论文部分内容阅读
摘 要：和天然气的组成成分不同，煤制气主要是由一氧化碳，氢气和甲烷组成。煤制气不能直接投入正行的生产运用，需要对其组成成分进行控制，一般的需要对煤制气进行液化分离，使用液化分离装置将不需要的物质一氧化碳和氢气分离出来。这样处理之后的煤制气就可以用来制造甲醇，甲烷液化分离之后得到LGN产品。煤制气的液化分离工艺和LGN产品的液化分离工序存在的较大的差异，本文主要针对煤制气的液化分离工序的流程和相关的特点进行分析探讨，针对提高煤制气的液化分离工艺水平具有积极的意义。
关键词：煤制气；脱水；托甲醇；液化；甲烷分离
一、煤制气的液化分离装置分析
在研究分析煤制气的液化分离装置之前，我们首先对常规天然气的液化工艺进行简单的分析。普通的天然气的液化分离工序主要包括了一下两个环节，一净化环节：主要是将天然气中容易去掉的成分，如过多的水分，重烃和其它的一些杂志等；另一个环节是液化环节：主要是对甲烷进行处理液化成甲烷液。煤制气液化分离工序和普通天然气的液化分离工序存在很多相似的地方，不同的是煤制气的液化分离工序多了合成气分馏环节。其液化环节将甲烷液化之后形成LNG副产品。下面给出了煤制气的成分组成图示。
没有经过处理的煤制气进入煤制气的分离装置（以下称甲烷分离装置），之后就进入了第一个液化分离环节的净化环节，煤制气经历了脱水，脱甲醇，脱汞。然后进入了下面的液化环节，净化后的原材料进入冷却箱，一般的冷却箱的温度为零下一百六十二摄氏度左右，煤制气充分液化以后就进入了下面的分馏环节，煤制气从冷却箱中出来进入了分馏塔。分馏塔的主要工作原理就是提供不同的问题，当液化了的煤制气经过不同分馏层时，煤制气里面的成分一氧化碳，氢气和甲烷等氣体会分别汽化从而实现分馏的目的。要知道不同的其它其沸点是不同的。煤制气经过分馏塔出来的产品就是LNG的副产品。分流出来的LNG产品会进入LNG储存罐进行储存。另外分离之后的其余其它会经过分馏塔顶部排除，一般的在分馏塔顶部安装有相应的冷却装置和BOG回收系统。煤制气的具体的液化分离的流程如下图所示。
二、煤制气净化工艺特点分析
煤制气在进行液化之前，首先要做的工作就是进行净化处理。将原材料中的过多的水分，汞，甲醇和其它的一些杂志净化掉。该工序存在的目的主要是因为上面提到的物质要是出现在液化环节会对液化的设备造成一定程度的破坏，造成设备堵塞，上面提到的物质在冷却箱中会结冰，会在很大程度上降低换热器的工作性能。在净化环节，会有一部分工艺液体随着原材料从冷却器中深入冷却箱中，对此一般的通过使用分子筛选器或者使用分离器将这一掺杂进来的工艺液体出去。
未经处理煤制气首先进入处于吸附状态下的分子筛干燥器的顶部，在此处的眼里为4.76兆帕，此处的温度为三十五摄氏度。该装置有两个床层，两个床层的所完成的工作是不同的，一个床层是对水和甲醇进行吸附，一个床层处于再生状态，整个吸附过程持续一天，其中一半的时间是进行吸附，七个小时的时间是进行加热，剩下的绝大部分时间是进行冷却，其中一小部分时间是进行加热和冷却的切换。在第二个床层的再生上要使用再生介质，一般的选用低压氮气作为再生介质，因为氮气的化学性质较为稳定。介质氮气在加热器的加热作用下温度增加到二百三十摄氏度，再生床层工作时要将饱和了的水和甲醇吸附掉，然后将再生气体排放到大气中，在进行加热和冷却阶段切换时，要主要时间的控制，在进行冷却时，加热器不能再对再生床层做功。
原料气经过上面的处理之后就变得干燥这样就可以进入粉尘过滤器将干燥气体中存在的固体杂质去掉。
在原料气中汞的含量一旦超标，在进行液化环节的冷却箱时，将会对铝制的冷却箱造成严重的破坏，甚至导致冷却箱出现爆炸的情况，所以去掉固体杂质之后的干燥原料气要进入脱汞床，在脱汞床上通过使用浸过硫的活性炭将干燥的原料气中的汞去掉。然后经过碳粉过滤器将活性炭粉去掉。
煤制气的整个净化流程主要有以下的特点：一方面，不需要二氧化碳净化装置的参与，原料气中二氧化碳的含量不影响液化环节的正常进行；一方面，脱汞床一般是两个串联，这样一个脱汞床处于饱和之后，剩下的脱汞床可以继续进行工作；一方面，吸附剂的拥有较长的使用寿命，减少了企业成本的投入，系统切换装置损失较小。
三、煤制气液化分离工艺的分析
