焦炉煤气制取天然气技术及经济分析

曹文会(冀中能源井陉矿业集团,河北 石家庄 050000)

焦炉煤气制取天然气技术及经济分析

曹文会(冀中能源井陉矿业集团,河北 石家庄 050000)

在焦化生产中，副产大量的焦炉煤气，利用焦炉煤气制取天然气是一种新的可靠的天然气供给方式，还能有效减少工业废气的排放，控制住对环境的污染，促进企业经济效益的提升。本文简要叙述了国内焦炉煤气制天然气的发展现状,工艺流程,并对焦炉煤气制天然气项目的经济性进行了分析，利用焦炉煤气制取天然气的技术，在社会持续发展的今天有着重要的意义。

焦炉煤气；天然气技术；制取；发展状况；经济分析

1 焦炉煤气制取天然气技术的发展状况

目前的焦炉煤气，主要作为城市煤气气源、工业燃料、发电燃料，以及甲醇和化肥等生产原料；随着城市化进程的加速，以及居民生活条件改善对天然气能源需求的提升，焦炉煤气制天然气市场正逐步打开，以焦炉煤气为原料制天然气的比较效益正逐步取得市场的认可。国内焦炉煤气制天然气项目工业化速度较快，其技术也大多国产化，国内已有多家单位掌握了焦炉煤气制天然气技术。

为了利用焦炉煤气中的CH4，国内开发了利用焦炉煤气生产液化天然气的方法，该工采用变压吸附和深度冷相结台的物理方法，可以分离出焦炉煤气中的CH4和CO。该法过程简单、能耗低，但是其中的H2未得到有效利用，LNG产率低，后来对该方法进行改进，即将焦炉煤气先进行甲烷化反应，然后深冷分离制取LNG，不凝气体通过变压吸附装置生产纯度99%以上的H2，提高了焦炉煤气中组分的利用率，但甲烷效率有待提高。

西南化工研究院采用两段或三段甲烷化反应和变压吸附相结合的方法，利用焦炉煤气制取合成天然气，甲烷浓度大于90%，热值大于32MJ，由于焦炉煤气中氢多碳少，H2还有部分剩余。山西科灵环境工程设计技术有限公司设计了先对焦炉煤气补碳，优化H/C比，然后甲烷化制取SNG的方法，进一步提高了SNG产率和H2利用率。

武汉科林精细化工有限公司与武汉理工大学合作，采用自主研发的催化剂和部分循环与多级冷激结合的新工艺，解决了甲烷化反应器的温升控制问题，可副产中压蒸汽，同时变压吸附制氢，目前利用该技术设计的新晶科技9000万Nm3/a焦炉气制CNG项目一期工程已于2013年7月完工投产。该技术经济效益好，能耗低，值得大力推广。

2 利用焦炉煤气制取天然气技术的基础程序

焦炉煤气是炼焦的副产品，其主要成分为氢气、甲烷，是一种良好的化工原料和高热值燃料，但其所含杂质（如各种形态硫、焦油、苯、萘、氨和HCN等）种类繁多，成份复杂。原料气首先采用吸附法脱除苯、萘和焦油等杂质，加压预热后脱氯后，之后经过两段加氢转化，将有机硫转化无机硫，并经过两段脱硫净化后，进入甲烷化工序。在此将大部分CO、CO2与氢气经过甲烷化反应生成甲烷。甲烷化反应是强放热反应，通过副产中压蒸汽的方式移出反应热并回收。由于焦炉煤气中氢含量较高，甲烷化反应后还有较多剩余氢气，可分离出来作为副产品销售或建加氢项目。

