本發(fā)明涉及煤化工和潔凈煤技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種從煤炭地下氣化氣體中分離出CO₂和CH₄，同時(shí)副產(chǎn)電力、煤焦油、硫磺等的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

煤炭地下氣化(Underground Coa1 Gasification，以下簡稱UCG)技術(shù)是將處于地下的煤炭進(jìn)行有控制的燃燒。通過對(duì)煤的熱作用及化學(xué)作用產(chǎn)生可燃?xì)怏w，綜合開發(fā)清潔能源與生產(chǎn)化工原料的新技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是僅僅提取煤中的含能組分，而將灰渣等污染物留在井下。與傳統(tǒng)的煤炭地下開采相比，UCG技術(shù)具有安全、高效、污染少等優(yōu)點(diǎn)。

通過UCG技術(shù)將化石能源的煤炭轉(zhuǎn)化為清潔燃料，包括生產(chǎn)氫氣等高技術(shù)含量、高附加值的能源、化工產(chǎn)品；可以清潔高效發(fā)電，調(diào)整電源結(jié)構(gòu)；或用以合成燃油和天然氣以替代石油，減少我國對(duì)進(jìn)口石油和天然氣的依賴，從而提高我國能源的安全水平；有利于降低碳排放和減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，減少使用煤炭對(duì)大氣的污染，其生產(chǎn)過程可將大量的煤灰、煤矸石等留存地下，實(shí)現(xiàn)不占地、不污染地表環(huán)境以及減輕地面沉陷。UCG生產(chǎn)的氣體中的H₂、CO、CH₄、CO₂、H₂S等經(jīng)過凈化，各種成分可分別被回收、利用和儲(chǔ)存，使溫室氣體CO₂及硫、氮等污染物的排放降到最低。

UCG技術(shù)解決了傳統(tǒng)采煤的多種地質(zhì)災(zāi)害，防止煤炭開采的安全事故，使煤炭生產(chǎn)更加安全，也大大減少了礦難和煤礦工人的職業(yè)病。

UCG技術(shù)生產(chǎn)煤氣，而煤氣運(yùn)輸方便，可以顯著減輕煤炭運(yùn)輸壓力。

UCG技術(shù)開辟了煤炭高效、清潔、低碳開發(fā)利用的新途徑，將對(duì)能源供應(yīng)體系、煤炭和煤電基地建設(shè)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、節(jié)能減排產(chǎn)生重大影響。

UCG技術(shù)的突破，對(duì)于解決一次能源以煤炭為主、電源以煤電為主的能源結(jié)構(gòu)有著極大的現(xiàn)實(shí)意義和長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

CO₂驅(qū)油技術(shù)就是把CO₂注入油層中以提高采油率。國際能源機(jī)構(gòu)評(píng)估認(rèn)為，全世界適合CO₂驅(qū)油開發(fā)的資源約為3000億～6000億桶。由于CO₂是一種在油和水中溶解度都很高的氣體，當(dāng)它大量溶解于原油中時(shí)，可以使原油體積膨脹、黏度下降，還可以降低油水間的界面張力。與其他驅(qū)油技術(shù)相比，CO₂驅(qū)油具有適用范圍大、驅(qū)油成本低、采油率提高顯著等優(yōu)點(diǎn)。這項(xiàng)技術(shù)不僅能滿足油田開發(fā)需求，還能解決CO₂的封存問題，保護(hù)大氣環(huán)境。

CO₂驅(qū)油是一項(xiàng)成熟的采油技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全世界正在實(shí)施的CO₂驅(qū)油項(xiàng)目有近80個(gè)。美國是CO₂驅(qū)油項(xiàng)目開展最多的國家，每年注入油藏的CO₂量約為2000～3000萬噸，其中300萬噸來自煤氣化廠和化肥廠的廢氣。

