焦?fàn)t煤氣制取天然氣技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析

李菊娣(曲靖市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司 云南 曲靖 655000)

對(duì)于天然氣而言，它是一種清潔能源，而且具有較高的附加值，但是，當(dāng)下，在我國(guó)，在一次能源消費(fèi)的結(jié)構(gòu)中天然氣的比例只有3.6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比世界平均水平低。而且，這幾年，天然氣的價(jià)格在持續(xù)地上升，若市場(chǎng)需求更進(jìn)一步地增加，則仍然會(huì)繼續(xù)提高價(jià)格。

在焦化企業(yè)中，一種主要的副產(chǎn)品就是焦?fàn)t煤氣，若利用焦?fàn)t煤氣對(duì)天然氣進(jìn)行制取，則可以對(duì)日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)要求進(jìn)行滿足，同時(shí)還可以充分合理的對(duì)工業(yè)廢氣進(jìn)行利用，從而降低對(duì)環(huán)境的污染，企業(yè)得到的經(jīng)濟(jì)效益也是巨大的。

一、發(fā)展焦?fàn)t煤氣制取天然氣的現(xiàn)狀

我國(guó)已逐漸完成了對(duì)焦化行業(yè)結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的調(diào)整，這樣就會(huì)置換出大量的焦?fàn)t煤氣，進(jìn)而對(duì)能夠利用的煤氣資源進(jìn)行了增加。對(duì)于焦?fàn)t煤氣而言，甲烷是其主要的成分，故而，一個(gè)主要的研究方向就是進(jìn)行甲烷化或者分離提取甲烷。在國(guó)內(nèi)，西南化工設(shè)計(jì)院利用變壓吸附法對(duì)甲烷進(jìn)行提濃，同時(shí)還對(duì)多功能、高效的催化劑進(jìn)行了開發(fā)。

從目前的現(xiàn)狀來(lái)看，實(shí)施了焦?fàn)t煤氣制取天然氣的項(xiàng)目的企業(yè)都取得了可觀的效果，例如山西樓東的俊安煤氣化有限公司，每年能夠?qū)Υ罅康慕範(fàn)t煤氣量進(jìn)行處理，進(jìn)而生產(chǎn)出大量的天然氣，其采用的就是分離、甲烷化以及焦?fàn)t煤氣凈化等處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的技術(shù)。

當(dāng)下，在國(guó)內(nèi)，焦?fàn)t煤氣制取天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出十分強(qiáng)勁的勢(shì)頭。例如在山西省，針對(duì)西南化工設(shè)計(jì)院，其不僅已經(jīng)和山西的一些能源化工企業(yè)進(jìn)行了技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同的簽訂，還對(duì)多家焦化企業(yè)實(shí)施項(xiàng)目的可行性進(jìn)行了分析研究。

二、焦?fàn)t煤氣制取天然氣的工藝過(guò)程

對(duì)于焦?fàn)t煤氣制取天然氣而言，是有兩種方法的，一是直接對(duì)原料氣中的甲烷進(jìn)行分離提取；二是使凈滌后的焦?fàn)t煤氣發(fā)生甲烷化反應(yīng)，接著對(duì)甲烷進(jìn)行分離。下面對(duì)第二種方法的工藝流程進(jìn)行闡述。

1.工藝流程圖

如圖1所示：

圖1 用焦?fàn)t煤氣甲烷化對(duì)天然氣進(jìn)行制取的工藝流程圖

2.凈化和精脫硫

焦化廠對(duì)焦?fàn)t煤氣初步的進(jìn)行處理后，微量的二硫化碳、COS、硫醇、噻吩、硫化氫、不飽和烯烴、Cl－、氨、萘、苯以及焦油等雜質(zhì)仍然是存在的，對(duì)于不飽和烯烴而言，其會(huì)在后續(xù)的反應(yīng)中對(duì)析碳進(jìn)行分解，從而對(duì)催化劑的活性產(chǎn)生影響。混合硫化物是由有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫組成的，其在甲烷化催化劑中也是一種毒物，故而，會(huì)使甲烷化催化劑出現(xiàn)永久性中毒的現(xiàn)象，進(jìn)而失去活性。若想要使初步凈滌后的焦?fàn)t煤氣發(fā)生甲烷化反應(yīng)，則必須實(shí)施精脫硫，這樣才可以和進(jìn)行甲烷化反應(yīng)所需要的凈化精度相符合。對(duì)于原料氣凈化而言，其目的就是對(duì)焦?fàn)t煤氣中的焦油、苯、氯、氨以及硫等雜質(zhì)進(jìn)行脫除，確保后系統(tǒng)設(shè)備可以正常穩(wěn)定地運(yùn)行。對(duì)精脫硫而言，其目的是為了和甲烷化催化劑對(duì)于氯和硫等毒物的要求相符合，通常采用的是對(duì)鎳鉬或鐵鉬進(jìn)行加氫，對(duì)焦?fàn)t氣內(nèi)的有機(jī)硫進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使它們變?yōu)闊o(wú)機(jī)硫，接著用氧化鋅進(jìn)行脫除，直到達(dá)到0.1ppm。

