焦?fàn)t煤氣制LNG與制甲醇的成本與效益對(duì)比分析

【摘 要】論文旨在通過對(duì)比焦?fàn)t煤氣制液化天然氣（LNG）與制甲醇這兩種工藝的成本與效益，探討其在經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益方面的差異和優(yōu)勢(shì)。焦?fàn)t煤氣作為焦化工藝過程中的副產(chǎn)品，其高效利用對(duì)于實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)和減少環(huán)境污染具有重要意義。論文基于現(xiàn)有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和行業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐，對(duì)焦?fàn)t煤氣制LNG與制甲醇的工藝流程、成本構(gòu)成及效益進(jìn)行詳細(xì)分析，以期為相關(guān)企業(yè)提供決策參考。

【關(guān)鍵詞】焦?fàn)t煤氣；LNG；甲醇；成本；效益；對(duì)比分析

【中圖分類號(hào)】TQ522.61 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2024）08-0104-03

1 引言

焦?fàn)t煤氣是煤炭通過高溫（1 050～1 150 ℃）熱解干餾得到的一種氣體混合物，其主要成分有氫氣、甲烷、一氧化碳等，具有較高的利用價(jià)值。目前，焦?fàn)t煤氣的主要利用途徑包括直接燃燒供熱、發(fā)電以及化工原料轉(zhuǎn)化等。其中，焦?fàn)t煤氣制LNG和制甲醇因其高效、清潔的特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，且工藝技術(shù)已相當(dāng)成熟。本文從成本與效益兩個(gè)維度，對(duì)焦?fàn)t煤氣制LNG與制甲醇進(jìn)行對(duì)比分析[1]。

2 工藝流程概述

2.1 焦?fàn)t煤氣制LNG

焦?fàn)t煤氣制LNG工藝是一個(gè)復(fù)雜而精細(xì)的過程，主要包括壓縮、預(yù)凈化、精脫硫、甲烷化反應(yīng)和液化等關(guān)鍵步驟。其中，在預(yù)凈化階段，主要任務(wù)是去除煤氣中的雜質(zhì)，如焦油、苯、萘等，以確保后續(xù)工藝的順利進(jìn)行。接著是精脫硫階段，通過濕法或干法脫硫工藝，進(jìn)一步凈化氣體，去除硫化物和二氧化碳，為甲烷化反應(yīng)創(chuàng)造良好條件。甲烷化反應(yīng)是核心步驟，將一氧化碳和二氧化碳與氫氣在催化劑作用下反應(yīng)生成甲烷。最后是液化階段，通過制冷流程將甲烷氣體轉(zhuǎn)化為液化天然氣（LNG），實(shí)現(xiàn)資源的有效利用和環(huán)境的保護(hù)。

2.2 焦?fàn)t煤氣制甲醇

焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝是一個(gè)高效利用資源的復(fù)雜過程。首先，預(yù)凈化階段是關(guān)鍵一步，通過物理或化學(xué)方法去除煤氣中的硫化物、氮化物、灰塵等雜質(zhì)，確保后續(xù)工藝不受污染影響；其次，進(jìn)入合成氣制備階段，利用變換反應(yīng)、部分氧化或蒸汽重整等技術(shù)，將焦?fàn)t煤氣中的烴類轉(zhuǎn)化為主要由一氧化碳和氫氣組成的合成氣，這是甲醇合成的關(guān)鍵原料；再次，在甲醇合成塔中，以特定的催化劑為媒介，合成氣在高溫高壓下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成甲醇和水；最后，精餾工藝通過加熱、蒸發(fā)、冷凝和分離等步驟，將甲醇從反應(yīng)混合物中提純出來，得到高純度的甲醇產(chǎn)品[2]。

3 焦?fàn)t煤氣制LNG與制甲醇的成本對(duì)比分析

3.1 原料成本

焦?fàn)t煤氣作為焦?fàn)t生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，同時(shí)作為制LNG與制甲醇兩種工藝的主要原料，其成本構(gòu)成及波動(dòng)情況對(duì)最終產(chǎn)品的生產(chǎn)成本具有直接影響。

