CN212316051U - 一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置，该装置包括：煤气预处理装置、煤气压缩冷却装置、酸性气体脱除装置、液化分离甲烷装置、变压吸附提氢装置，煤气预处理装置与酸性气体脱除装置之间通过煤气压缩冷却装置相连接；液化分离装置与酸性气体脱除装置相连，使经过净化后的煤气进入液化分离甲烷装置，生产天然气；变压吸附提氢装置与深冷液化分离装置相连，深冷液化分离装置的富氢气进入变压吸附提氢装置中，经过吸附剂的吸附作用之后获得产品氢气。本实用新型实现了低耗水条件下天然气的生产，提高原油采收率，在增加原油开采效率的同时可以封存CO2，减少了碳排放，实现了良好的经济效益和环境效益。

Description

一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置
技术领域
本实用新型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装置。
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。
实用新型内容
本实用新型的目的是为解决上述技术问题，而提出一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置。该装置包括：煤气预处理装置、煤气压缩冷却装置、酸性气体脱除装置、液化分离甲烷装置、变压吸附提氢装置，煤气预处理装置与酸性气体脱除装置之间通过煤气压缩冷却装置相连接；液化分离装置与酸性气体脱除装置相连，使经过净化后的煤气进入液化分离甲烷装置，生产天然气；变压吸附提氢装置与深冷液化分离装置相连，深冷液化分离装置的富氢气进入变压吸附提氢装置中，经过吸附剂(例如分子筛)的吸附作用之后获得产品氢气。
需要说明是，煤炭地下气化过程中，由于煤层在地下被水所饱和，且煤层顶板通常赋存含水层，因而地下水在煤炭气化过程中，不断涌入煤炭气化反应区域，充当煤炭气化反应的气化剂，一般不需要额外增加新鲜水的供应，因而与传统地面煤气化相比，整个气化反应的耗水量大大降低。本实用新型充分利用煤炭地下气化煤气的特点，采用物理分离提纯甲烷生产天然气，实现了低耗水条件下天然气的生产，吨煤可生产天然气200Nm3～740Nm3，大大降低了合成天然气生产过程的投资和消耗，降低了合成工段对煤炭地下气化合成气组分的苛刻要求，改善了装置的操作弹性；同时本实用新型可进一步分离提纯氢气，氢气可用于炼油厂加氢装置、化工厂合成装置等，具有较好的经济效益；进一步本实用新型可联产电力，可供全厂使用，降低了动力消耗，能提高电厂的效率和经济效益；进一步本实用新型生产天然气过程中，分离出的二氧化碳可作为驱油剂使用，可用于低渗透油气田、稠油资源开发，提高原油采收率，在增加原油开采效率的同时可以封存CO2，减少了碳排放。总之，本实用新型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。
本实用新型装置在工作过程中要按照如下主要步骤进行操作：
（1）粗煤气预处理
