焦?fàn)t煤氣制取天然氣技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析

曹文會(huì)(冀中能源井陘礦業(yè)集團(tuán),河北 石家莊 050000)

焦?fàn)t煤氣制取天然氣技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析

曹文會(huì)(冀中能源井陘礦業(yè)集團(tuán),河北 石家莊 050000)

在焦化生產(chǎn)中，副產(chǎn)大量的焦?fàn)t煤氣，利用焦?fàn)t煤氣制取天然氣是一種新的可靠的天然氣供給方式，還能有效減少工業(yè)廢氣的排放，控制住對(duì)環(huán)境的污染，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。本文簡(jiǎn)要敘述了國(guó)內(nèi)焦?fàn)t煤氣制天然氣的發(fā)展現(xiàn)狀,工藝流程,并對(duì)焦?fàn)t煤氣制天然氣項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，利用焦?fàn)t煤氣制取天然氣的技術(shù)，在社會(huì)持續(xù)發(fā)展的今天有著重要的意義。

焦?fàn)t煤氣；天然氣技術(shù)；制??；發(fā)展?fàn)顩r；經(jīng)濟(jì)分析

1 焦?fàn)t煤氣制取天然氣技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

目前的焦?fàn)t煤氣，主要作為城市煤氣氣源、工業(yè)燃料、發(fā)電燃料，以及甲醇和化肥等生產(chǎn)原料；隨著城市化進(jìn)程的加速，以及居民生活條件改善對(duì)天然氣能源需求的提升，焦?fàn)t煤氣制天然氣市場(chǎng)正逐步打開，以焦?fàn)t煤氣為原料制天然氣的比較效益正逐步取得市場(chǎng)的認(rèn)可。國(guó)內(nèi)焦?fàn)t煤氣制天然氣項(xiàng)目工業(yè)化速度較快，其技術(shù)也大多國(guó)產(chǎn)化，國(guó)內(nèi)已有多家單位掌握了焦?fàn)t煤氣制天然氣技術(shù)。

為了利用焦?fàn)t煤氣中的CH4，國(guó)內(nèi)開發(fā)了利用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)液化天然氣的方法，該工采用變壓吸附和深度冷相結(jié)臺(tái)的物理方法，可以分離出焦?fàn)t煤氣中的CH4和CO。該法過程簡(jiǎn)單、能耗低，但是其中的H2未得到有效利用，LNG產(chǎn)率低，后來對(duì)該方法進(jìn)行改進(jìn)，即將焦?fàn)t煤氣先進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，然后深冷分離制取LNG，不凝氣體通過變壓吸附裝置生產(chǎn)純度99%以上的H2，提高了焦?fàn)t煤氣中組分的利用率，但甲烷效率有待提高。

西南化工研究院采用兩段或三段甲烷化反應(yīng)和變壓吸附相結(jié)合的方法，利用焦?fàn)t煤氣制取合成天然氣，甲烷濃度大于90%，熱值大于32MJ，由于焦?fàn)t煤氣中氫多碳少，H2還有部分剩余。山西科靈環(huán)境工程設(shè)計(jì)技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)了先對(duì)焦?fàn)t煤氣補(bǔ)碳，優(yōu)化H/C比，然后甲烷化制取SNG的方法，進(jìn)一步提高了SNG產(chǎn)率和H2利用率。

武漢科林精細(xì)化工有限公司與武漢理工大學(xué)合作，采用自主研發(fā)的催化劑和部分循環(huán)與多級(jí)冷激結(jié)合的新工藝，解決了甲烷化反應(yīng)器的溫升控制問題，可副產(chǎn)中壓蒸汽，同時(shí)變壓吸附制氫，目前利用該技術(shù)設(shè)計(jì)的新晶科技9000萬Nm3/a焦?fàn)t氣制CNG項(xiàng)目一期工程已于2013年7月完工投產(chǎn)。該技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益好，能耗低，值得大力推廣。

2 利用焦?fàn)t煤氣制取天然氣技術(shù)的基礎(chǔ)程序

焦?fàn)t煤氣是煉焦的副產(chǎn)品，其主要成分為氫氣、甲烷，是一種良好的化工原料和高熱值燃料，但其所含雜質(zhì)（如各種形態(tài)硫、焦油、苯、萘、氨和HCN等）種類繁多，成份復(fù)雜。原料氣首先采用吸附法脫除苯、萘和焦油等雜質(zhì)，加壓預(yù)熱后脫氯后，之后經(jīng)過兩段加氫轉(zhuǎn)化，將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化無機(jī)硫，并經(jīng)過兩段脫硫凈化后，進(jìn)入甲烷化工序。在此將大部分CO、CO2與氫氣經(jīng)過甲烷化反應(yīng)生成甲烷。甲烷化反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，通過副產(chǎn)中壓蒸汽的方式移出反應(yīng)熱并回收。由于焦?fàn)t煤氣中氫含量較高，甲烷化反應(yīng)后還有較多剩余氫氣，可分離出來作為副產(chǎn)品銷售或建加氫項(xiàng)目。