首先，焦?fàn)t煤氣的成本相對(duì)較低。這是因?yàn)榻範(fàn)t煤氣作為焦化工業(yè)的副產(chǎn)品，其生產(chǎn)過程中已經(jīng)分?jǐn)偭瞬糠止潭ǔ杀竞妥儎?dòng)成本，焦?fàn)t煤氣的生產(chǎn)成本僅占焦化工業(yè)總成本的10%～15%。當(dāng)焦?fàn)t煤氣被用作其他化工產(chǎn)品的原料時(shí)，其成本通常只包括收集、凈化、輸送等后續(xù)處理費(fèi)用，而不包括焦化生產(chǎn)過程中的全部成本。這些后續(xù)處理費(fèi)用占焦?fàn)t煤氣總成本的30%～40%。因此，相對(duì)于其他原料而言，焦?fàn)t煤氣的成本具有一定的優(yōu)勢(shì)。

其次，焦?fàn)t煤氣的具體價(jià)格受市場(chǎng)供需關(guān)系的影響。根據(jù)近年來的市場(chǎng)數(shù)據(jù)，焦?fàn)t煤氣的價(jià)格波動(dòng)范圍在每立方米0.2～0.5元。市場(chǎng)需求增加時(shí)，如冬季取暖季節(jié)或工業(yè)生產(chǎn)高峰期，焦?fàn)t煤氣的價(jià)格可能上漲至每立方米0.4～0.5元；反之，在市場(chǎng)需求減少的淡季，價(jià)格可能下降至每立方米0.2～0.3元。因此，企業(yè)在利用焦?fàn)t煤氣作為原料時(shí)，需要密切關(guān)注市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，以便及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)策略，應(yīng)對(duì)原料價(jià)格的波動(dòng)。

最后，原料供應(yīng)的穩(wěn)定性和連續(xù)性是影響焦?fàn)t煤氣成本的重要因素。如果焦?fàn)t煤氣的供應(yīng)不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致生產(chǎn)過程的中斷或延誤，從而增加生產(chǎn)成本。因此，企業(yè)在選擇利用焦?fàn)t煤氣作為原料時(shí)，需要確保原料供應(yīng)的穩(wěn)定性和連續(xù)性，以降低生產(chǎn)成本風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 生產(chǎn)過程成本

3.2.1 焦?fàn)t煤氣制LNG的成本分析

①預(yù)處理與凈化成本。在焦?fàn)t煤氣制LNG的過程中，預(yù)處理與凈化步驟占據(jù)了較大的成本比重。這些步驟主要包括脫焦油、預(yù)凈化和精脫硫3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。脫焦油作為首要任務(wù)，旨在去除煤氣中的重質(zhì)烴類及雜質(zhì)，為后續(xù)處理奠定基礎(chǔ)，但其復(fù)雜的物理和化學(xué)過程往往伴隨著較高的能耗和設(shè)備磨損。預(yù)凈化則進(jìn)一步細(xì)化處理，通過吸附、過濾等方法去除煤氣中的塵埃、懸浮物及部分有害成分，以保證后續(xù)工序的穩(wěn)定運(yùn)行。然而，最為關(guān)鍵且成本高昂的莫過于精脫硫過程。此過程要求極高，必須徹底去除煤氣中的硫化物，以免在后續(xù)的甲烷化反應(yīng)中生成硫化氫等有害物質(zhì)，影響LNG的品質(zhì)和安全性。因此，精脫硫不僅需要采用高效、專用的化學(xué)試劑，如脫硫劑，還需配備精密的工藝設(shè)備和嚴(yán)格的監(jiān)控系統(tǒng)，以確保脫硫效果達(dá)到要求。這些措施無疑大幅增加了整個(gè)預(yù)處理與凈化階段的成本，是焦?fàn)t煤氣制LNG過程中不可忽視的經(jīng)濟(jì)考量。

②甲烷化反應(yīng)成本。甲烷化反應(yīng)作為焦?fàn)t煤氣制LNG的核心環(huán)節(jié)，其成本構(gòu)成復(fù)雜且關(guān)鍵。該反應(yīng)不僅是一個(gè)強(qiáng)放熱過程，需要有效管理大量產(chǎn)生的熱量，還依賴于高性能的催化劑來確保反應(yīng)的高效進(jìn)行。為了維持反應(yīng)溫度的穩(wěn)定并防止過熱導(dǎo)致的催化劑失活或設(shè)備損壞，通常采用副產(chǎn)中壓蒸汽的方式來移除反應(yīng)熱。這一措施雖然增加了初始的設(shè)備投資和運(yùn)行成本，但副產(chǎn)的中壓蒸汽可以作為其他工藝流程的熱源，實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用和回收，從而在一定程度上降低了整體成本。催化劑的選擇和使用是影響甲烷化反應(yīng)成本的另一大因素[3]。從工業(yè)實(shí)踐來看，進(jìn)口催化劑因其優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性，往往能提供更高效的反應(yīng)效果，但這也直接導(dǎo)致了反應(yīng)成本的上升。

