[發明專利]一種用于粉煤氣化單元的高壓氣相二氧化碳的制備方法

有效

• 申請號: 201710676152.7
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107311173B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 宮萬福;侯寧;呂建寧;閆兵海
• 申請（專利權）人: 惠生工程(中國)有限公司
• 主分類號: C01B32/50
• 分類號: C01B32/50;C10J3/46;C10L3/08
• 代理公司: 31225 上海科盛知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種用于粉煤氣化單元的高壓氣相二氧化碳的制備方法，利用低溫甲醇洗工藝產生的冷能預冷原料氣，再深冷分離制備中壓液體CO₂，所得中壓液體CO₂通過低溫液體泵增壓后，經所述原料氣與低溫甲醇洗工藝回收中壓液體CO₂的冷能，使其氣化生成高壓氣相CO₂，并送至上游粉煤氣化單元。與現有技術相比，本發明通過高效匹配換熱網絡，充分利用原料氣體的壓力能分離制備中壓液體CO₂，再通過低溫液體泵增壓至粉煤氣化所需壓力，相較傳統工藝，極大地降低了氣相CO₂壓縮的功耗，同時結合低溫甲醇洗工藝回收中壓液體CO₂的冷能，減少了后續低溫甲醇洗脫碳的負荷和公用工程消耗，大大提高了煤制天然氣技術的經濟性。

技術領域

本發明涉及煤制天然氣、氣體凈化領域，尤其是涉及一種用于粉煤氣化單元的高壓氣相二氧化碳的制備方法。

背景技術

傳統煤制天然氣(SNG)技術是將固體的煤經氣化爐與氧氣、水蒸汽反應制得合成氣，然后經變換熱回收單元調整好氫碳比后，送入氣體凈化單元，以脫除合成氣中的H₂S等硫化物以及絕大部分CO₂氣體，經過氣體凈化后的合成氣，送入甲烷化單元發生甲烷化反應，合成滿足管網輸送要求的SNG產品。

當煤氣化單元采用粉煤氣化技術時，煤氣化過程需要大量高壓力等級的CO₂氣體，以操作壓力為4MPa(G)的粉煤氣化技術為例，煤氣化過程需要8.6MPa(G)和5.4MPa(G)兩個高壓力等級的CO₂氣體，其中超高壓8.6MPa(G)的CO₂氣體經超高壓緩沖罐緩沖后，主要用于煤粉鎖斗、灰鎖斗、飛灰氣提等間斷、大流量用戶，高壓5.4MPa(G)的CO₂氣體用于煤粉給料罐、煤粉輸送及各種吹掃的連續使用。粉煤氣化所需的CO₂氣體來自氣體凈化單元，氣體凈化技術幾乎均采用低溫甲醇洗工藝，如附圖1所示，該工藝以冷甲醇為吸收溶劑，利用甲醇在低溫下對酸性氣體溶解度極大的優良特性，脫除原料氣中的酸性氣體，是一種物理吸收法。低溫甲醇吸收H₂S、COS和CO₂的過程是在高壓下進行的，其壓力隨著上游氣化壓力而定，甲醇溶劑再生的過程卻是在低壓下進行的，吸收了H₂S、COS和CO₂的富甲醇溶液通過減壓、氣提的方式使溶解在甲醇中的CO₂氣體釋放出來，以此獲得高濃度CO₂氣體，此時富集的CO₂氣體其壓力比較低，一般在0.2MPa(G)左右，此過程使得CO₂在合成氣脫碳前的壓力得不到有效回收利用。為滿足粉煤氣化所需要的高壓力等級CO₂氣體，需要用CO₂氣體壓縮機將氣體凈化單元制得的低壓CO₂氣體再次增壓至5.4MPa(G)和8.6MPa(G)，此過程壓縮比較大，壓縮機功耗及冷卻水消耗都很高，同時由于低壓CO₂氣體體積量較大，也使得CO₂氣體壓縮機造價高、占地大。

煤制天然氣(SNG)技術中當以粉煤氣化技術制得的合成氣依次經CO變換、凈化脫硫、甲烷化等單元制得粗甲烷氣，粗甲烷氣再經凈化脫碳制得SNG產品的工藝中，粗甲烷氣中CO₂氣體的濃度一般會高達60％-75％，而凈化脫碳過程無論采用物理吸收法還是化學吸收法，通過溶劑再生得到的只是濃度高、壓力低的氣相CO₂，CO₂氣體在粗甲烷氣中的壓力能并沒有得到有效回收利用，這部分氣體返回至煤氣化單元時還需要重新被增壓、冷卻，使得CO₂氣體壓縮機功耗及冷卻水消耗特別高，同時在溶劑再生過程中得到的這部分高濃度CO₂氣體中還夾帶約200ppm的甲醇氣體，這不但造成甲醇溶劑的損失，而且也不能滿足越來越嚴格的環保要求。

發明內容