據(jù)“中國陸上已開發(fā)油田提高采收率第二次潛力評(píng)價(jià)及發(fā)展戰(zhàn)略研究”結(jié)果，CO₂在中國石油開采中有著巨大的應(yīng)用潛力。中國現(xiàn)已探明的63.2億噸低滲透油藏原油儲(chǔ)量，尤其是其中50％左右尚未動(dòng)用的儲(chǔ)量，運(yùn)用CO₂驅(qū)比水驅(qū)具有更明顯的技術(shù)優(yōu)勢?？梢灶A(yù)測，隨著技術(shù)的發(fā)展完善和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，CO₂將成為中國改善油田開發(fā)效果、提高原油采收率的重要資源。

據(jù)報(bào)道，CO₂驅(qū)油已經(jīng)在中石油吉林油田、中石化勝利油田完成先導(dǎo)性試驗(yàn)，可提高原油采收率8％～20％，同時(shí)將50％～60％的CO₂封存在地下。

CH₄是天然氣的主要成分，主要用作燃料，如民用燃?xì)?、工業(yè)燃?xì)狻④囉萌剂系取?/p>

中國天然氣供應(yīng)的缺口正逐年加大，對(duì)外依存度更是呈快速上升之勢。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測，到2020年，中國天然氣缺口將達(dá)1000億立方米。這從客觀上加大了對(duì)非常規(guī)天然氣及替代天然氣的需求力度，除頁巖氣開發(fā)力度加大外，煤制天然氣在中國能源戰(zhàn)略中也被寄予厚望。

隨著煤化工行業(yè)的蓬勃發(fā)展和天然氣消費(fèi)量的大幅增長，中國國煤制天然氣行業(yè)取得長足發(fā)展，成為煤化工領(lǐng)域投資熱點(diǎn)。一批投資數(shù)額巨大的煤制氣項(xiàng)目陸續(xù)上馬，我國煤制天然氣領(lǐng)域呈現(xiàn)良好發(fā)展勢頭。

未來中國天然氣供不應(yīng)求的局面將長期存在，而利用煤炭資源相對(duì)豐富的特點(diǎn)發(fā)展煤制天然氣產(chǎn)業(yè)，是緩解中國天然氣供求矛盾的一條有效途徑。煤制天然氣產(chǎn)品的低熱值比國家天然氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的低熱值高17.8％～21％，能量轉(zhuǎn)化效率高。

目前中國天然氣進(jìn)口量逐年增加，對(duì)外依存度亦與日俱增。出于國家能源安全之考慮，發(fā)展煤制天然氣實(shí)乃上策。發(fā)展煤制天然氣既可作無天然氣供應(yīng)地區(qū)的氣源，又可作管道天然氣的補(bǔ)充氣源和調(diào)峰氣源。一旦多聯(lián)產(chǎn)開發(fā)成功和應(yīng)用，則必將最終實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)、多聯(lián)產(chǎn)、集團(tuán)化發(fā)展之路。

隨著中國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)清潔能源天然氣的需求量迅速增長，天然氣供不應(yīng)求的局面將會(huì)長期存在。利用中國煤炭資源相對(duì)豐富的特點(diǎn)發(fā)展煤制天然氣產(chǎn)業(yè)，補(bǔ)充天然氣資源的不足，是一條緩解我國天然氣供求矛盾的有效途徑，有著廣闊的發(fā)展前景。

中國專利公開號(hào)CN102977959A就公開了一種地下煤氣化生產(chǎn)天然氣的工藝，為地下煤氣化生產(chǎn)合格天然氣的提供了解決方案。技術(shù)方案包括地下煤氣化生產(chǎn)的粗煤氣經(jīng)預(yù)處理除塵、除雜及除焦油后通過鼓風(fēng)增壓后進(jìn)行常壓栲膠脫硫，脫硫后的粗煤氣之后被壓縮，壓縮工藝使用往復(fù)式壓縮機(jī)，采用兩段壓縮的方式，粗煤氣進(jìn)入壓縮機(jī)第一段壓縮后再脫苯脫萘，然后再進(jìn)入壓縮機(jī)的第二段壓縮，經(jīng)壓縮后的粗煤氣氣體壓力為2.5-3.5MPaG，經(jīng)壓縮后的粗煤氣再進(jìn)行CO變換、加壓栲膠脫硫、MDEA脫碳，凈化后的氣體最后進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，生成滿足國家標(biāo)準(zhǔn)熱值要求的合成天然氣。該專利只是為了生產(chǎn)天然氣，產(chǎn)品單一，CO變換和甲烷化等化學(xué)反應(yīng)，和MDEA脫碳等過程投資成本大，且粗煤氣綜合利用率低，耗能大。