原料气经过上述的净化环节处理之后，就可以进行下面的液化分离环节了。现阶段使用的液化分离装置主要是由混合冷剂循环，单混合冷剂循环，和分馏系统组成的。该装置不但具有液化效率高的特点，而且液化得到的甲烷液体的纯度较高。
预处理之后的原料气首先进入主冷剂换热器，经过预处理的原料气进入主冷剂换热器，原料气在主换热器第一通道向下流动，预冷至零下八十二摄氏度，并在主换热器的中间部位引出冷箱，气体被用来加热合成气分馏塔的塔底。来自分馏塔再沸器的冷原料气，温度控制在零下一百一十三摄氏度，压力控制在4.65兆帕，返回到主换热器被进一步冷却到零下一百五十一摄氏度，压力控制在4.41兆帕，然后在冷液分离器进行分离。
分离出来的气相物流进入了膨胀机进行膨胀，物流的压力由原来的4，41兆帕膨胀到1。2兆帕，从冷夜分离器底端出来的液相物流将进入分馏塔，在进入分馏塔之前要使用减压阀对其进行减压到分馏塔接受的压力范围。
液相和气相物流经过分馏塔的处理，一氧化碳和氢气从分馏塔的顶端排到大气中去，理想的LNG产品则从分馏塔的底端流出。塔顶的冷凝器将合成气的温度控制在零下一百七十七摄氏度，冷凝器的供冷主要是靠氮冷剂系统提供的，从冷凝器出来的流体经过了回流罐进行分离，从回流罐中出来的就是合成气产品。从分馏塔底部流出的LNG产品温度控制在了零下一百六十二度，被装入LNG储存罐中进行保存。
煤制气的液化分离工序主要具有一下几方面的特点：一方面，整个液化过程中所需的冷量是由冷剂循环系统提供的，从而实现了成本的降低；一方面，在冷箱出口安装了冷分离罐，这样能够更有效的将甲烷分离出来；一方面，分离塔设置了不同温度的分馏层，借助了不同气体的沸点不同这一原理将多种气体分离开来，在很大程度上节省了能量，降低了企业成本的投入。
结语：
上面对煤制气的液化分离工艺进行了详细的分析，总结了净化工序和液化分离工序的特点，这对提高和优化煤制气的液化分离工艺具有积极的意义。
参考文献
[1] 刘金昌，张玉柱，党钾涛，曹俊雅，解强. CO2作煤粉输送载气对GSP气化过程影响的模拟研究[J]. 中国矿业大学学报，2014（05）.
[2] 李健，陈鲁园，闫龙，亢玉红，马亚军，尚军飞. GE水煤浆气化技术现状和应用前景[J]. 当代化工，2014（11）.
[3] 韩少华，闫晓敏，王宝凤，张进军. 离子液体作用下褐煤与生物质在亚临界水中共液化[J]，化工学报.
关键词：煤制气；脱水；托甲醇；液化；甲烷分离
一、煤制气的液化分离装置分析
在研究分析煤制气的液化分离装置之前，我们首先对常规天然气的液化工艺进行简单的分析。普通的天然气的液化分离工序主要包括了一下两个环节，一净化环节：主要是将天然气中容易去掉的成分，如过多的水分，重烃和其它的一些杂志等；另一个环节是液化环节：主要是对甲烷进行处理液化成甲烷液。煤制气液化分离工序和普通天然气的液化分离工序存在很多相似的地方，不同的是煤制气的液化分离工序多了合成气分馏环节。其液化环节将甲烷液化之后形成LNG副产品。下面给出了煤制气的成分组成图示。
没有经过处理的煤制气进入煤制气的分离装置（以下称甲烷分离装置），之后就进入了第一个液化分离环节的净化环节，煤制气经历了脱水，脱甲醇，脱汞。然后进入了下面的液化环节，净化后的原材料进入冷却箱，一般的冷却箱的温度为零下一百六十二摄氏度左右，煤制气充分液化以后就进入了下面的分馏环节，煤制气从冷却箱中出来进入了分馏塔。分馏塔的主要工作原理就是提供不同的问题，当液化了的煤制气经过不同分馏层时，煤制气里面的成分一氧化碳，氢气和甲烷等氣体会分别汽化从而实现分馏的目的。要知道不同的其它其沸点是不同的。煤制气经过分馏塔出来的产品就是LNG的副产品。分流出来的LNG产品会进入LNG储存罐进行储存。另外分离之后的其余其它会经过分馏塔顶部排除，一般的在分馏塔顶部安装有相应的冷却装置和BOG回收系统。煤制气的具体的液化分离的流程如下图所示。
二、煤制气净化工艺特点分析
煤制气在进行液化之前，首先要做的工作就是进行净化处理。将原材料中的过多的水分，汞，甲醇和其它的一些杂志净化掉。该工序存在的目的主要是因为上面提到的物质要是出现在液化环节会对液化的设备造成一定程度的破坏，造成设备堵塞，上面提到的物质在冷却箱中会结冰，会在很大程度上降低换热器的工作性能。在净化环节，会有一部分工艺液体随着原材料从冷却器中深入冷却箱中，对此一般的通过使用分子筛选器或者使用分离器将这一掺杂进来的工艺液体出去。