③液化成本。液化過程是將甲烷氣體轉(zhuǎn)化為液態(tài)天然氣（LNG）的核心技術(shù)環(huán)節(jié)，其成本雖高但至關(guān)重要。該過程依賴于先進(jìn)的液化設(shè)備和高效的制冷劑，這些設(shè)備和技術(shù)的引進(jìn)與應(yīng)用，無疑增加了生產(chǎn)過程中的直接成本。然而，液化后的LNG不僅體積大幅縮小，便于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和大規(guī)模儲(chǔ)存，而且其高熱值特性使得單位體積的能量密度遠(yuǎn)高于氣態(tài)甲烷，從而顯著提升了能源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益。此外，隨著全球?qū)η鍧嵞茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L，LNG作為優(yōu)質(zhì)、環(huán)保的能源載體，其市場(chǎng)需求日益旺盛。因此，盡管液化成本較高，但綜合考慮LNG的儲(chǔ)運(yùn)便利性、高能量密度以及廣闊的市場(chǎng)前景，液化過程依然是焦?fàn)t煤氣制LNG工藝中不可或缺且經(jīng)濟(jì)可行的關(guān)鍵步驟。

3.2.2 焦?fàn)t煤氣制甲醇的成本分析

①合成氣制備成本。焦?fàn)t煤氣制甲醇的合成氣制備階段是一個(gè)關(guān)鍵步驟，主要包括脫除多余的二氧化碳和硫化物等過程。這一階段的成本相對(duì)較低，主要得益于所需的化學(xué)試劑和工藝設(shè)備的相對(duì)簡(jiǎn)單性。具體來說，通過采用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑如氫氧化鈉溶液進(jìn)行脫硫處理，以及采用物理吸收或化學(xué)吸收法進(jìn)行脫碳處理，可以有效地脫除煤氣中的多余成分，從而制備出適合甲醇合成的合成氣。在實(shí)際操作中，通過精確控制合成氣的成分和比例，如調(diào)整氫氣與一氧化碳的摩爾比為2∶1，可以優(yōu)化甲醇的合成反應(yīng)，使甲醇的產(chǎn)率提高約10%，純度達(dá)到99.5%以上。這不僅有助于提升甲醇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，還能滿足不同行業(yè)如化工、醫(yī)藥等對(duì)甲醇質(zhì)量的嚴(yán)格要求。同時(shí)，合成氣制備階段的成本也相對(duì)可控。由于所需的化學(xué)試劑和工藝設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，因此，該階段的投資成本較低，大約占總生產(chǎn)成本的20%。此外，通過優(yōu)化工藝參數(shù)和操作條件，如提高反應(yīng)溫度至250～300 ℃、增大反應(yīng)壓力至5～10 MPa，可以進(jìn)一步降低能耗、物料消耗，從而降低生產(chǎn)成本。

②甲醇合成與精餾成本。甲醇合成反應(yīng)是焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝中的核心步驟。這一反應(yīng)過程需要催化劑來促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，常用的催化劑如銅基催化劑，能夠顯著提高反應(yīng)速率，并確保反應(yīng)能夠在相對(duì)溫和的條件下進(jìn)行，通常反應(yīng)溫度控制在200～300 ℃，壓力在5～10 MPa。同時(shí)，該反應(yīng)需要一定的能源輸入，如蒸汽或電力，以提供反應(yīng)所需的溫度和壓力條件，能源消耗約占整個(gè)合成階段成本的30%。盡管催化劑的使用和能源的消耗會(huì)增加生產(chǎn)成本，但甲醇合成反應(yīng)的效率和產(chǎn)量通常較高，轉(zhuǎn)化率可達(dá)95%以上。這意味著在大量生產(chǎn)的情況下，單位甲醇的生產(chǎn)成本可以保持在適中水平，范圍在每噸2 000～3 000元，從而使得整體工藝在經(jīng)濟(jì)上具有可行性。精餾過程是為了進(jìn)一步提純甲醇產(chǎn)品，去除其中的雜質(zhì)和副產(chǎn)物，如水分、二甲醚等，以確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量和純度。通過精餾過程，可以得到純度高達(dá)99.9%以上的甲醇產(chǎn)品，滿足不同行業(yè)如化工、醫(yī)藥、燃料等對(duì)甲醇質(zhì)量的嚴(yán)格要求，從而提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。精餾后的甲醇產(chǎn)品售價(jià)通常比未精餾的產(chǎn)品高出10%～15%，進(jìn)一步證明了精餾過程的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