中國專利公開號(hào)CN102952598A就公開了一種基于地下煤氣化生產(chǎn)天然氣的甲烷化工藝，解決了目前為止尚無基于煤炭地下氣化技術(shù)生產(chǎn)天然氣的甲烷化工藝的問題，方法為將原料氣經(jīng)預(yù)熱后分為2股，第1股原料氣與來自第3級(jí)反應(yīng)器的部分合成氣一起進(jìn)入第1級(jí)反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)；第2股原料氣與出第1級(jí)反應(yīng)器的合成氣一起進(jìn)入第2級(jí)反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)；出第2級(jí)反應(yīng)器經(jīng)降溫之后的合成氣進(jìn)入第3級(jí)反應(yīng)器進(jìn)一步甲烷化反應(yīng)；出第3級(jí)反應(yīng)器的合成氣部分降溫后循環(huán)至第1級(jí)反應(yīng)器，其余部分合成氣經(jīng)降溫后進(jìn)入第4級(jí)反應(yīng)器進(jìn)行進(jìn)一步甲烷化反應(yīng)，出第4級(jí)反應(yīng)器的氣體經(jīng)冷卻降溫分離冷凝液之后得到合成天然氣。該專利僅是針對(duì)甲烷化具體工藝的研究，沒有對(duì)煤炭地下氣化氣體整體利用作考慮，有一定的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于煤炭地下氣化氣體凈化分離的方法，處理工藝流程簡單，設(shè)備投資費(fèi)用低，可靠性好分離效果好，產(chǎn)品高效利用，分離出CO₂滿足用作油田驅(qū)油劑要求，CH₄滿足國家標(biāo)準(zhǔn)熱值的天然氣要求，H₂和CO可用于熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電，另外副產(chǎn)煤焦油和硫磺。

本發(fā)明的目的可以通過以下措施達(dá)到：

一種基于煤炭地下氣化氣體凈化分離的方法，其包括如下步驟：

(A)來自煤炭地下氣化裝置的粗煤氣先進(jìn)行初凈化處理；在初凈化處理過程中，回收粗煤氣的熱量，洗氣除塵以除去粉塵、水分和雜質(zhì)，脫硫除去H₂S，變溫吸附脫苯脫萘；

(B)經(jīng)過初凈化處理的氣體壓縮后進(jìn)行低溫冷卻分離，低溫分離出的液體進(jìn)行精餾分離提純，精餾分離提純出的氣體以及低溫分離出的氣體進(jìn)行物理吸附以分離出CO₂，精餾分離提純出的液體主要含有CO₂；

(C)物理吸附后的氣體進(jìn)行深冷分離，深冷分離出的液體再進(jìn)行精餾，精餾出的液體主要含有CH₄，深冷分離出的氣體和精餾出的氣體為主要含有H₂和CO的氣體。

本發(fā)明中的粗煤氣中的主要成分為H₂、CO、CH₄、CO₂、N₂、H₂O和H₂S，粗煤氣中的雜質(zhì)成分為焦油、粉塵、羰基硫、噻吩、二硫化碳、粗苯、氨和氮氧化物等。

在步驟(A)中，所述初凈化處理為：粗煤氣先進(jìn)行換熱以回收預(yù)熱，然后經(jīng)過洗氣塔和除塵除油器處理以除去粉塵和水分并回收焦油，再經(jīng)過濕法脫硫和干法脫硫除去H₂S回收硫磺，最后經(jīng)過變溫吸附塔脫苯脫萘，一種具體的方法為：粗煤氣先經(jīng)低壓鍋爐換熱以回收預(yù)熱副產(chǎn)低壓蒸汽或熱水，然后經(jīng)過洗氣塔和電除塵器處理脫除水分和焦油、粉塵、噻吩、二硫化碳、粗苯、氨等絕大部分雜質(zhì)，再經(jīng)濕法脫硫脫除H₂S回收硫磺，最后經(jīng)過變溫吸附塔脫苯脫萘。

