[发明专利]一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产方法

说明书

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。

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