未经处理煤制气首先进入处于吸附状态下的分子筛干燥器的顶部，在此处的眼里为4.76兆帕，此处的温度为三十五摄氏度。该装置有两个床层，两个床层的所完成的工作是不同的，一个床层是对水和甲醇进行吸附，一个床层处于再生状态，整个吸附过程持续一天，其中一半的时间是进行吸附，七个小时的时间是进行加热，剩下的绝大部分时间是进行冷却，其中一小部分时间是进行加热和冷却的切换。在第二个床层的再生上要使用再生介质，一般的选用低压氮气作为再生介质，因为氮气的化学性质较为稳定。介质氮气在加热器的加热作用下温度增加到二百三十摄氏度，再生床层工作时要将饱和了的水和甲醇吸附掉，然后将再生气体排放到大气中，在进行加热和冷却阶段切换时，要主要时间的控制，在进行冷却时，加热器不能再对再生床层做功。
原料气经过上面的处理之后就变得干燥这样就可以进入粉尘过滤器将干燥气体中存在的固体杂质去掉。
在原料气中汞的含量一旦超标，在进行液化环节的冷却箱时，将会对铝制的冷却箱造成严重的破坏，甚至导致冷却箱出现爆炸的情况，所以去掉固体杂质之后的干燥原料气要进入脱汞床，在脱汞床上通过使用浸过硫的活性炭将干燥的原料气中的汞去掉。然后经过碳粉过滤器将活性炭粉去掉。
煤制气的整个净化流程主要有以下的特点：一方面，不需要二氧化碳净化装置的参与，原料气中二氧化碳的含量不影响液化环节的正常进行；一方面，脱汞床一般是两个串联，这样一个脱汞床处于饱和之后，剩下的脱汞床可以继续进行工作；一方面，吸附剂的拥有较长的使用寿命，减少了企业成本的投入，系统切换装置损失较小。
三、煤制气液化分离工艺的分析
原料气经过上述的净化环节处理之后，就可以进行下面的液化分离环节了。现阶段使用的液化分离装置主要是由混合冷剂循环，单混合冷剂循环，和分馏系统组成的。该装置不但具有液化效率高的特点，而且液化得到的甲烷液体的纯度较高。
预处理之后的原料气首先进入主冷剂换热器，经过预处理的原料气进入主冷剂换热器，原料气在主换热器第一通道向下流动，预冷至零下八十二摄氏度，并在主换热器的中间部位引出冷箱，气体被用来加热合成气分馏塔的塔底。来自分馏塔再沸器的冷原料气，温度控制在零下一百一十三摄氏度，压力控制在4.65兆帕，返回到主换热器被进一步冷却到零下一百五十一摄氏度，压力控制在4.41兆帕，然后在冷液分离器进行分离。
分离出来的气相物流进入了膨胀机进行膨胀，物流的压力由原来的4，41兆帕膨胀到1。2兆帕，从冷夜分离器底端出来的液相物流将进入分馏塔，在进入分馏塔之前要使用减压阀对其进行减压到分馏塔接受的压力范围。
液相和气相物流经过分馏塔的处理，一氧化碳和氢气从分馏塔的顶端排到大气中去，理想的LNG产品则从分馏塔的底端流出。塔顶的冷凝器将合成气的温度控制在零下一百七十七摄氏度，冷凝器的供冷主要是靠氮冷剂系统提供的，从冷凝器出来的流体经过了回流罐进行分离，从回流罐中出来的就是合成气产品。从分馏塔底部流出的LNG产品温度控制在了零下一百六十二度，被装入LNG储存罐中进行保存。
煤制气的液化分离工序主要具有一下几方面的特点：一方面，整个液化过程中所需的冷量是由冷剂循环系统提供的，从而实现了成本的降低；一方面，在冷箱出口安装了冷分离罐，这样能够更有效的将甲烷分离出来；一方面，分离塔设置了不同温度的分馏层，借助了不同气体的沸点不同这一原理将多种气体分离开来，在很大程度上节省了能量，降低了企业成本的投入。
结语：
上面对煤制气的液化分离工艺进行了详细的分析，总结了净化工序和液化分离工序的特点，这对提高和优化煤制气的液化分离工艺具有积极的意义。
参考文献
[1] 刘金昌，张玉柱，党钾涛，曹俊雅，解强. CO2作煤粉输送载气对GSP气化过程影响的模拟研究[J]. 中国矿业大学学报，2014（05）.
[2] 李健，陈鲁园，闫龙，亢玉红，马亚军，尚军飞. GE水煤浆气化技术现状和应用前景[J]. 当代化工，2014（11）.
[3] 韩少华，闫晓敏，王宝凤，张进军. 离子液体作用下褐煤与生物质在亚临界水中共液化[J]，化工学报.