在步驟(A)中，粗煤氣經(jīng)低壓鍋爐換熱到120～200℃時(shí)副產(chǎn)低壓蒸汽；

在步驟(A)中，在洗氣塔內(nèi)氣體與冷水逆流接觸，冷卻氣體，粗煤氣中水蒸氣和部分雜質(zhì)液化，經(jīng)洗氣塔后氣體進(jìn)入電除塵器(或除塵除油器)脫除焦油霧；

在步驟(A)中，濕法脫硫方法是采用栲膠法脫硫，利用堿性栲膠水溶液從氣體中脫除硫化氫，栲膠濃度為10～30g/1，堿度(Na₂CO₃)為10～25g/1，氧化溫度為70～90℃；干法脫硫方法是氧化鐵法。

在步驟(A)中，變溫吸附前要將氣體適當(dāng)增壓至0.8～1.0MPag，變溫吸附溫度范圍視情況而定，一般為25～200℃。

經(jīng)過初凈化處理可以得到焦油和粉塵含量小于30mg/Nm³、H₂S含量小于5mg/Nm³氣體。

步驟(B)中，在低溫冷卻分離前先將氣體壓縮至3.0～7.0MPaG，優(yōu)選為4.5～5.5MPaG。

低溫分離包括低溫冷凍和低溫氣液分離，低溫冷凍過程將氣體冷凍至-15～-45℃；低溫氣液分離過程的操作溫度為-15～-45℃，優(yōu)選為-30～-40℃，操作壓力為3.5～6.5MPa，優(yōu)選4.0～5.5MPa；

在步驟(B)中，低溫分離后的液體進(jìn)行精餾分離提純，精餾塔內(nèi)壓力為3.0～5.5MPa，塔頂物料低溫冷凝后出口溫度為-20～-75℃，塔底溫度為5～35℃。精餾分離提純出的液體為CO₂產(chǎn)品，其中CO₂摩爾含量大于99.5％，CO和H₂摩爾含量均小于0.05％，且無粉塵。

在步驟(B)中，精餾分離提純出的氣體以及低溫分離出的氣體進(jìn)行物理吸附以分離出剩余要求的CO₂，物理吸附過程中使用的吸附劑為沸石分子篩、活性炭、碳分子篩、活性氧化鋁、硅膠、有序介孔材料、胺修飾吸附劑和MOFs材料中的一種或多種。物理吸附后的吸附劑進(jìn)行解吸，吸附和解吸過程壓力、溫度控制根據(jù)選擇的吸附劑種類確定，得到剩余CO₂產(chǎn)品。此CO₂產(chǎn)品和前面精餾提純出的CO₂產(chǎn)品合并作為最終的CO₂產(chǎn)品，其中CO2摩爾含量大于99.5％，CO和H₂摩爾含量均小于0.05％，且無粉塵。

在步驟(C)中，深冷分離包括深冷冷卻和深冷氣液分離，深冷冷卻過程將氣體冷卻至-155～-165℃；深冷氣液分離的操作在溫度-155～-165℃、壓力3.0～5.0MPa下進(jìn)行。深冷分離出的液體再進(jìn)行精餾，精餾過程中控制塔底溫度在-70～-85℃；精餾出的液體為CH₄產(chǎn)品，其中CH₄摩爾含量大于97.0％，CO₂摩爾含量小于3.0％，H₂S含量小于6mg/m³，深冷分離出的氣體和精餾出的氣體為主要含有H₂和CO的氣體。