2.1 焦?fàn)t煤氣的凈化處理

從焦化廠來的焦?fàn)t氣含有多種雜質(zhì)組份，特別是苯、萘等的含量較高，該組份將對(duì)下游的凈化分離工序會(huì)造成危害，此外焦?fàn)t氣中含有H2S，這些硫化物對(duì)甲烷化催化劑有很強(qiáng)的毒性，因此在焦?fàn)t煤氣進(jìn)入后續(xù)工段之前需預(yù)處理將萘、大量H2S脫除。一般來說，在進(jìn)行除苯等除雜環(huán)節(jié)后，要在進(jìn)一步的進(jìn)行精脫硫處理。甲烷化催化劑對(duì)硫敏感，非常容易硫中毒，但有部分有機(jī)硫只有在高溫催化下才可以轉(zhuǎn)化為硫化氫，通常采用二段加氫工藝的干法脫硫工藝。首先利用原料氣中的氫氣（H2）在鈷鉬催化劑作用下將其中的COS等有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為H2S。采用鐵錳脫硫劑、氧化鋅（ZnO）作為脫硫劑，脫除焦?fàn)t煤氣中的無機(jī)硫。最終將原料氣中總硫脫至＜0.1ppm。

2.2 甲烷化

甲烷化是焦?fàn)t煤氣制取天然氣的核心部分，可將焦?fàn)t煤氣中的CO、CO2、H2轉(zhuǎn)化為甲烷，甲烷含量可提高約10%，這樣焦?fàn)t氣就變成主要含CH4、H2和少量N2的氣體混合物。甲烷化過程為放熱反應(yīng)，出甲烷化反應(yīng)器的氣體進(jìn)入廢熱鍋爐回收余熱，副產(chǎn)蒸汽。焦?fàn)t氣甲烷化過程中伴隨系統(tǒng)析碳，生產(chǎn)的碳沉積在催化劑表會(huì)造成催化劑失活，并且使床層阻力增加，裝置無法運(yùn)行，若甲烷化轉(zhuǎn)化不完全，不僅會(huì)使甲烷的收集率造成重大的干擾，還會(huì)對(duì)制取后天然氣的品質(zhì)產(chǎn)生影響。因此，對(duì)焦?fàn)t氣甲烷化催化工藝的催化劑要求較高。在當(dāng)今企業(yè)的不斷發(fā)展中，我國(guó)的大連普瑞特化工有限公司和武漢科林精細(xì)化工有限公司以及中科院等諸多單位都在催化劑方面取得了較好的成績(jī)，特別是武漢科林更是針對(duì)這個(gè)方面的問題進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，開發(fā)出了一種新型的甲烷化催化劑，并進(jìn)行了大批量的應(yīng)用，在催化劑領(lǐng)域得到了高效的認(rèn)可。

2.3 合成氣變壓吸附分離

當(dāng)前工業(yè)上比較廣泛應(yīng)用的分離技術(shù)有變壓吸附和膜分離兩種，變壓吸附技術(shù)投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、產(chǎn)品純度高、操作簡(jiǎn)單、靈活，原料氣源適應(yīng)范圍寬在工業(yè)氣體的分離提純方面應(yīng)用廣泛。從甲烷化工段出來的甲烷氣純度超過了60%，其余為氫氣和部分氮?dú)?。采用變壓吸附工藝將甲烷化后的氣體提純，可以將甲烷的濃度提升到90%以上，達(dá)到國(guó)家車用天然氣標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品氣體，副產(chǎn)的工業(yè)氫氣也可以直接進(jìn)行銷售。

2.4 天然氣壓縮及脫水

經(jīng)變壓吸附分離工序后甲烷含量將達(dá)到92%以上，將此甲烷氣送入CNG壓縮工段，然后進(jìn)入脫水工序高壓脫水，即利用床層的吸附劑（分子篩）脫除工藝氣體中的水分。脫水后的天然氣經(jīng)加氣柱計(jì)量后，對(duì)天然氣運(yùn)輸槽車進(jìn)行充裝，再由天然氣槽車運(yùn)輸?shù)娇蛻糇诱緝?nèi)經(jīng)加氣機(jī)計(jì)量后銷售。

3 焦?fàn)t煤氣制取天然氣的經(jīng)濟(jì)性的分析

一個(gè)天然氣（CNG)產(chǎn)量為9000萬Nm3/年的焦?fàn)t煤氣制天然氣項(xiàng)目，投資大約2.6個(gè)億，占地面積約7500平方米，每年可處理焦?fàn)t煤氣2.4億立方，生產(chǎn)天然氣9000萬Nm3，氫氣3300萬Nm3，蒸汽5.4萬噸，項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后正常年份銷售收入約為2.2億元，利潤(rùn)7000多萬元，3-4年可收回投資，經(jīng)濟(jì)效益良好。同時(shí)，它可以解決90多人的就業(yè)問題，減少CO、CO2等的排放，具有很高的社會(huì)價(jià)值。

4 結(jié)語

總而言之，焦?fàn)t煤氣制天然氣技術(shù)，流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品效益好，可最大限度地利用焦?fàn)t煤氣中的有效組份。不僅從根源上解決了焦化廠煤氣的環(huán)境污染問題，又可變廢為寶，延伸煤化工產(chǎn)業(yè)鏈，提高焦化企業(yè)的產(chǎn)品附加值，順應(yīng)建設(shè)節(jié)能型、環(huán)保型社會(huì)的發(fā)展方向，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的政策，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)境生態(tài)及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大意義，對(duì)傳統(tǒng)的焦化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重大的戰(zhàn)略意義，因此，焦?fàn)t煤氣制取天然氣技術(shù)在我國(guó)具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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