3.甲烷化

在整個(gè)工藝中，核心部分就是甲烷化，它可以利用甲烷化反應(yīng)對(duì)焦?fàn)t煤氣中的H 2、CO2以及CO進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使之變?yōu)榧淄椋诩淄榛螅梢允辜淄楹坑?%-10%的提高，同時(shí)CO2和CO都可以下降到低于10ppm。當(dāng)下，在我國(guó)的焦?fàn)t煤氣制取天然氣領(lǐng)域中，有兩種技術(shù)是應(yīng)用比較廣泛的，即丹麥的托普索技術(shù)和英國(guó)的戴維技術(shù)，下面將對(duì)推廣最為成功的托普索技術(shù)進(jìn)行闡述。

其工藝流程如下:對(duì)焦?fàn)t煤氣進(jìn)行凈化后，利用氣氣換熱器和第二氣氣換熱器進(jìn)行換熱，在預(yù)熱達(dá)到340℃后，和過(guò)熱蒸汽在噴射器內(nèi)進(jìn)行混合，接著進(jìn)入到第一甲烷化反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，在出口處，廢熱鍋爐使一部分氣體副產(chǎn)中壓飽和蒸汽，兩級(jí)蒸汽過(guò)熱器對(duì)另一部分進(jìn)行換熱，使溫度降到383℃，接著進(jìn)入到第二甲烷化反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)一步的發(fā)生反應(yīng)，在第二甲烷化反應(yīng)器的出口處，高溫氣體按順序經(jīng)過(guò)降溫，使溫度在100℃。若蒸汽冷凝液在第一冷凝液分離器中沒有發(fā)生反應(yīng)，則和第三甲烷化反應(yīng)器中出口的氣體進(jìn)行換熱，直到溫度達(dá)到255℃，最后在第三甲烷化反應(yīng)器中發(fā)生最終反應(yīng)，這時(shí)就把氣體中全部的CO2和CO轉(zhuǎn)化為甲烷，而第三甲烷化反應(yīng)器中出口的氣體按順序進(jìn)行降溫，直到溫度為40℃，工藝?yán)淠涸诘诙淠悍蛛x器中被分離出來(lái)后，把其送到甲烷分離裝置中，進(jìn)而把甲烷分離出來(lái)。

4.分離和干燥

對(duì)于分離而言，其目的是根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量要求對(duì)進(jìn)入膜分離或者變壓吸附裝置的甲烷化后的氣體實(shí)施分離，分別對(duì)富氫氣體和富甲烷的天然氣進(jìn)行獲取。當(dāng)下，在進(jìn)行分離時(shí)，主要的方法有膜分離法和變壓吸附分離法等。對(duì)于甲烷氣干燥而言，主要的方法有溶劑吸收法、固體吸收法以及冷分離法等。

三、分析焦?fàn)t煤氣制取天然氣的經(jīng)濟(jì)性

通常情況下，若天然氣的產(chǎn)量是1億Nm3/a，則一個(gè)焦?fàn)t煤氣制取天然氣廠需要大約2億元的投資，其每年可以對(duì)2億Nm3的焦?fàn)t煤氣進(jìn)行處理，生產(chǎn)出1億Nm3的天然氣，同時(shí)還副產(chǎn)出5.8萬(wàn)噸的蒸汽，根據(jù)1.61元/Nm3的出廠價(jià)格對(duì)天然氣進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)1.25元/Nm3的完全成本對(duì)天然氣進(jìn)行計(jì)算，全廠大約有1.75億元的銷售收入，大約有3800萬(wàn)元的利潤(rùn)，大約5年就可以對(duì)投資進(jìn)行收回，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。一個(gè)焦?fàn)t煤氣制取天然氣廠在建成1億Nm3/a產(chǎn)量的天然氣后，每年能夠使二氧化碳的排放減少17萬(wàn)噸，使二氧化硫的排放減少600噸，使粉塵的排放減少8萬(wàn)噸，環(huán)境效益也很顯著。

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