③綜合成本。在全面考慮原料成本、生產(chǎn)過程成本以及折舊、人工等其他費(fèi)用后，可以發(fā)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣制LNG的成本通常要高于制甲醇。這一結(jié)論的得出，主要?dú)w因于制LNG工藝流程中甲烷化、液化過程的高能耗和復(fù)雜工藝。焦?fàn)t煤氣作為原料的成本相對(duì)較低，每噸在500～800元，但在制LNG的過程中，需要經(jīng)過預(yù)處理、凈化、精脫硫、甲烷化反應(yīng)及液化等多個(gè)步驟。其中，液化過程是一個(gè)高能耗的環(huán)節(jié)，需要消耗大量的能源來將甲烷氣體轉(zhuǎn)化為液態(tài)，能源消耗約占整個(gè)生產(chǎn)過程的40%，這使得生產(chǎn)成本顯著增加。相比之下，焦?fàn)t煤氣制甲醇的過程雖然也需要經(jīng)過合成氣制備、甲醇合成與精餾等步驟，但工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，能耗也較低，能源消耗約占整個(gè)生產(chǎn)過程的30%。尤其是甲醇合成反應(yīng)，其效率和產(chǎn)量通常較高，轉(zhuǎn)化率可達(dá)95%以上，使得整體成本適中，產(chǎn)品成本在每噸2 000～3 000元。

4 焦?fàn)t煤氣制LNG與制甲醇的效益對(duì)比分析

4.1 產(chǎn)品價(jià)格與市場(chǎng)需求分析

LNG作為清潔能源，在國內(nèi)外市場(chǎng)上展現(xiàn)出強(qiáng)勁的需求，其價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定且維持在較高水平。這一態(tài)勢(shì)的形成，主要受益于全球范圍內(nèi)對(duì)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的日益重視。隨著全球?qū)p少溫室氣體排放、改善空氣質(zhì)量的追求，清潔能源的需求不斷增長，而LNG作為其中的佼佼者，自然受到了廣泛的關(guān)注和青睞。這種廣泛的關(guān)注和需求推動(dòng)了LNG在運(yùn)輸、工業(yè)和民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步鞏固了其在市場(chǎng)上的地位。

與此同時(shí)，甲醇作為基礎(chǔ)化工原料，盡管也在多個(gè)行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如化工、醫(yī)藥、燃料等，但其市場(chǎng)價(jià)格受到供需關(guān)系的較大影響，波動(dòng)較為頻繁。這種價(jià)格波動(dòng)主要源于甲醇的生產(chǎn)和消費(fèi)受到多種復(fù)雜因素的交織影響。首先，原材料價(jià)格的波動(dòng)會(huì)直接影響甲醇的生產(chǎn)成本，進(jìn)而影響其市場(chǎng)價(jià)格，通常原材料成本占甲醇生產(chǎn)成本的60%以上。其次，生產(chǎn)技術(shù)的不斷變革也可能導(dǎo)致甲醇市場(chǎng)的供需關(guān)系發(fā)生變化，從而影響其價(jià)格。新技術(shù)的涌現(xiàn)使得甲醇的生產(chǎn)效率提高了約15%，但也可能導(dǎo)致市場(chǎng)供應(yīng)過剩。最后，市場(chǎng)需求的變化莫測(cè)也是導(dǎo)致甲醇價(jià)格波動(dòng)的重要因素。未來幾年，甲醇行業(yè)供需端雖然繼續(xù)保持?jǐn)U張態(tài)勢(shì)，但新建審批項(xiàng)目有限且行業(yè)整體盈利性差，導(dǎo)致新增產(chǎn)能釋放緩慢，而且甲醇行業(yè)存在一定區(qū)域過剩的局面。由于這些復(fù)雜因素的影響，甲醇市場(chǎng)的價(jià)格往往難以預(yù)測(cè)，為投資者帶來了一定的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