2.1 焦炉煤气的净化处理

从焦化厂来的焦炉气含有多种杂质组份，特别是苯、萘等的含量较高，该组份将对下游的净化分离工序会造成危害，此外焦炉气中含有H2S，这些硫化物对甲烷化催化剂有很强的毒性，因此在焦炉煤气进入后续工段之前需预处理将萘、大量H2S脱除。一般来说，在进行除苯等除杂环节后，要在进一步的进行精脱硫处理。甲烷化催化剂对硫敏感，非常容易硫中毒，但有部分有机硫只有在高温催化下才可以转化为硫化氢，通常采用二段加氢工艺的干法脱硫工艺。首先利用原料气中的氢气（H2）在钴钼催化剂作用下将其中的COS等有机硫转化为H2S。采用铁锰脱硫剂、氧化锌（ZnO）作为脱硫剂，脱除焦炉煤气中的无机硫。最终将原料气中总硫脱至＜0.1ppm。

2.2 甲烷化

甲烷化是焦炉煤气制取天然气的核心部分，可将焦炉煤气中的CO、CO2、H2转化为甲烷，甲烷含量可提高约10%，这样焦炉气就变成主要含CH4、H2和少量N2的气体混合物。甲烷化过程为放热反应，出甲烷化反应器的气体进入废热锅炉回收余热，副产蒸汽。焦炉气甲烷化过程中伴随系统析碳，生产的碳沉积在催化剂表会造成催化剂失活，并且使床层阻力增加，装置无法运行，若甲烷化转化不完全，不仅会使甲烷的收集率造成重大的干扰，还会对制取后天然气的品质产生影响。因此，对焦炉气甲烷化催化工艺的催化剂要求较高。在当今企业的不断发展中，我国的大连普瑞特化工有限公司和武汉科林精细化工有限公司以及中科院等诸多单位都在催化剂方面取得了较好的成绩，特别是武汉科林更是针对这个方面的问题进行了深入细致的研究，开发出了一种新型的甲烷化催化剂，并进行了大批量的应用，在催化剂领域得到了高效的认可。

2.3 合成气变压吸附分离

当前工业上比较广泛应用的分离技术有变压吸附和膜分离两种，变压吸附技术投资少、运行费用低、产品纯度高、操作简单、灵活，原料气源适应范围宽在工业气体的分离提纯方面应用广泛。从甲烷化工段出来的甲烷气纯度超过了60%，其余为氢气和部分氮气。采用变压吸附工艺将甲烷化后的气体提纯，可以将甲烷的浓度提升到90%以上，达到国家车用天然气标准的产品气体，副产的工业氢气也可以直接进行销售。

2.4 天然气压缩及脱水

经变压吸附分离工序后甲烷含量将达到92%以上，将此甲烷气送入CNG压缩工段，然后进入脱水工序高压脱水，即利用床层的吸附剂（分子筛）脱除工艺气体中的水分。脱水后的天然气经加气柱计量后，对天然气运输槽车进行充装，再由天然气槽车运输到客户子站内经加气机计量后销售。

3 焦炉煤气制取天然气的经济性的分析

一个天然气（CNG)产量为9000万Nm3/年的焦炉煤气制天然气项目，投资大约2.6个亿，占地面积约7500平方米，每年可处理焦炉煤气2.4亿立方，生产天然气9000万Nm3，氢气3300万Nm3，蒸汽5.4万吨，项目达产后正常年份销售收入约为2.2亿元，利润7000多万元，3-4年可收回投资，经济效益良好。同时，它可以解决90多人的就业问题，减少CO、CO2等的排放，具有很高的社会价值。

4 结语

总而言之，焦炉煤气制天然气技术，流程简单，生产成本低，产品效益好，可最大限度地利用焦炉煤气中的有效组份。不仅从根源上解决了焦化厂煤气的环境污染问题，又可变废为宝，延伸煤化工产业链，提高焦化企业的产品附加值，顺应建设节能型、环保型社会的发展方向，符合国家产业结构调整的政策，具有经济、环境生态及社会可持续发展的重大意义，对传统的焦化产业转型升级具有重大的战略意义，因此，焦炉煤气制取天然气技术在我国具有广阔的市场前景。

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