[发明专利]利用煤炭地下气化产品气生产合成天然气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用煤炭地下气化产品气生产合成天然气的方法，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合成天然气SNG（气体燃料）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合成天然气的方法。本发明提供的利用煤炭地下气化产品气生产合成天然气的方法，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合成天然气的方法，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；