焦?fàn)t煤氣制液化天然氣

敖曼+趙卓寬

摘 要：焦?fàn)t煤氣制液化天然氣對(duì)于燃?xì)夤?yīng)企業(yè)，不光可以備用調(diào)峰，還能帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。本文提出了焦?fàn)t煤氣制液化天然氣的意義，簡(jiǎn)述了方法和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：焦?fàn)t煤氣；液化天然氣；城鎮(zhèn)燃?xì)夤?yīng)企業(yè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ546 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

焦?fàn)t煤氣是煉焦生產(chǎn)的副產(chǎn)品，熱值低、污染大，是一種低端燃料。焦?fàn)t煤氣的回收利用，符合當(dāng)前循環(huán)經(jīng)濟(jì)，綠色工業(yè)和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的發(fā)展方向。

一、焦?fàn)t煤氣對(duì)于燃?xì)夤?yīng)企業(yè)存在的幾點(diǎn)問(wèn)題：

1.焦?fàn)t煤氣的環(huán)保問(wèn)題

焦?fàn)t煤氣是以氫氣為主的混合物，其中還包含甲烷、一氧化碳、硫化氫、焦油、萘重?zé)N。其燃燒后產(chǎn)物不只是二氧化碳和水，還有二氧化硫、氮氧化物等污染物。其燃燒不充份時(shí)，會(huì)使鍋具底邊會(huì)變黑。

2.焦?fàn)t煤氣的儲(chǔ)存及調(diào)峰問(wèn)題

城鎮(zhèn)燃?xì)夤?yīng)，同水及電一樣，都有高峰使用時(shí)段和低谷使用時(shí)段。從一年來(lái)看，冬天因天然氣采暖，其消耗量是夏季的幾倍。從一天來(lái)看，每日3次做飯時(shí)間段白天的用氣量通常比夜晚要高。如果天然氣使用高峰與低谷差距過(guò)大，會(huì)造成天然氣存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)纫幌盗袉?wèn)題。因此，天然氣調(diào)峰方法是燃?xì)夤?yīng)公司的一個(gè)重要課題。

通常，燃?xì)夤?yīng)企業(yè)用大型儲(chǔ)氣罐進(jìn)行儲(chǔ)存焦?fàn)t煤氣，投資大，儲(chǔ)氣量有限。并且，焦?fàn)t煤氣進(jìn)入大型儲(chǔ)氣罐以后，原有壓力能損失。在需要調(diào)峰時(shí)，還需要焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī)將焦?fàn)t煤氣加壓，造成能源嚴(yán)重浪費(fèi)。也是因?yàn)橥顿Y儲(chǔ)存量有限的問(wèn)題，大型儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣不可能大量興建使用，因此，燃?xì)夤?yīng)企業(yè)一般興建的儲(chǔ)氣罐容積在5萬(wàn)m3～20萬(wàn)m3，用于日用量調(diào)峰，并且小時(shí)數(shù)有限。

3.焦?fàn)t煤氣對(duì)下游管網(wǎng)的影響

因焦?fàn)t煤氣中含有苯、氨、硫化氫、焦油、萘等非氣體雜質(zhì)。而在實(shí)際燃?xì)夤?yīng)中，焦?fàn)t煤氣中通常含有大量的水蒸氣（因焦?fàn)t煤氣水洗工藝造成）。含有硫化物、重?zé)N及水蒸氣的焦?fàn)t煤氣，從焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)企業(yè)送入燃?xì)夤?yīng)企業(yè)的場(chǎng)站后，非氣體雜質(zhì)容易造成管道、過(guò)濾器等設(shè)備結(jié)焦。而輸送至下游燃?xì)獾南掠喂芫W(wǎng)容易造成水堵，對(duì)燃?xì)馍a(chǎn)企業(yè)的燃?xì)夤?yīng)造成多種困難。而城鎮(zhèn)燃?xì)廨斔凸艿浪聦?duì)，會(huì)造成燃?xì)夤艿垒斔妥枞?，造成停氣事故，影響市民及工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)。

4.安全性

焦?fàn)t煤氣是以氫氣（爆炸范圍4.0%～75.6%）為主的混合物，還含有甲烷（爆炸范圍5.3～15%）一氧化碳（爆炸范圍12.5%～74%）。而天然氣的主要成分是甲烷。

一氧化碳極易與血紅蛋白結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，使血紅蛋白喪失攜氧的能力和作用，造成組織窒息。對(duì)全身的組織細(xì)胞均有毒性作用，尤其對(duì)大腦皮質(zhì)的影響最為嚴(yán)重。

因此，從防爆等級(jí)及毒性上比較，焦?fàn)t煤氣的安全性都要低于天然氣。

二、液化天然氣在4個(gè)方面具有優(yōu)勢(shì)

1.環(huán)保問(wèn)題

天然氣是一種潔凈能源，幾乎不含硫、粉塵和其他有害物質(zhì)，燃燒時(shí)產(chǎn)生二氧化碳和水。

2.儲(chǔ)存及調(diào)峰問(wèn)題

液化天然氣的氣化比是1∶600，也就是說(shuō)1m3的液化天然氣可以氣化出600m3的天然氣。為了滿(mǎn)足調(diào)峰和應(yīng)急事故的需要，國(guó)內(nèi)外各大燃?xì)夤?yīng)企業(yè)，均建有液化天然氣低溫罐對(duì)其進(jìn)行儲(chǔ)備。

