煤制气液化分离工艺技术的运用分析

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　　【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;液化分离;工艺技术;运用
　　1 煤制气的液化分离装置
　　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。
　　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，氢气和甲烷等气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。
　　2 煤制气净化工艺相关特点介绍
　　煤制气进入液化分离装置之后，首先要进行净化处理，净化处理的目的主要有两个：一是除去煤制气中的杂质，防止对装置造成破坏，在净化的过程中，主要是除去水分、汞、甲醇以及其他的杂质，这些杂质会对设备的零件造成损坏，影响设备的使用寿命。二是防止多余的水分和甲醇在冷却作用下结冰，影响设备的使用性能。煤制气净化工艺与天然气净化工艺的不同之处有三点：一，不需要专门的装置去除二氧化碳，因为煤制气的液化分离需要的二氧化碳含量要求与天然气相比较低，对二氧化碳的含量要求标准不一致，使得煤制气在液化分离的过程中，不需要单独的设备去除二氧化碳。二，干燥装置的使用时间长，设备结实耐用，能够有效地防止分子筛被吹翻，使主塔工况的稳定性大大提高。三，煤制气脱汞床的面积较大，使得净化后的煤制气的汞含量较高，采用两床串联的方式进行脱汞操作。如果一个吸汞床已经饱和，那么需要更换吸附劑，常用的吸附剂为浸硫的活性炭，因为活性炭的吸附能力比较强，因此，在净化煤制气的过程中，用活性炭进行吸附，能够取得较好的成效，可以使煤制气中的汞含量大大减少。
　　3 煤制气液化分离
　　煤制气完成以上净化过程后开始进入液化分离单元。当前常用的液化分离装置实际上是将氮混合冷剂氮循环等多项新技术进行整合集成后产生的，除了能满足产品纯度方面的要求，还具有很高的分离效率。其中，氮冷剂与原料气都在主换热器中完成冷凝。经过常规预处理后的原料气被送进换热器，由第一通道不断向下流动，初次降温至–82℃，然后在中间区域引出冷箱，由气体本身对分馏塔的底部进行加热。从分馏塔中输出的原料气，其温度第二次被降低到–113℃，并有4.65MPa 左右的压力，在返回至换热器以后，进行第三次降温，使原料气实际温度达到–151℃，最后在分离器中完成分离。由分离器中输出的气相物质经过微膨胀后进入分馏塔;由分离器中输出的液相物质则通过节流阀被降低至操作压力，再进入分馏塔。在分馏塔中完成分馏后，从塔顶输出的产品为氢气和一氧化碳，而从底部输出的则是LNG。分馏塔的顶部设有冷凝器，它能将气体温度降低至–177.2℃（冷量主要由氮冷剂提供）。从冷凝器中输出的流体经回流罐进一步分离，所得回流液在回流泵的作用下进入分馏塔。至此完成整个液化分离过程，由回流罐向外输出的气体即为合成气产品。就目前来看，以上煤制气液化分离工艺技术已达到能够成熟应用的水平，并取得了良好的效果。
　　煤制气液化分离主要具有以下特点：1）煤制气液化所需要的全部冷量都来源于混合冷剂系统，该系统所用冷剂主要有以下五种：异戊烷冷剂、氮冷剂、甲烷冷剂、乙烯冷剂和丙烷冷剂。各冷剂在冷箱当中以气体和液体共存的形式储存，由J-T 阀实现膨胀制冷。2）为进一步提高甲烷气体的液化分离效果，出口产品线增设冷分离罐，以此先分离已经完全液化的甲烷，然后对冷分离罐当中的气相进行膨胀制冷，最后由分馏塔完成分离。3）将液氮作为另外一种冷源，用于对来源于分馏塔顶部的合成气进行降温处理，以分离甲烷。对整个液氮系统而言，它主要由两部分构成，分别为设置在进出口处的分离罐与氮气压缩装置，形成一个完整的闭合回路。4）对于分馏塔，其作用原理为充分利用氢气、甲烷和一氧化碳沸点有显著差异的特性，对甲烷进行针对性分离，实现最大程度利用能量的目标。
　　4  结束语
　　煤制气的液化和分离技术对我国煤炭资源的合理利用和节能环保具有十分重要的意义，目前，我国的重工业仍然以煤炭资源相关的产业为主，煤炭工业占到我国重工业经济总产值的三分之二左右，对我国的经济发展具有重要作用。煤制气液化和分离技术是合理利用煤炭资源的一种新型技术。煤制气不能直接应用于生产和生活中，但通过液化分离工艺能够制取天然气等多种生产生活原料，既做到了煤炭利用方法的多样化，又做到了节能环保，提高社会效益。因此，发展煤制气的液化分离工艺技术具有较高的社会价值。
　　参考文献：
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　　（作者单位：伊犁新天煤化工有限责任公司）
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