煤炭地下气化产品气体的生物利用方法技术

本发明专利技术涉及一种煤炭地下气化产品气体的生物利用方法，所述方法包括：原料气制备阶段，其中由煤炭地下气化过程获得粗煤气，所述粗煤气经净化和调节获得原料气，所述原料气的酸性硫化物含量以硫计低于约2vol％和初始(CO和/或CO2)∶H2摩尔比约7∶1-1∶100；和微生物发酵阶段，其中在0.1-0.4MPa的压力下及在常温下，在发酵装置内在微生物菌株存在下利用所述原料气进行微生物发酵过程，从而生物合成乙醇和/或乙酸，并副产富含甲烷的尾气。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤炭地下气化产品气体的生物利用领域，具体涉及通过生物化工如微生物发酵过程由煤炭地下气化产品气体生产乙醇和/或乙酸的方法。
技术介绍
在煤炭开采领域，煤炭地下气化技术是近年来开发出来的，该技术集建井、采煤和转化工艺于一体，通过使煤层进行受控燃烧，利用煤炭燃烧的热化学作用产生产品气体即粗煤气，从而特别适用于采用常规方法不可采或开采不经济的煤层以及煤矿的二次或多次复米。相比于传统的煤炭开采方式，煤炭地下气化技术可以省去一部分矿井、运输、地面转化等环节，同时优化集成产热、发电以及以煤气为原料的其它生产工艺而提高了煤炭利用率，并且容易实现整个工艺过程的清洁化。但在煤炭地下气化过程中，随着气化过程的进行，地下地层、煤层、水文等条件会发生变化，导致气化产生的粗煤气的热值、组分分布和产量会相应波动，而且产生的粗煤气的热值、温度和压力都比较低，致使煤炭地下气化产品气体的后续利用具有局限性，现在一般主要用于供热和发电，下游产品大多涉及初级化工原料，很少用于生产高品位的化工产品，延伸开发还远远不够，因此制约着煤炭地下气化技术的产业化进程。例如，现有技术文献“Undergroundcoal gasification A new clean coalutilization technique for India”提出目前煤炭地下气化产品气体主要用于发电和作为化工合成原料，如可以采用燃气轮机或者燃气锅炉将其转化为电力。另外，中国专利申请N0.200910129219.0公开了一种煤炭地下气化多联产系统和方法，其中包括煤炭地下气化子系统、净化子系统、热值及组分调节子系统、化工生产子系统和发电子系统等。该专利申请给出了在化工生产中利用煤炭地下气化产品气体的思路，但其中只给出了甲醇和甲烷作为化工生产子系统的具体产品，对煤炭地下气化产品气体的延伸开发利用仍然不够；而且，由于煤炭地下气化产品气体的氮气含量较高，用于制备甲烷的话氮气分离成本较大，而用于制备甲醇的话，甲醇的转化率较低，尾气中氮气含量较高，使得该尾气很难充分利用。
技术实现思路
针对煤炭地下气化的产品气体即粗煤气具有低热值、低压、低温且组成波动较大的特性，结合生物化工如微生物发酵领域需要低压、低温工艺条件且操作弹性较大的特性，专利技术人尝试将煤炭地下气化产品气体用于生物化工如微生物发酵领域来制备高品位产品如乙醇、乙酸等，从而提供了应用煤炭地下气化产品气体的新思路。具体地，煤炭地下气化产品气体的压力为约0.1-0.4MPa(表压，此处需要说明的是，在本申请的说明书中，如无特别说明， 所给出的压力均为表压)，温度为约80-200°C，而生物化工如乙醇或乙酸的生物合成所需要的压力亦为约0.1-0.4MPa，温度为常温附近，因此，煤炭地下气化产品气体的压力范围与生物化工如乙醇或乙酸的生物合成的压力范围基本匹配，在生物利用煤炭地下气化产品气体时只需要对所述产品气体的温度略作调整，即整个过程的能量效率可以达到较高水平。另外，生物化工如乙醇或乙酸的生物合成需要在弱酸环境下进行，这样就可以允许煤炭地下气化产品气体含有一定量的酸性含硫杂质如H2S,从而可以降低所述产品气体的脱硫成本。再者，由于煤炭地下气化产品气含有较多甲烷例如可以高达约12V0l%，但这些甲烷并不参与生物化工如乙醇或乙酸的生物合成过程，因此甲烷可能在过程尾气中富集而使过程尾气热值较高，该尾气可以单独或与其它燃料如所述产品气体掺混后作为燃料生产蒸汽、发电或者经深冷分离后制备LNG，其中生产的蒸汽亦可以用于蒸馏生物合成产物以有助于获得最终产品如乙醇或乙酸。