来自煤炭地下气化炉的粗煤气先进行预处理，对煤气进行冷却、降温，除去煤气中的焦油尘、萘、苯、冷凝液等杂质，防止煤气加压后，杂质凝结为液体或者固体颗粒，将对后续步骤（2）造成危害。常用的工艺有水洗涤法、变温吸附法、电捕法、旋分法、过滤法等多种流程，在本实用新型中可以采用本领域已知的这些方法中的任何一种和/或几种的组合，优选的，本实用新型采用焦炭吸附法，该步骤包括：来自煤炭地下气化炉的粗煤气送入焦炭吸附塔，焦油、萘等杂质进入焦炭微孔、颗粒表面，从而被焦炭所吸附，焦炭有较高的吸附性能，在常温常压下对萘的吸附性能为20%～30%（wt，饱和吸附），一次通过（但要求空速和线速控制）脱油率可达95%以上，脱萘率可达80%以上。当焦炭吸附达到饱和后，可直接将焦炭更换，不需要对焦炭进行再生，因而该方案不存在吸附剂的再生废水。正常工况下，焦炭一般半年更换一次。焦炭吸附塔一般设置2～16个，具体根据预处理后煤气中焦油、萘控制指标进行设置，一般要求预处理后焦油含量小于1mg/Nm3，萘含量小于5mg/Nm3。
（2）煤气压缩冷却
煤气压缩是关系到整个***运行的关键设备和动力消耗，其是否稳定正常运行是整个***是否正常运行的关键。目前可选择的压缩机有往复式、离心式、螺杆式等形式。优先的，本实用新型采用往复式压缩机，该步骤包括：来自预处理后的煤气送入往复式压缩机，煤气采用两级压缩，经一级压缩后，煤气压力从气化炉出口压力升至0.5MPa～1.5MPa，之后进入二级压缩，根据后续步骤（3）、（4）对煤气压力的要求，进一步将煤气压力升至1.6MPa～3.5MPa。
该步骤还包含了将原料气冷却至后续步骤（3）所需温度的热回收设备，进一步如煤气中含氧气（O2），考虑煤气所含的氧对下游设备造成的影响，可在该步骤设置脱氧装置。
（3）酸性气体脱除
预处理后的煤气中仍含有一定的杂质气体如氨（NH3）、硫化氢（H2S）、有机硫（羰基硫、二硫化碳等）等，影响最终产品的质量和后续装置的运行，必须进行脱除；同时煤气中含有大量的酸性气体CO2，在进入后续步骤（4）时，容易形成固体干冰，堵塞设备、管道等，影响装置正常运行，因此也必须进行脱除。酸性气体脱除方法种类很多。常用的有传统的热钾碱法、碳丙法、MDEA法、低温甲醇洗法（Rectisol）、NHD（或Selexol）法等工艺，均属于化学或物理吸收的方法。在本实用新型中可以采用本领域已知的这些方法中的任何一种，优先的，本实用新型采用物理吸收法，特别是低温甲醇洗法，该步骤包括：增压后的煤气进低温甲醇洗装置，先进入甲醇洗涤塔下段，洗涤塔一般分为两段，最下一段为脱硫段，上面的一段为脱碳段。在脱硫段，原料气经富含CO2的甲醇洗涤，脱除H2S和部分CO2等组分后，进入脱碳段，进脱碳段的气体已不含硫。甲醇洗涤塔顶用贫甲醇洗涤煤气中的CO2组分至小于20ppm，净化气由塔顶引出，送往步骤（4）。
甲醇洗涤塔塔底富含CO2的甲醇进入CO2气提塔，在CO2气提塔中，富含CO2甲醇液膨胀后产生无硫CO2气体，由塔顶引出得到CO2气。CO2气提塔底部的富含H2S甲醇进入H2S浓缩塔。在H2S浓缩塔下部用低压氮气对CO2进行气提，出H2S浓缩塔的尾气基本上不含硫，从H2S浓缩塔底部出来的富含H2S甲醇进入甲醇再生塔。在甲醇再生塔中对富甲醇中所含有的H2S及CO2进行完全解吸,酸性气可进入步骤（7）硫磺回收。经过再生的甲醇，送往甲醇洗涤塔。
（4）净化气液化分离
为了将甲烷从净化气中分离出来，工业上常用的方法有：深冷法（Cryogenic）、膜分离法（Membrane Separation）、变压吸附法（PSA），优先的，本实用新型采用深冷法；深冷法常用三种制冷液化工艺：阶式制冷、混合制冷、膨胀制冷，优先采用混合制冷工艺，即本实用新型采用混合冷剂制冷循环工艺加精馏液化的流程，该步骤包括：净化后的煤气进入深冷液化分离装置，分别获得液化天然气，富一氧化碳气（即以一氧化碳为主，同时含有少量的氮气、氢气及甲烷），和富氢气（即富含氢气的气体）。
