利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，步骤如下：（1）煤炭地下气化生产适当经济规模的粗合成气；（2）粗合成气通过产品井输送至地面，并进入粗合成气冷却、水洗和分离单元，获得干合成气；（3）干合成气输送至酸性水煤气变换和冷却单元，调节下游费拓合成反应期望的碳氢比；（4）冷却后的合成气输送至酸性气体脱除单元脱除酸性气体；（5）合成气脱碳；（6）通过变压吸附或膜分离单元对费拓合成单元的进料H2:CO化学计量比调整；（7）费拓合成生产最终燃料产品。本发明专利技术的方法，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，减少了后期加工处理和排放的成本。

【技术实现步骤摘要】
利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法
本专利技术涉及一种利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，属于煤炭地下气化产品气综合利用

技术介绍
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油品（低温费托合成LTFT生产液体和固体燃料；高温费拓合成HTFT生产气体和液体燃料）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。
技术实现思路
本专利技术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费拓合成燃料产品的方法。本专利技术提供的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，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。本专利技术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费拓合成燃料产品的方法，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；（2）粗合成气通过产品井输送至地面，并进入粗合成气冷却、水洗和分离单元，获得干合成气，所述干合成气包括H2、CO、CO2、CH4、H2S、COS和HCN成分；（3）干合成气输送至酸性水煤气变换和冷却单元，干合成气中过量的CO与水蒸汽进行催化反应，生成H2和CO2，调节下游费拓合成反应期望的碳氢比；（4）冷却后的合成气输送至酸性气体脱除单元，所述酸性气体脱除单元的入口处设有汞脱除反应器，采用逆流气体吸收法，在吸收塔内利用可再生溶剂吸收合成气中的酸性气体H2S和CO2，获得满足下游合成工艺要求H2S含量<1ppmv的合成气；（5）合成气中多余的二氧化碳通过酸性气体脱除单元进一步脱除；（6）通过变压吸附或膜分离单元对费拓合成单元的进料H2:CO化学计量比调整；（7）费拓合成单元进行费拓合成反应生产燃料产品。优选的，步骤（2）中采用冷却水洗一步进行的直接冷却工艺，或者采用冷却水洗两步进行的间接冷却工艺。优选的，步骤（2）获得的煤焦油，进入煤焦油处理单元，通过蒸馏将煤焦油分为煤焦油石脑油和煤焦油馏出物，然后通过对煤焦油石脑油加氢处理以脱除残留的硫，脱硫后的煤焦油石脑油输送至预重整单元，生产富含甲烷的气体流并输送至自热重整单元，在自热重整单元中，使用二氧化碳或蒸汽和氧气对富含甲烷的气体流进行重整，自热重整单元合成气与干合成气以适宜比例混合后进入酸性水煤气变换和冷却单元进行后续处理。优选的，步骤（3）干合成气，首先输送至酸性气体脱除单元处理，所述酸性气体脱除单元的入口处包含COS水解单元，在自热重整单元的入口处，干合成气通过一个催化剂保护反应器，除去残留杂质，以保护ATR催化剂和下游费拓合成催化剂，然后合成气进入自热重整单元，与空气分离装置生产的氧气、锅炉生产的蒸汽和预重整单元生产的高甲烷含量的产品气反应，生产ATR合成气，之后，ATR合成气再进入水煤气变换和冷却单元，调整费拓合成单元所需的H2:CO化学计量比。优选的，自热重整单元中选用蒸汽自热重整反应，蒸汽自热重整产品气中H2:CO化学计量比为2.5:1，二氧化碳自热重整产品气中的H2:CO化学计量比为1:1。优选的，所述步骤（7）费拓合成采用钴基催化剂，操作温度220-280oC，操作压力20-40barg，H2：CO化学计量比为1.8:1-2.2:1的低温费拓合成，所述低温费拓合成单元入口处设有催化剂保护反应器。优选的，低温费拓合成石脑油加氢处理得到饱和烯烃，分馏生成轻质和重质石脑油馏分，轻质石脑油送到异构化单元生产较高辛烷值的调和组分，重质石脑油送到催化重整单元生产高辛烷值的调和组分，氢气作为副产品，分馏后的低温费拓合成馏分，被加氢处理成柴油混合物组分，低温费拓合成的石蜡通过加氢裂化以获得石脑油、润滑油、柴油和航空煤油，低温费拓合成单元产生的工艺水，送到工艺水处理单元处理后循环使用。优选的，所述步骤（7）采用铁系催化剂，操作温度320-350oC，操作压力20-30barg，H2:（2CO+3CO2）化学计量比为1.06:1的高温费拓合成。温费拓合成产品的分子量更小更轻，精炼和升级处理后，主要产品为轻质石脑油，其次为各种馏分，以及水基醇、酸、烯烃和可燃尾气。这些副产品可以作为项目现场的燃料使用或直接循环至高温费拓合成单元的入口作为进料。同时由于这些产品内含有大量的烯烃，长时间储存容易形成胶（长链烯烃分子），需要特殊的下游处理和升级生产最终产品燃料。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，其特征在于：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纯氧气化工艺生产适当经济规模的粗合成气；（2）粗合成气通过产品井输送至地面，并进入粗合成气冷却、水洗和分离单元，获得干合成气，所述干合成气包括H2、CO、CO2、CH4、H2S、COS和HCN成分；（3）干合成气输送至酸性水煤气变换和冷却单元，干合成气中过量的CO与水蒸汽进行催化反应，生成H2和CO2，调节下游费拓合成反应期望的碳氢比；（4）冷却后的合成气输送至酸性气体脱除单元，所述酸性气体脱除单元的入口处设有汞脱除反应器，采用逆流气体吸收法，在吸收塔内利用可再生溶剂吸收合成气中的酸性气体H2S和CO2，获得满足下游合成工艺要求H2S含量<1ppmv的合成气；（5）合成气中多余的二氧化碳通过酸性气体脱除单元进一步脱除；（6）通过变压吸附或膜分离单元对费拓合成单元的进料H2:CO化学计量比调整；（7）费拓合成单元进行费拓合成反应生产燃料产品。