因液化天然氣的直接采購(gòu)成本較高，大約是天然氣成本的1.5倍左右。因此，在調(diào)峰時(shí)通常用于備用氣源，但對(duì)緊急的燃?xì)馔馐鹿蕬?yīng)急時(shí)，多是首要選擇。

3.對(duì)下游管網(wǎng)的影響

液化天然氣氣化后，溫度大于5℃送入下游城鎮(zhèn)管網(wǎng)。因其不含有非氣態(tài)雜質(zhì)，在下游管網(wǎng)不含工程水的情況下不會(huì)結(jié)晶成水合物，不會(huì)堵塞管網(wǎng)。

4.安全性

天然氣無(wú)毒、易散發(fā)，是較為安全的燃?xì)狻?/p>

三、焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)液化天然氣的化工原理

1.表1為某企業(yè)焦?fàn)t煤氣各種組分含量。

2.焦?fàn)t煤氣甲烷化原理

如表1所示，非CH4含碳物CO、CO2與CmHn總含有14%碳，所以可以利用甲烷化反應(yīng)生成甲烷，主反應(yīng)見(jiàn)式（1）和式（2）：

四、工藝流程簡(jiǎn)介

1.工藝流程

焦?fàn)t煤氣→粗脫萘焦油單元→焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī)→精脫萘苯焦油單元→粗脫硫單元→精脫硫單元→甲烷化反應(yīng)器→脫水單元→脫汞單元→過(guò)濾單元→深冷液化單元→LNG儲(chǔ)存。

2.流程簡(jiǎn)述

（1）凈化過(guò)程

凈化的第一步是將焦?fàn)t煤氣里的萘、焦油等物質(zhì)進(jìn)行脫除。原料氣首先進(jìn)入粗脫萘焦油器，而后進(jìn)行加壓變溫吸附。這一生產(chǎn)過(guò)程目的是為了脫除焦?fàn)t煤氣中的焦油、萘、苯等雜質(zhì)，保證焦?fàn)t煤氣中氨含量<10ppm，萘<10ppm，焦油<1ppm。

凈化的第二步是進(jìn)行脫硫。粗脫硫罐，加氫轉(zhuǎn)化、精脫硫、二級(jí)加氫轉(zhuǎn)化、氧化鋅精脫硫等工序后，使焦?fàn)t煤氣中的總硫含量小于0.1ppm。

（2）甲烷化過(guò)程

甲烷化過(guò)程就是上述原理中的CO與CO2加氫反應(yīng)。

（3）深冷液化過(guò)程

甲烷化后的氣體，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器進(jìn)脫水，脫汞、過(guò)濾、進(jìn)換后進(jìn)精餾塔。塔頂脫去氮?dú)夂蜌錃?，塔低獲得的LNG產(chǎn)品。

五、經(jīng)濟(jì)效益

1.目前我國(guó)焦?fàn)t煤氣再利用效率低

2015年，全國(guó)焦炭總產(chǎn)量為4.47億萬(wàn)噸，而同年西氣東輸年輸氣量為590億立方天然氣。按每生產(chǎn)1噸焦炭，伴生400立方焦?fàn)t煤氣進(jìn)行估算，其中有一半返回焦?fàn)t助燃。據(jù)統(tǒng)計(jì)，其中僅有10%的焦?fàn)t煤氣作為副產(chǎn)品進(jìn)行銷(xiāo)售，另外90%為燃燒放空。那么，據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算出，每年我國(guó)焦?fàn)t煤氣放散量為800億立方米，相當(dāng)于290億m3的天然氣（轉(zhuǎn)化率36%）。2015年，相當(dāng)于半年的西氣東輸天然氣量，被放散掉。

2.實(shí)例

（1）以焦?fàn)t煤氣為原料，年處理焦?fàn)t煤氣1億m3計(jì)算。燃?xì)饨M分入表1。

以該公司焦?fàn)t煤氣組成為基礎(chǔ)，則有如下的產(chǎn)量數(shù)據(jù)：

液化天然氣小時(shí)產(chǎn)量：4200Nm3/h年產(chǎn)量：3600萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)m3/年。

氫氣小時(shí)產(chǎn)量：750Nm3/h年產(chǎn)量：650萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)m3/年。

（2）生產(chǎn)裝置及設(shè)備投資

總投資約為1.2億元，其中包含內(nèi)容如下：

生產(chǎn)裝置：焦?fàn)t煤氣壓縮與凈化裝置，甲烷化裝置，吸附分離裝置，深冷裝置，液化天然氣裝車(chē)裝置。（未包含液化天然氣儲(chǔ)罐）

公用工程：總變電所，循環(huán)水系統(tǒng)，空壓站制氮，站事故水池?；ǎ壕C合樓、催化劑庫(kù)房及堆場(chǎng)。

（3）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

如焦?fàn)t煤氣成本為1元/m3，生產(chǎn)出液化天然氣，氣態(tài)成本價(jià)格為3元/m3。

生產(chǎn)成本主要包括：原料氣成本、公用工程成本、催化劑成本、設(shè)備折舊及人工成本等。

產(chǎn)品包括：液化天然氣及氫氣等。

結(jié)語(yǔ)

天然氣是我國(guó)十三五計(jì)劃中要大量推廣的清潔能源，其熱值高且無(wú)污染。在城市燃?xì)夤?yīng)中，液化天然氣是重要的調(diào)峰手段。用焦?fàn)t煤氣合成液化天然氣，對(duì)燃?xì)夤?yīng)企業(yè)來(lái)說(shuō)既解決了調(diào)峰問(wèn)題，又節(jié)能減排，還能為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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