其中，净化合格的煤气首先通过液化冷箱，冷却至-145～-170℃后去低温精馏塔中精馏，从塔底出来的液体甲烷纯度高于99%，氢气含量≤2000ppm，氮气含量≤4%，一氧化碳≤6%，经过过冷器过冷至-145～-170℃后，成为过冷LNG产品送往LNG储槽。精馏塔顶部出来的尾气以氢气为主，同时含有少量氮气、甲烷、一氧化碳（富氢气），富氢气送去后续步骤（5）提纯氢气。
混合冷剂制冷循环中的制冷剂，主要由由氮气、甲烷、乙烯、丙烷、戊烷等物质按照一定比例混合而成。利用各组分沸点的不同在冷箱中冷却并经节流阀节流、降温后，作为返流制冷剂返回冷箱的冷端，依次冷却不同温区的原料气及正流制冷剂，返流制冷剂复热后返回到混合制冷剂压缩机压缩而循环制冷。
（5）变压吸附提氢
净化气分离提纯甲烷后，富氢气中H2浓度一般在80%以上，但仍含有部分甲烷其他微量组分，影响最终产品质量和后序装置的能耗，无法满足下游要求，需增加氢气提纯装置。实现工业化的气体分离技术可分为四大主流技术：深冷法（Cryogenic）、膜分离法（Membrane Separation）、变压吸附法（PSA）和甲烷化（Methanation）。每种工艺都有其独特的特点并适用于不同的工况。优先的，本实用新型采用变压吸附法提纯氢气，该步骤包括：来自上述深冷液化分离装置的富氢气进入变压吸附提氢装置（吸附塔）中，经过吸附剂(例如分子筛)的吸附作用之后获得产品氢气。产品氢气的纯度一般可达98%以上。
吸附塔在吸附、再生的不同时间依次经历吸附、多级均降、逆放、抽空、多级均升、终充等步骤。含有少量氮气、甲烷、一氧化碳的富氢气进入变压吸附提氢装置，从吸附塔底进入，在分子筛等吸附剂的作用下将混合气中的杂质气体吸附下来，从塔顶获得产品氢气，其纯度可达98%以上；吸附塔的再生采用逆放、真空解吸的方式，低压解吸气即氮气、甲烷、一氧化碳等的混合气（富一氧化碳气）可经压缩机增压后送去后续步骤（6）尾气发电作为燃料气。
优先的，为追求尽可能高的氢气回收率，本实用新型采用两段变压吸附提纯氢气。对于第一段变压吸附，采用冲洗再生的PSA流程是最经济合理的。对于第二段变压吸附，由于原料气氢含量很低，采用抽真空再生的VPSA流程可获得尽可能高的氢气回收率。
进一步，本实用新型还包括步骤（6）尾气发电
变压吸附提氢后的解吸气（富一氧化碳气）是生产过程的尾气，可以作为燃料及其他用途使用，充分利用废弃资源，优先的，本实用新型将其作为发电燃料，煤气发电通常可以采用锅炉蒸汽轮机发电、燃气轮机发电、燃气内燃机发电，优先的，本发明采用燃气内燃机发电，该步骤包括：变压吸附提氢后的解吸气作为燃料送入发电装置，在燃气内燃机汽缸内部的高压燃烧室燃烧对外做功带动发电机发电，同时利用发电机高温废气经过溴化锂机组制冷/制热，提供工厂所需热能（60℃以上热能），以供工艺保温及采暖热能的热需求，及冷能需求（7℃冷能）；也可以把燃气发电后高温尾气进入余热锅炉产蒸汽，蒸汽带动蒸汽发电机发电，发电后的余热蒸汽供热能。
进一步，本发明还包括步骤（7）硫磺回收
硫回收装置的目的是将上游装置来的酸性气体中H2S、COS等组份进行处理，达到环保排放要求，并回收副产品硫磺。硫磺回收工艺种类繁多，常用的有克劳斯（Claus）法、超级克劳斯（Super Claus）法、克劳斯+还原吸收（SCOT）法、生物脱硫法、氨法洗涤法等，在本实用新型中可以采用本领域已知的这些方法中的任何一种。
本实用新型装置，通过如下方式连接：