本专利技术通过组合煤炭地下气化技术和生物化工技术，不仅使低品位煤资源如褐煤可以大面积开采利用，而且为生物化工如乙醇或乙酸的生物合成提供了除粮食以外的替代原料，同时，该组合过程还可以副产一些富含甲烷的气体，该副产气体可以用于直接燃烧发电、在蒸汽锅炉中燃烧产生蒸汽或者经深冷分离制备LNG。因此，本专利技术提供一种，所述方法包括:原料气制备阶段，其中由煤炭地下气化过程获得粗煤气，所述粗煤气经净化和调节之后获得原料气，所述原料气的酸性硫化物含量以硫计低于约2vol %和初始(CO和/或CO2): H2 摩尔比为约 7: 1-1: 100 -M微生物发酵阶段，其中在0.1-0.4MPa的压力下及在常温下，在发酵装置内在微生物菌株存在下利用所述原 料气进行微生物发酵过程，从而生物合成乙醇和/或乙酸，并副产富含甲烷的尾气。按照本专利技术，所述方法还可以包括蒸汽发生阶段，其中在锅炉中燃烧粗煤气和/或来自微生物发酵阶段的富含甲烷的尾气产生蒸汽，所产生的蒸汽可用于发电，还可用于处理微生物发酵阶段的发酵产物，以有助于获得最终纯化的产品乙醇和/或乙酸，从而可以尽可能地实现过程的能量自给并提高煤炭的利用率。按照本专利技术，在原料气制备阶段，在煤炭地下气化过程中，其中首先在气化通道的注气井一端点火，然后在气化通道注气井的另一端鼓入气化剂，在气化通道中在气化剂存在下使煤层发生气化反应生成粗煤气，具体地，在煤层气化过程中按温度及化学反应的不同在气化通道中形成氧化、还原、干燥干馏三个反应带，经过这三个反应带后，由产气井产出粗煤气，其中所述气化剂选自空气、氧气、水蒸气和二氧化碳，其中所述空气可以为富氧空气，所述粗煤气的压力为约0.1-0.4MPa和温度为约80-20(TC，所述粗煤气主要含有CO、H2, CH4, CO2 和 N2,且大致含有 4-15vol % 的 C0、20_35vol % 的 H2、6_12vol % 的 CH4 和20-40vol %的CO2，其余为氮气。按照本专利技术，在原料气制备阶段，一般需要对所获得的粗煤气进行净化，净化过程的目的是脱除粗煤气中所含有的灰尘、焦油和硫化物等杂质，其中各种杂质的脱除相应地按本领域中已知的方式进行；另外，基于后续的生物利用目的，对所述粗煤气中酸性硫化物如H2S的脱除要求并不高，例如所述粗煤气的酸性硫化物含量以硫计可以低于约2vol %，优选为约200ppmv-0.2Vol%，因此，在本专利技术中，粗煤气净化过程的脱硫成本可以较低。按照本专利技术，在原料气制备阶段，一般还需要对所获得的粗煤气进行调节，其中首先对所述粗煤气进行组分检测确定所述粗煤气的组成，然后基于检测结果调节所述粗煤气的组成以使所述粗煤气的(CO和/或CO2): H2摩尔比为约7: 1-1: 100，优选为约2:1-1: 3，更优选为约1: 1-1: 2，另外还使所述粗煤气压力达到约0.1-0.4MPa，和优选为约0.2-0.3MPa，以及使所述粗煤气的温度达到常温，优选为约20-35°C，和更优选为约25-30°C，其中调节所述粗煤气的组成时主要通过变压吸附或膜分离脱除CO2、加入CO、逆向水煤气变换反应或者它们的组合来进行，这些调节手段基本上都是本领域中常用的分离或反应过程，其中所述逆向水煤气变换反应由CO2和H2反应生成CO和H2O,因为水煤气变换反应本身就是可逆反应。按照本专利技术，在微生物发酵阶段，在0.1-0.4MPa、优选0.2-0.3MPa的压力下及在常温、优选约20-35°C和更优选约25-30°C下，在发酵装置内在微生物菌株存在下利用所述原料气进行微生物发酵过程，从而生物合成乙醇和/或乙酸，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤炭地下气化产品气体的生物利用方法，所述方法包括：原料气制备阶段，其中由煤炭地下气化过程获得粗煤气，所述粗煤气经净化和调节获得原料气，所述原料气的酸性硫化物含量以硫计低于约2vol％和初始(CO和/或CO2)∶H2摩尔比约7∶1?1∶100；和微生物发酵阶段，其中在0.1?0.4MPa的压力下及在常温下，在发酵装置内在微生物菌株存在下利用所述原料气进行微生物发酵过程，从而生物合成乙醇和/或乙酸，并副产富含甲烷的尾气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈峰，李金来，刘洪涛，席建奋，
申请(专利权)人：新奥气化采煤有限公司，
类型：发明
国别省市：