步驟(C)的一種具體過程為：經(jīng)低溫冷凍和物理吸附過程分離出CO₂后剩余氣體首先進(jìn)入冷箱，經(jīng)過板翅式換熱器被冷卻到約-155～-165℃，90％以上的CH₄被冷凝下來，通過深冷氣液分離器分離出液體和氣體，然后氣體再經(jīng)精餾塔蒸發(fā)，控制塔底溫度在-70～-85℃，從精餾塔底部得到剩余CH₄，從精餾塔頂部出來的氣體即為H₂和CO。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的方法氣體分離流程短、設(shè)備投資費(fèi)用低，操作簡單，回收余熱，氣體凈化分離效果好，產(chǎn)品多樣，綜合利用率高，分離出二氧化碳滿足用作油田驅(qū)油劑要求，甲烷滿足國家標(biāo)準(zhǔn)熱值的天然氣要求，同時(shí)副產(chǎn)煤焦油和硫磺，一氧化碳和氫氣可用于熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種流程示意圖。

圖2是本發(fā)明的一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，E-01為低壓鍋爐換熱器，V-01為蒸汽分離器，C-01為洗氣塔，X-01為除塵除油器，C-02為濕脫硫塔，V-02為再生槽，X-02為壓濾機(jī)，C-03為干脫硫塔，C-04為變溫吸附塔，K-01為壓縮機(jī)，E-02為低溫冷卻器，V-03為低溫氣壓分離器，C-06為二氧化碳吸附塔，C-05為二氧化碳提純塔，C-07為二氧化碳解吸塔，E-03為深冷冷卻器，V-04為深冷氣液分離器，C-08為精餾塔，A1為來自煤炭地下氣化裝置的粗煤氣，A2為氫氣和一氧化碳，A3為甲烷，A4為二氧化碳，B1為含粉塵、雜質(zhì)等的水，B2為低壓蒸汽，B3為焦油，B4為栲膠液，B5為硫磺，B6為苯和萘。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：

(1)初凈化過程：來自煤炭地下氣化裝置的粗煤氣先經(jīng)低壓鍋爐換熱器E-01換熱到120～200℃，鍋爐循環(huán)水產(chǎn)生蒸汽在蒸汽分離器V-01中分離副產(chǎn)低壓蒸汽或熱水，然后進(jìn)入洗氣塔C-01，在洗氣塔內(nèi)氣體與冷水逆流接觸，冷卻氣體，粗煤氣中水蒸氣和部分雜質(zhì)液化，脫除水分和焦油、粉塵、噻吩、二硫化碳、粗苯、氨等絕大部分雜質(zhì)，經(jīng)洗氣塔后氣體進(jìn)入除塵除油器X-01脫除焦油霧，進(jìn)入濕脫硫塔C-02采用栲膠法脫硫，利用堿性栲膠水溶液從氣體中脫除硫化氫，栲膠濃度為10～30g/1，堿度(Na2CO3)為10～25g/1，氧化溫度為70～90℃。利用堿性栲膠水溶液從氣體中脫除硫化氫經(jīng)再生槽V-02和壓濾機(jī)X-02后回收硫磺。

濕法脫硫后的氣體進(jìn)入干脫硫塔C-03和變溫吸附塔C-04進(jìn)一步脫除硫、苯、萘等雜質(zhì)，使氣體中雜質(zhì)含量低于要求值。干法脫硫采用氧化鐵法，變溫吸附前要將氣體適當(dāng)增壓至0.8～1.0MPag，變溫吸附溫度范圍視情況而定，一般為25～60℃。

(2)氣體壓縮過程：經(jīng)前面初凈化后的煤氣進(jìn)入壓縮機(jī)K-01壓縮至3.0～7.0Mpa。

(3)CO₂低溫分離過程：將壓縮后的氣體經(jīng)低溫冷卻器E-02低溫冷凍至-10～-50℃，低溫氣液分離器V-03中進(jìn)行氣液分離，氣體送往二氧化碳吸附塔C-06進(jìn)行CO₂物理吸附過程，液體送入二氧化碳提純塔C-05中進(jìn)行精餾塔分離提純，精餾塔塔頂出來的氣體也送往二氧化碳吸附塔C-06進(jìn)行CO₂物理吸附過程，二氧化碳提純塔C-05塔底出來的液體即為合格CO₂。低溫分離后的精餾分離提純，二氧化碳提純塔C-05內(nèi)壓力為3.0～5.5MPa，塔頂物料低溫冷凝后出口溫度為-50～-75℃，塔底溫度為15～35℃。此過程一般可以分離得到粗煤氣中60％以上的CO₂，且對(duì)于干氣中CO₂摩爾分率大于30％以上的氣體分離優(yōu)勢相當(dāng)明顯。