一种利用煤炭地下气化煤气生产天然气的多联产装置，该装置包括：煤气预处理装置、煤气压缩冷却装置、酸性气体脱除装置、液化分离甲烷装置、变压吸附提氢装置，其特征在于煤气预处理装置与酸性气体脱除装置之间通过煤气压缩冷却装置相连接；液化分离装置与酸性气体脱除装置相连，使经过净化后的煤气进入液化分离甲烷装置，生产天然气；变压吸附提氢装置与深冷液化分离装置相连，深冷液化分离装置的富氢气进入变压吸附提氢装置中，经过吸附剂(例如分子筛)的吸附作用之后获得产品氢气。
进一步，本实用新型还包括尾气发电装置，变压吸附提氢装置尾气出口与尾气发电装置相连，将变压吸附提氢后的解吸气送入发电装置，产出电力。
进一步，本实用新型还包括硫磺回收装置，酸性气体脱除装置的酸性气体出口与硫磺回收装置相连，对酸性气体中的H2S、COS等组份进行处理，达到环保排放要求，并回收副产品硫磺。
在本实用新型一种优选的实施方案中：
一种优选的技术方案，所述煤气预处理装置采用焦炭吸附法，焦炭吸附塔一般设置2～16个。
一种优选的技术方案，所述煤气压缩冷却装置采用两级往复式压缩工艺，经一级压缩后，煤气压力从气化炉出口压力升至0.5MPa～1.5MPa；之后进入二级压缩，进一步将煤气压力升至1.6MPa～3.5MPa。
一种优选的技术方案，所述酸性气体脱除装置采用低温甲醇洗装置。
一种优选的技术方案，所述液化分离装置采用混合制冷剂循环制冷工艺，低温精馏塔精馏得到液化天然气。
一种优选的技术方案，所述变压吸附提氢装置采用两段变压吸附提纯氢气，对于第一段变压吸附，采用冲洗再生的PSA流程。对于第二段变压吸附，采用抽真空再生的VPSA流程。
一种优选的技术方案，所述尾气发电装置采用燃气内燃机发电，同时高温尾气进入余热锅炉产蒸汽，蒸汽带动蒸汽发电机发电。
一种优选的技术方案，所述硫磺回收装置采用生物脱硫工艺，酸性气体依次经过脱硫洗涤塔、生物再生反应器、单质硫分离器获得硫磺。
本实用新型的有益效果
1、本实用新型充分利用煤炭地下气化煤气的特点，采用物理分离提纯甲烷生产天然气，实现了低耗水条件下天然气的生产，吨煤可生产天然气200Nm3～740Nm3，大大降低了合成天然气生产过程的投资和消耗，降低了合成工段对煤炭地下气化合成气组分的苛刻要求，改善了装置的操作弹性。
2、本实用新型可进一步分离提纯氢气，氢气可用于炼油厂加氢装置、化工厂合成装置等，具有较好的经济效益；同时本工艺方法可联产电力，可供全厂使用，降低了动力消耗，发电具有调度灵活的特点，能提高电厂的效率和经济效益，且具有占地面积小，建设投资少等优点。
3、本实用新型生产天然气过程中，分离出的二氧化碳可作为驱油剂使用，可用于低渗透油气田、稠油资源开发，提高原油采收率，在增加原油开采效率的同时可以封存CO2，减少了碳排放。
4、本实用新型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，采用了节水工艺，特别适合新疆、甘肃等缺水地区。
附图说明
下面结合附图对本实用新型所述的装置进行具体说明。
图1是本实用新型所述***结构框图，图2为煤气预处理装置示意图，图3为煤气压缩冷却装置示意图，图4为酸性气体脱除装置示意图，图5为液化分离甲烷装置示意图，图6为变压吸附提氢装置示意图，图7为硫磺回收装置示意图。