【技术特征摘要】
1.利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，其特征在于：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纯氧气化工艺生产适当经济规模的粗合成气；（2）粗合成气通过产品井输送至地面，并进入粗合成气冷却、水洗和分离单元，获得干合成气，所述干合成气包括H2、CO、CO2、CH4、H2S、COS和HCN成分；（3）干合成气输送至酸性水煤气变换和冷却单元，干合成气中过量的CO与水蒸汽进行催化反应，生成H2和CO2，调节下游费拓合成反应期望的碳氢比；（4）冷却后的合成气输送至酸性气体脱除单元，所述酸性气体脱除单元的入口处设有汞脱除反应器，采用逆流气体吸收法，在吸收塔内利用可再生溶剂吸收合成气中的酸性气体H2S和CO2，获得满足下游合成工艺要求H2S含量<1ppmv的合成气；（5）合成气中多余的二氧化碳通过酸性气体脱除单元进一步脱除；（6）通过变压吸附或膜分离单元对费拓合成单元的进料H2:CO化学计量比调整；（7）费拓合成单元进行费拓合成反应生产燃料产品。2.根据权利要求1所述的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，其特征在于：步骤（2）中采用冷却水洗一步进行的直接冷却工艺，或者采用冷却水洗两步进行的间接冷却工艺。3.根据权利要求1所述的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，其特征在于：步骤（2）获得的煤焦油，进入煤焦油处理单元，通过蒸馏将煤焦油分为煤焦油石脑油和煤焦油馏出物，然后通过对煤焦油石脑油加氢处理以脱除残留的硫，脱硫后的煤焦油石脑油输送至预重整单元，生产富含甲烷的气体流并输送至自热重整单元，在自热重整单元中，使用二氧化碳或蒸汽和氧气对富含甲烷的气体流进行重整，自热重整单元合成气与干合成气以适宜比例混合后进入酸性水煤气变换和冷却单元进行后续处理。4.根据权利要求1所述的利用煤炭地下气化产品气生产费拓合成燃料产品的方法，其特征在于：步骤（3）干合成气，首先输送至酸性气体脱除单元处理，所述酸性气体脱除单元的入口处包含COS水解单元，在自热重整单元的入口处，干合成气通过一个催化剂保护反应器，除去残留杂质，以保护自热重整单元催化剂和下游费拓合成催化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡斯珀·扬·亨德利克·伯格，闵振华，汪原理，
申请(专利权)人：中为上海能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31