盡管焦?fàn)t煤氣制LNG的成本相對(duì)較高，主要體現(xiàn)在制LNG工藝流程中甲烷化、液化過程的高能耗和復(fù)雜工藝上，然而，由于其市場(chǎng)價(jià)格由前幾年的持續(xù)走高到現(xiàn)在的逐漸趨于相對(duì)穩(wěn)定，且長期保持在較高水平，焦?fàn)t煤氣制LNG的經(jīng)濟(jì)效益通常優(yōu)于制甲醇。在全球范圍內(nèi)，隨著國家對(duì)環(huán)保政策的日漸關(guān)注和可持續(xù)發(fā)展理念的不斷深入，LNG作為清潔能源的需求也不斷增長，特別是在長途運(yùn)輸和國際貿(mào)易中，LNG的儲(chǔ)運(yùn)效率高，能夠大幅降低運(yùn)輸成本和時(shí)間，使得其在這些領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

相比之下，甲醇雖然作為基礎(chǔ)化工原料廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)，但其市場(chǎng)價(jià)格受供需關(guān)系影響較大，波動(dòng)較為頻繁。近年來，隨著國家環(huán)境保護(hù)力度的加大和綠色可持續(xù)發(fā)展理念的深入，普通甲醇的價(jià)格波動(dòng)不僅影響了甲醇市場(chǎng)的穩(wěn)定性，也使得甲醇的經(jīng)濟(jì)效益存在一定的不確定性。人們尋求更環(huán)保、更節(jié)能的綠色甲醇產(chǎn)品，使得普通甲醇的市場(chǎng)受到一定的影響。在供需關(guān)系緊張或原材料價(jià)格上漲的情況下，甲醇的生產(chǎn)成本可能有所上升，從而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益下降，尤其是在經(jīng)濟(jì)波動(dòng)較大的時(shí)期，甲醇市場(chǎng)的盈利狀況可能更加不穩(wěn)定[4]。

因此，從經(jīng)濟(jì)效益的角度來看，考慮到市場(chǎng)需求、價(jià)格穩(wěn)定性以及長期發(fā)展趨勢(shì)，焦?fàn)t煤氣制清潔能源LNG通常在市場(chǎng)價(jià)格、能源環(huán)保、國家政策等方面更具吸引力。

4.3 環(huán)境效益分析

從環(huán)境效益的角度來看，在全球氣候變化和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻的背景下，減少溫室氣體排放、改善空氣質(zhì)量成為全球共識(shí)。LNG作為清潔能源，其使用可以大幅度減少溫室氣體的排放。LNG燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量比傳統(tǒng)煤炭燃燒低約50%，這對(duì)于改善空氣質(zhì)量具有積極作用。LNG的清潔環(huán)保特性，即其燃燒過程中產(chǎn)生的污染物極少，使其成為能源轉(zhuǎn)型和減少碳排放的重要選擇。相關(guān)研究顯示，LNG燃燒產(chǎn)生的硫氧化物比煤炭低約99%，顆粒物排放量更是幾乎為零。這一特性不僅有助于緩解全球氣候變化帶來的壓力，還能促進(jìn)企業(yè)循環(huán)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，顯著改善當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量，保護(hù)人們免受空氣污染帶來的健康風(fēng)險(xiǎn)。

相比之下，甲醇雖然燃燒產(chǎn)生的二氧化碳低于直接燃燒煤炭，是一種相對(duì)清潔的能源，但相對(duì)于LNG而言，甲醇的燃燒仍然會(huì)產(chǎn)生一定的二氧化碳排放，而且其生產(chǎn)過程中也可能產(chǎn)生一些污染物。

因此，在全面考慮能源使用的環(huán)境效益時(shí)，LNG的優(yōu)勢(shì)更為明顯。其不僅有助于大幅減少溫室氣體排放、顯著改善空氣質(zhì)量，而且能夠助力企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)論

焦?fàn)t煤氣制LNG與制甲醇在成本與效益方面各有優(yōu)劣。從經(jīng)濟(jì)效益角度看，焦?fàn)t煤氣制LNG的成本通常高于制甲醇，但其較高的經(jīng)濟(jì)收益也從側(cè)面說明了其相對(duì)較高的成本是與其高回報(bào)相對(duì)應(yīng)的，其市場(chǎng)價(jià)格和儲(chǔ)運(yùn)效率也更具優(yōu)勢(shì)；從環(huán)境效益角度看，二者均有助于減少溫室氣體排放，但LNG表現(xiàn)更佳。對(duì)此，建議相關(guān)企業(yè)根據(jù)自身資源條件、市場(chǎng)需求及環(huán)保政策等因素，靈活選擇焦?fàn)t煤氣的利用途徑，合理制定產(chǎn)品方案，充分實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。同時(shí)，政府可以加大政策支持力度，推動(dòng)焦?fàn)t煤氣的高效利用和清潔能源發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

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