图中：1、煤气预处理装置，2、焦炭吸附塔，3、缓冲罐，4、往复式压缩机，5、冷却器，6、酸性气体脱除装置，7、尾气洗涤塔，8、甲醇洗涤塔，9、CO2气提塔，10、H2S浓缩塔，11、甲醇再生塔，12、甲醇水分离塔，13、液化分离装置，14、低温精馏塔，15、液化冷箱，16、分离器，17、再沸器，18、冷凝器，19、变压吸附提氢装置，20、吸附塔，21、程控阀，22、真空泵，23、缓冲罐，24、硫磺回收装置，25、脱硫洗涤塔，26、生物再生反应器，27、单质硫分离器，28、发电装置，29、煤气压缩冷却装置。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作进一步的详细描述。
一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置，如图1所示，该装置包括：煤气预处理装1、煤气压缩冷却装置29、酸性气体脱除装置6、液化分离甲烷装置13、变压吸附提氢装置19、尾气发电装置28、硫磺回收装置24，其中煤气预处理装置1与酸性气体脱除装置6之间通过煤气压缩冷却装置29相连接；液化分离甲烷装置13与酸性气体脱除装置6相连，使经过净化后的煤气进入液化分离甲烷装置13，生产天然气；变压吸附提氢装置19与液化分离甲烷装置13相连，液化分离甲烷装置的富氢气进入变压吸附提氢装置19中，经过吸附剂的吸附作用之后获得产品氢气；变压吸附提氢装置19解吸气出口与尾气发电装置28相连，将变压吸附提氢后的解吸气（富一氧化碳气）一起送入发电装置，产出电力；酸性气体脱除装置6的酸性气体出口与硫磺回收装置24相连，对酸性气体中的H2S、COS等组份进行处理，达到环保排放要求，并回收副产品硫磺。
如图2所示，煤气预处理装置1采用焦炭吸附法，本实施例设置焦炭吸附塔2两台，一开一备。来自煤炭地下气化炉的粗煤气送入焦炭吸附塔2，焦油、萘等杂质进入焦炭微孔、颗粒表面，从而被焦炭所吸附，预处理后焦油含量小于1mg/Nm3，萘含量小于5mg/Nm3。
如图3所示，煤气压缩冷却装置29采用两级往复式压缩工艺，级间设置缓冲罐3、冷却器5，以稳定煤气压力和温度，来自预处理后的煤气送入往复式压缩机4，煤气采用两级压缩，经一级压缩后，煤气压力从气化炉出口压力升至1.0MPa～1.5MPa，之后进入二级压缩，进一步将煤气压力升至2.5MPa～3.5MPa。
如图4所示，酸性气体脱除装置6采用低温甲醇洗装置，主要包括：尾气洗涤塔7、甲醇洗涤塔8、CO2气提塔9、H2S浓缩塔10、甲醇再生塔11和甲醇水分离塔12等。增压后的煤气进低温甲醇洗装置，先进入甲醇洗涤塔8下段，洗涤塔一般分为两段，最下一段为脱硫段，上面的一段为脱碳段。在脱硫段，原料气经富含CO2的甲醇洗涤，脱除H2S和部分CO2等组分后，进入脱碳段，进脱碳段的气体已不含硫。甲醇洗涤塔8顶用贫甲醇洗涤煤气中的CO2组分至小于20ppm，净化气由塔顶引出，经原料气冷却器回收冷量后，进入尾气洗涤塔7，由从上部喷入的脱盐水进一步除去含有的微量甲醇，之后送往液化分离装置。
甲醇洗涤塔8塔底富含CO2的甲醇进入CO2气提塔，在CO2气提塔中，富含CO2甲醇液膨胀后产生无硫CO2气体，由塔顶引出，经与原料气冷却器回收冷量后进入尾气洗涤塔7，由从上部喷入的脱盐水进一步除去含有的微量甲醇。
CO2气提塔9底部的富含H2S甲醇进入H2S浓缩塔10。为了提高装置H2S馏分的浓度，在H2S浓缩塔10下部用低压氮气对CO2进行气提，出H2S浓缩塔的尾气基本上不含硫，经原料气冷却器换热后与来自CO2气提塔的CO2气一起进入尾气洗涤塔7，进一步由脱盐水洗去其中含有的微量甲醇和H2S。