(4)CO₂物理吸附過程：將CO₂低溫分離和精餾過程氣液分離后的氣體在活性炭作用下吸附剩余CO₂，吸附后經(jīng)二氧化碳解吸塔C-07的解吸得到剩余CO₂。本流程具有流程簡單、能耗低、操作彈性大、易自動(dòng)化、無腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。

(5)CH₄深冷分離過程：未被吸附的氣體主要含H₂、CO和CH₄，經(jīng)深冷冷卻器E-03冷凍到一定溫度后再經(jīng)深冷氣液分離器V-04氣液分離，氣體被冷卻到約-155～-165℃，90％以上的CH₄以液體的形式被冷凝下來，氣體進(jìn)入精餾塔C-08，控制塔底溫度在-70～-85℃，塔底液體出料即為高純度CH₄，從精餾塔頂部出來的氣體即為H₂和CO

實(shí)施例1

來自煤炭地下氣化裝置生產(chǎn)的粗煤氣，溫度為250℃，壓力為0.6MPa，處理量折合干煤氣100×10⁴Nm³/d,粗煤氣主要成分組成如表1所示，粗煤氣雜質(zhì)成分組成如表2所示。

表1 粗煤氣主要成分組成

表2 粗煤氣雜質(zhì)成分組成

處理過程如下：粗煤氣首先經(jīng)低壓鍋爐換熱到150℃時(shí)以回收預(yù)熱副產(chǎn)低壓蒸汽，然后進(jìn)入洗氣塔，在洗氣塔內(nèi)氣體與冷水逆流接觸，冷卻氣體，粗煤氣中水蒸氣和部分雜質(zhì)液化，脫除水分和焦油、粉塵、噻吩、二硫化碳、粗苯、氨等絕大部分雜質(zhì)，經(jīng)洗氣塔后氣體進(jìn)入電除塵器脫除焦油霧，最后采用栲膠法脫硫，利用堿性栲膠水溶液從氣體中脫除硫化氫，栲膠濃度為20g/1，堿度(Na₂CO₃)為15g/1，氧化溫度為80℃。

栲膠法脫硫再采用氧化鐵繼續(xù)脫硫法除去H₂S，回收得硫磺157Kg/h，控制初凈化過程煤氣出口溫度為40℃，壓力0.20MPa，經(jīng)初凈化過程后，去除粗煤氣中水分和雜質(zhì)15513Kg/h，脫硫后的氣體經(jīng)變溫吸附進(jìn)一步脫除苯、萘等雜質(zhì)，控制變溫吸附壓力0.8～1.0MPag，溫度為25～200℃。初凈化后煤氣中雜質(zhì)含量中焦油和粉塵<30mg/Nm³、H₂S<5mg/Nm³。

初凈化后的煤氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓至5.5MPa并經(jīng)冷卻器冷卻至-35℃，進(jìn)行氣液分離，氣體送往CO₂物理吸附過程，液體送往精餾塔分離提純，塔底出來的CO₂量為32521Kg/h，，氣液分離器頂出來的氣體和精餾塔頂出來的氣體均送往CO₂物理吸附過程在固體吸附劑的作用下吸附剩余CO₂，控制壓力為5.0MPa，吸附后經(jīng)解吸得到CO₂量為9124Kg/h，低溫分離和物理吸附共處理得到CO₂量為41645Kg/h，CO₂摩爾分率為99.8wt％，CO₂回收率為96.9％。未被吸附的氣體進(jìn)入冷箱冷卻，控制溫度為-163℃，壓力為4.5MPa，經(jīng)氣液分離后得到的液體CH₄量為3272Kg/h，CH₄摩爾分率為98.3％，CH₄回收率為95.7％，氣液分離器頂出來的氣體和精餾塔頂出來的氣體量4198Kg/h，其中H₂和CO摩爾分率分別為83.1％和13.7％，H₂和CO回收率分別為99.9％和99.1％.

