A的中国发明专利，公开了一种CO₂捕集回收液化工艺，包括一种利用低温精馏、吸附分离工艺的组合工序对CO₂捕集回收液化工艺，该专利主要包括多级增压、脱硫、脱水脱汞、分馏回收等工序。但是该技术所需能耗较高、设备成本较多。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种具有能耗低、运行成本低的煤合成气的脱碳工艺。

本发明的技术方案如下：

一种煤合成气的脱碳工艺，包括如下步骤：

S1：粗原料气进入粗合成气预处理装置内，粗合成气预处理装置对粗原料气进行预处理，得到原料气；

S2：将原料气送入二氧化碳膜分离装置进行粗脱二氧化碳，得到高二氧化碳含量的渗透气；

S3：经过二氧化碳膜分离装置的低二氧化碳含量的渗余气再送入MDEA脱碳装置中，得到产品气；

S4：将高二氧化碳含量的渗透气和产品气混合后送入氢气提纯膜分离装置内，分离出渗透气和产品气中的氢气后，送入二氧化碳低温精馏装置中，得到液化二氧化碳。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过二氧化碳膜分离装置和MDEA脱碳装置实现煤合成气二氧化碳的脱除，并通过氢气提出膜分离装置取出原料气中的氢气，最后通过二氧化碳低温精馏装置得到液化的二氧化碳，从而大幅减小了胺吸收装置的规模，有效降低了能耗，也在最小化投资成本和运行成本的基础上，实现更优的煤合成气二氧化碳脱除效果；

2、本发明采用粗合成气预处理装置实现对粗原料气的预处理，降低粗原料气内的机械杂质、较大的水滴和油滴、以及细小的固定颗粒、水雾和油雾对二氧化碳膜分离装置的膜的破坏，从而增加膜分离设备的使用寿命；

总之，本发明具有能耗低、运行成本低的优点。

进一步，粗合成气预处理装置包括换热器、缓冲罐、第一过滤器、旋风分离器、高效过滤器、第二过滤器，所述换热器、缓冲罐、第一过滤器、旋风分离器、高效过滤器、第二过滤器一一串联连通。

进一步，所述MDEA脱碳装置具体为醇胺吸收塔。

进一步，经过氢气提纯膜分离装置的渗透气和产品气中经过二氧化碳压缩机后输送至二氧化碳低温精馏装置内。

附图说明

图1为本发明的粗合成气预处理装置示意图；

图2为本发明图1的脱碳工艺示意图。

图中，1、缓冲罐，2、第一过滤器，3、旋风分离器，4、高效过滤器，5、换热器，6、第二过滤器，7、二氧化碳膜分离装置，8、MDEA脱碳装置，9、二氧化碳压缩机，10、二氧化碳低温精馏装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，一种煤合成气的脱碳工艺，包括如下步骤：

S1：将二氧化碳含量大于50％的粗原料气进入粗合成气预处理装置内，粗合成气预处理装置对粗原料气进行预处理，通过预处理脱除粗原料气中夹杂的机械杂质、较大的水滴和油滴以及细小的固体颗粒及水雾和油雾，得到原料气；

S2：将原料气送入二氧化碳膜分离装置7，原料气进入二氧化碳膜分离装置7后高二氧化碳含量的原料气在膜的渗透侧富集，得到含量为99％的二氧化碳渗透气；

S3：经过二氧化碳膜分离装置7的低二氧化碳含量的渗余气再送入MDEA脱碳装置8中，其中经过二氧化碳膜分离装置7的原料气含碳量为12％，MDEA脱碳装置8将含碳量为12％的原料气精脱出二氧化碳含量≤73％的产品气；

S4：将含量为99％的二氧化碳渗透气和二氧化碳含量≤73％的产品气混合后送入氢气提纯膜分离装置11内，分离出渗透气和产品气中的氢气后，然后送入二氧化碳低温精馏装置10中，二氧化碳低温精馏装置10利用低温分离技术将二氧化碳与烃组分分离，得到液化二氧化碳。

通过粗合成气预处理装置将粗原料气中夹杂的机械杂质、较大的水滴和油滴以及细小的固体颗粒及水雾和油雾，避免粗原料气中夹杂的机械杂质、较大的水滴和油滴以及细小的固体颗粒及水雾和油雾对二氧化碳膜分离装置7的膜产生破坏；

通过氢气提纯膜分离装置去除产品气和渗透气中的氢气，提升产品气和渗透气中的二氧化碳含量；

通过二氧化碳膜分离装置7脱除原料气中大部分的二氧化碳，从而降低MDEA脱碳装置8的45％以上的脱碳负荷；

在本实施例中，粗合成气预处理装置包括换热器5、缓冲罐1、第一过滤器2、旋风分离器3、高效过滤器4、第二过滤器6，所述换热器5、缓冲罐1、第一过滤器2、旋风分离器3、高效过滤器4、第二过滤器6一一串联连通；在使用时，因为粗原料气温度较高(＞200℃)，所以粗原料气需要经过换热器将温度降至70℃后，进入缓冲罐1内，缓冲罐1对原料气的气流进行缓冲，并将缓冲后的气流经过第一过滤器2、旋风分离器3、高效过滤器4进行过滤粗原料气中夹杂的机械杂质、较大的水滴和油滴以及细小的固体颗粒及水雾和油雾，通过第二过滤器6进行再次的过滤，保证进入二氧化碳膜分离装置7的气体中不含机械颗粒，从而避免二氧化碳膜分离装置7的膜出现损坏。

在本实施例中，所述MDEA脱碳装置8具体为醇胺吸收塔，通过醇胺吸收塔实现二氧化碳的精脱，保证二氧化碳的脱除。

在本实施例中，经过氢气提纯膜分离装置11的渗透气和产品气中经过二氧化碳压缩机9后输送至二氧化碳低温精馏装置10内。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种煤合成气的脱碳工艺，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种煤合成气的脱碳工艺，其特征在于：粗合成气预处理装置包括换热器、缓冲罐、第一过滤器、旋风分离器、高效过滤器、第二过滤器，所述换热器、缓冲罐、第一过滤器、旋风分离器、高效过滤器、第二过滤器一一串联连通。

3.根据权利要求2所述的一煤合成气的脱碳工艺，其特征在于：所述MDEA脱碳装置具体为醇胺吸收塔。

4.根据权利要求3所述的一种煤合成气的脱碳工艺，其特征在于：经过氢气提纯膜分离装置的渗透气和产品气中经过二氧化碳压缩机后输送至二氧化碳低温精馏装置内。