从H2S浓缩塔10底部出来的富含H2S甲醇进入甲醇再生塔11。在甲醇再生塔11中对富甲醇中所含有的H2S及CO2进行完全解吸,经塔顶冷凝器换热后，进入酸性气体分离器，离开酸性气分离器的酸性气，通过酸性气换热器加热后进入硫磺回收装置24。离开甲醇再生塔11塔底经过再生的甲醇，再用贫甲醇泵送往甲醇洗涤塔8。
来自尾气洗涤塔7塔底的甲醇和水混合物冷凝液，送入甲醇水分离塔12，通过蒸馏将水和甲醇进行分离。该塔由甲醇水分离塔再沸器进行加热，塔顶甲醇蒸汽送甲醇再生塔11，而水作为废水排出，送往污水处理***。
如图5所示，液化分离装置13采用混合冷剂制冷，低温精馏塔14精馏得到液化天然气，主要包括：低温精馏塔14、液化冷箱15等。本实施例采用单个低温精馏塔14，净化合格的煤气首先通过液化冷箱15，混合气预冷至-105～-145℃后出液化冷箱15，进入分离器16，分离重烃的混合气，返回液化冷箱15继续预冷，之后进入低温精馏塔14塔底再沸器17，再沸器17流出的流股返回液化冷箱15中，继续在液化冷箱15的后序换热器组中冷却，冷却至-145～-170℃后去精馏塔14塔釜，在低温精馏塔14中精馏。
低温精馏塔14顶部引出气相送入塔顶冷凝器18中冷凝，然后经分离器16分液，分离器16底部液相回流入低温精馏塔14中，顶部得到含有少量氮气、甲烷、一氧化碳的富氢气，富氢气经液化冷箱15回收冷量，复热后出液化分离装置13，进入变压吸附提氢装置19。低温精馏塔14塔底得到的LNG，出低温精馏塔14的LNG返回液化冷箱15中继续过冷至-145～-170℃后，即为LNG产品。
混合制冷剂方式为，一股液相混合冷剂首先进入液化冷箱15的一液相通道，在其中被预冷至约-30℃～-80℃，经节流阀节流后与液化冷箱15中的返流混合制冷剂流股汇合并反向进入冷箱为换热器组提供冷量。一股气相冷剂流股通过冷箱的一气相通道冷却至-135℃～-171℃，再经节流阀节流后反向进入液化冷箱15为其提供冷量。
低温精馏塔14塔顶冷凝器18采用液氮提供冷量，氮气经冷箱冷却后，经节流阀节流后形成液氮，进入低温精馏塔14的塔顶冷凝器18中为精馏塔14提供冷量，液氮与换热气化后汇合，通过冷箱复热后出***。
如图6所示，变压吸附提氢装置19采用两段变压吸附提纯氢气，对于第一段变压吸附，采用冲洗再生的PSA流程，对于第二段变压吸附，采用抽真空再生的VPSA流程，主要包括：吸附塔20、程控阀21、缓冲罐23、真空泵22等。本实施例一段推荐采用12-3-7PSA流程，二段采用8-3-3VPSA，即一段变压吸附总吸附塔20数为12塔，采用3塔同时吸附，7次均压；二段变压吸附总吸附塔数20为8塔，采用3塔同时吸附，3次均压。含有少量氮气、甲烷、一氧化碳的富氢气进入吸附塔，在每个吸附塔内，吸附塔在吸附、再生的不同时间依次经历吸附、多级均降、逆放、抽空、多级均升、终充等步骤。在分子筛等吸附剂的作用下将混合气中的杂质气体吸附下来，从而获得产品氢气，其纯度可达98%以上。低压解吸气即氮气、甲烷、一氧化碳等的混合气可经压缩机增压后送去尾气发电装置28。
如图7所示，硫磺回收装置24采用生物脱硫工艺，主要包括：脱硫洗涤塔25、生物再生反应器26、单质硫分离器27等。低温甲醇洗H2S浓缩塔的含H2S酸性气体先进入脱硫洗涤塔25，碱性的生物洗涤液从洗涤塔顶部喷出，与从洗涤塔底部进入的含硫化合物（主要H2S）气源逆流接触，由于再生生物洗涤液中含有连多硫酸盐类具有脱硫催化作用的物质，所以可以高效吸收H2S，并且脱除得非常干净。
含有硫化物的富液从洗涤塔底部流入生物再生反应器26，通过脱硫微生物的生物处理，完成生物洗涤液再生并恢复碱性。再泵入脱硫洗涤塔，重复使用。