實(shí)施例2

來自煤炭地下氣化裝置生產(chǎn)的粗煤氣，處理量、粗煤氣組成如實(shí)施例1相同。處理過程如下：粗煤氣首先進(jìn)行初凈化過程，經(jīng)鍋爐換熱回收預(yù)熱，經(jīng)洗氣塔和電除塵器除去粉塵和水分等回收焦油，經(jīng)濕法脫硫和干法脫硫除去H₂S，回收得硫磺157Kg/h，控制初凈化過程煤氣出口溫度為40℃，壓力0.20Mpa，經(jīng)初凈化過程后，去除粗煤氣中水分和雜質(zhì)15513Kg/h，此時(shí)雜質(zhì)含量中焦油和粉塵<30mg/Nm³、H2S<5mg/Nm³。初凈化后的煤氣經(jīng)壓縮并經(jīng)冷卻后進(jìn)行氣液分離，控制CO₂低溫分離溫度為-35℃，取壓力分別為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、7.0和8.0MPaG時(shí)CO₂分離效果如表3所示。

表3 低溫分離過程溫度為-35℃時(shí)，壓力對(duì)CO2分離效果的影響

由表3可知，在CO₂低溫分離過程，操作壓力越高，冷卻器出口物料液體含量越高，CO₂液化率也越高，可分離的CO₂也就越多，會(huì)減小物理吸附過程CO₂處理量，但是冷卻液中CO₂摩爾分率會(huì)降低，會(huì)增大CO₂精餾提純難度。另外壓力越高，設(shè)備投資也會(huì)增大。因此綜合考慮確定CO2低溫分離過程操作壓力為3.5～6.5MPa較為合適。

實(shí)施例3

來自煤炭地下氣化裝置生產(chǎn)的粗煤氣，處理量、粗煤氣組成如實(shí)施例1相同。處理過程如下：粗煤氣首先進(jìn)行初凈化過程，經(jīng)鍋爐換熱回收預(yù)熱，經(jīng)洗氣塔和電除塵器除去粉塵和水分等回收焦油，經(jīng)濕法脫硫和干法脫硫除去H₂S，回收得硫磺157Kg/h，控制初凈化過程煤氣出口溫度為40℃，壓力0.19Mpa，經(jīng)初凈化過程后，去除粗煤氣中水分和雜質(zhì)15513Kg/h，此時(shí)雜質(zhì)含量中焦油和粉塵<30mg/Nm³、H2S<5mg/Nm³。初凈化后的煤氣經(jīng)壓縮并經(jīng)冷卻后進(jìn)行氣液分離，控制CO₂低溫分離壓力為5.5MPaG，取溫度分別為-10、-20、-25、-30、-35、-40、-45和-50℃時(shí)CO₂分離效果如表4所示。

表4 低溫分離過程壓力為5.5MPaG，溫度對(duì)CO₂分離效果的影響

由表4可知，在CO₂低溫分離過程，操作溫度對(duì)分離效果影響顯著，操作溫度越低，冷卻器出口物料液體含量越高，CO₂液化率也越高，可分離的CO₂也就越多，會(huì)減小物理吸附過程CO₂處理量，但是冷卻液中CO₂摩爾分率會(huì)降低，會(huì)增大CO₂精餾提純難度。另外溫度越低，設(shè)備投資也會(huì)增大。因此綜合考慮確定CO2低溫分離過程操作溫度為為-15～-45℃較為合適。

實(shí)施例4

來自煤炭地下氣化裝置生產(chǎn)的粗煤氣，處理量、粗煤氣組成如實(shí)施例1相同。處理過程如下：粗煤氣首先進(jìn)行初凈化過程，經(jīng)鍋爐換熱回收預(yù)熱，經(jīng)洗氣塔和電除塵器除去粉塵和水分等回收焦油，經(jīng)濕法脫硫和干法脫硫除去H₂S，回收得硫磺157Kg/h，控制初凈化過程煤氣出口溫度為40℃，壓力0.20MPa，經(jīng)初凈化過程后，去除粗煤氣中水分和雜質(zhì)15513Kg/h，此時(shí)雜質(zhì)含量中焦油和粉塵<30mg/Nm³、H2S<5mg/Nm³。初凈化后的煤氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓至5.5MPa并經(jīng)冷卻器冷卻至-35℃，進(jìn)行氣液分離，氣體送往CO₂物理吸附過程，液體送往精餾塔分離提純，塔底出來的CO₂量為32521Kg/h，，氣液分離器頂出來的氣體和精餾塔頂出來的氣體均送往CO₂物理吸附過程在固體吸附劑的作用下吸附剩余CO₂，控制壓力為5.0MPa，吸附后經(jīng)解吸得到CO₂量為9124Kg/h，低溫分離和物理吸附共處理得到CO₂量為41645Kg/h，CO₂摩爾分率為99.8wt％，CO₂回收率為96.9％。未被吸附的氣體進(jìn)入冷箱冷卻，控制CH₄深冷分離溫度為-163℃，取壓力分別為2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0和5.5MPaG時(shí)CH₄分離效果如表5所示。

表5 深冷分離溫度為-163℃，壓力對(duì)CH₄分離效果的影響

由表5可知，在CH₄深冷分離過程，3.0MPa以上時(shí)操作壓力多分離效果影響較小，隨著操作壓力增大，冷箱出口物料液體含量略有增大，CH4回收率略有增大，綜合考慮CH4回收率，確定CH4深冷分離過程操作壓力為3.0～5.0MPa較為合適。

實(shí)施例5

來自煤炭地下氣化裝置生產(chǎn)的粗煤氣，處理量、粗煤氣組成如實(shí)施例1相同。處理過程如下：粗煤氣首先進(jìn)行初凈化過程，經(jīng)鍋爐換熱回收預(yù)熱，經(jīng)洗氣塔和電除塵器除去粉塵和水分等回收焦油，經(jīng)濕法脫硫和干法脫硫除去H₂S，回收得硫磺157Kg/h，控制初凈化過程煤氣出口溫度為40℃，壓力0.20MPa，經(jīng)初凈化過程后，去除粗煤氣中水分和雜質(zhì)15513Kg/h，此時(shí)雜質(zhì)含量中焦油和粉塵<30mg/Nm3、H2S<5mg/Nm3。初凈化后的煤氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓至5.5MPa并經(jīng)冷卻器冷卻至-35℃，進(jìn)行氣液分離，氣體送往CO2物理吸附過程，液體送往精餾塔分離提純，塔底出來的CO2量為32521Kg/h，，氣液分離器頂出來的氣體和精餾塔頂出來的氣體均送往CO₂物理吸附過程在固體吸附劑的作用下吸附剩余CO₂，控制壓力為5.0MPa，吸附后經(jīng)解吸得到CO₂量為9124Kg/h，低溫分離和物理吸附共處理得到CO₂量為41645Kg/h，CO₂摩爾分率為99.8wt％，CO2回收率為96.9％。未被吸附的氣體進(jìn)入冷箱冷卻，控制CH4深冷分離溫度為4.5MPaG，取壓力分別為-150、-155、-157、-159、-161、-163、-165和-170℃時(shí)CH₄分離效果如表6所示。

表6 深冷分離溫度為4.5MPaG，溫度對(duì)CH₄分離效果的影響

由表6可知，在CH₄深冷分離過程，操作溫度為-150℃時(shí)，CH₄回收率太低，只有86.7％。另外溫度越低操作難度越大。綜合考慮確定CH4深冷分離過程操作溫度為為-155～-165℃較為合適。