单质硫从单质硫分离器27中以颗粒沉淀的方式分离出生物脱硫***，分离后的清液回流去生物再生反应器26。
本实施例尾气发电装置28采用燃气内燃机发电，同时高温尾气进入余热锅炉产蒸汽，蒸汽带动蒸汽发电机发电。

Claims (10)

1.一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置，其特征在于：该装置包括：煤气预处理装置、煤气压缩冷却装置、酸性气体脱除装置、液化分离甲烷装置、变压吸附提氢装置，煤气预处理装置与酸性气体脱除装置之间通过煤气压缩冷却装置相连接；液化分离装置与酸性气体脱除装置相连，使经过净化后的煤气进入液化分离甲烷装置，生产天然气；变压吸附提氢装置与深冷液化分离装置相连，深冷液化分离装置的富氢气进入变压吸附提氢装置中，经过吸附剂的吸附作用之后获得产品氢气。
2.根据权利要求1所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置，其特征在于：还包括尾气发电装置，变压吸附提氢装置解吸气出口与尾气发电装置相连，将变压吸附提氢后的解吸气一起送入发电装置，产出电力。
3.根据权利要求1所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置，其特征在于：还包括硫磺回收装置，酸性气体脱除装置的酸性气体出口与硫磺回收装置相连，对酸性气体中的H2S、COS等组份进行处理，达到环保排放要求，并回收副产品硫磺。
4.根据权利要求1所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置，其特征在于：所述煤气预处理装置采用焦炭吸附法，焦炭吸附塔一般设置2～16个。
5.根据权利要求1所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置，其特征在于：所述煤气压缩冷却装置采用两级往复式压缩工艺，经一级压缩后，煤气压力从气化炉出口压力升至0.5MPa～1.5MPa；之后进入二级压缩，进一步将煤气压力升至1.6MPa～3.5MPa。
6.根据权利要求1所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置，其特征在于：所述酸性气体脱除装置采用低温甲醇洗装置。
7.根据权利要求1所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置，其特征在于：所述液化分离装置采用混合制冷剂循环制冷工艺，低温精馏塔精馏得到液体甲烷。
8.根据权利要求1所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置，其特征在于：所述变压吸附提氢装置采用两段变压吸附提纯氢气，对于第一段变压吸附，采用冲洗再生的PSA流程，对于第二段变压吸附，采用抽真空再生的VPSA流程。
9.根据权利要求2所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置，其特征在于：所述尾气发电装置采用燃气内燃机发电，同时高温尾气进入余热锅炉产蒸汽，蒸汽带动蒸汽发电机发电。
10.根据权利要求3所述的一种利用地下气化煤气生产天然气的多联产装置，其特征在于：所述硫磺回收装置采用生物脱硫工艺，酸性气体依次经过脱硫洗涤塔、生物再生反应器、单质硫分离器获得硫磺。
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