焦爐煤氣制甲醇與制天然氣的對比研究

張厚鋼，張彥強

(山西焦煤集團五麟煤焦開發(fā)有限責任公司，山西汾陽032200)

0 引言

我國焦炭產能已經可以達到年產4億t，焦炭消耗總量大約為3．8億t。目前我國鋼鐵產業(yè)逐漸進入疲軟狀態(tài)，很多鋼鐵企業(yè)出現了大面積的虧損。焦炭企業(yè)焦爐煤氣綜合利用效果良好能夠轉化為化工產品，對于焦爐煤氣深加工是非常重要的出路。如果每噸焦炭可以產生320 m2的焦爐煤氣，剩余的大部分煤氣就可以轉化為化工產品，從而提高企業(yè)的利潤率。因此對焦爐煤氣制甲醇與天然氣的對比分析是非常重要的。

1 我國焦爐煤氣的概況

焦爐煤氣就是指焦炭經過焦爐高溫干餾后與焦炭和焦油合成而產生的一種可以燃燒的氣體，在一定程度上說，焦爐煤氣是焦炭提煉的副產品。通常情況下所說的焦爐煤氣就是指經過車間脫焦、脫硫、脫氨、脫苯之后的焦爐煤氣，焦爐煤氣的主要成分是甲烷和氫氣。2012年我國的焦炭產量4億多t，其中約1億t來自于鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，其他的都來自于獨立的焦化產業(yè)。這些獨立的焦化產業(yè)主要分布在山西、河南、山東和云南地區(qū)，其中山西是我國最大的焦炭聚集地，每年可以為我國提供高達1700億方焦爐煤氣。

每噸焦炭大約會產生320 m2的焦爐煤氣，這些焦爐煤氣中約有一半可以用于焦爐回爐，其余的焦爐煤氣必須經過凈化處理。還有很多企業(yè)所產生的焦爐煤氣不能被直接燃燒排放，給我國的能源造成了大量的浪費，并且在一定范圍內造成了環(huán)境污染。

2 我國焦爐煤氣的綜合利用分析

2．1 可以用作工業(yè)或其他企業(yè)的燃料

在工業(yè)和民用燃料方面，工業(yè)生產中金屬鎂的制造中可以使用焦爐煤氣，同時也可以加入城市供氣管中作為居民日常的燃料用氣。發(fā)電方面，焦爐煤氣可以代替很多材料作為燃料進行發(fā)電。化工原料方面，焦爐煤氣經過化學處理可以生成尿素和甲醇等，作為化工原料;同時也可以合成生產很多清潔燃料在煉鐵和鍛造鐵的車間作為還原劑。焦爐煤氣的主要成分為氫氣和甲烷，可以用作原材料來制造氫氣，當前制造氫氣主要采用的方法是變壓吸附法;最后，可以合成天然氣。這項技術是一項新技術，應用該種技術可以將合成的天然氣輸送到居民的煤氣管道中，也可以加工成為壓縮天然氣，從而解決城市居民的用氣問題。

2．2 焦爐煤氣制造甲醇

甲醇在工業(yè)生產中具有非常廣泛的用途，它是最基本的有機原料和燃料。焦爐煤氣生產甲醇的過程中最為重要的步驟就是將焦爐煤氣中甲烷首先轉化為氫氣和一氧化碳。當前國內在這方面已經探索出了一條成熟的路徑，可以將純氧部分的氧氣制造出甲醇。另外，我國還成功探索出了催化和非催化工藝。

焦爐煤氣制甲醇的工藝流程，主要包括壓縮、、精脫硫、轉化、甲醇合成、甲醇精餾等。其中甲烷轉化技術可以將非催化部分轉化為氧化部分。我國目前所采用的純氧催化部分的工藝比較簡單，但是卻具有反應速率快、轉化率高、投資小的特點。我國現在具有此類生產線的企業(yè)已經多達40多家，年生產能力在600萬t以上。

具體的工藝流程為:焦爐煤氣經過焦化廠運送至氣柜，利用壓縮機提壓至脫硫劑中，然后在托氧化脫硫劑的作用下，使焦爐煤氣中的有機硫和無機硫下降到一定的壓力之下。經過催化部分氧化轉化為焦爐煤氣中的甲烷氣體，然后運送到一定壓力下的醇合成塔內有銅觸媒的條件下，經加氫反應制得粗甲醇。轉化反應需要氧氣有配套的空分裝置提供，主要包括脫鹽水、循環(huán)水和儀表空氣系統(tǒng)。

2．3 焦爐煤氣生產天然氣的工藝分析

眾所周知，天然氣是最為清潔的能源，自從全球的環(huán)保意識提高以來，天然氣在能源中的應用比例不斷上升，已經成為全球能源增長最迅速的行業(yè)之一。近年來天然氣的生產和交易日益活躍，天然氣已經成為一大稀缺能源，正在朝著世界油氣工藝新高度的方向發(fā)展。利用剩余的焦爐煤氣生產清潔能源天然氣，具有十分可觀的經濟效益和社會效益。焦爐煤氣制造天然氣的工藝流程主要有煤氣凈化、甲烷化、分離、加壓和液化等部分。

具體工藝流程為:焦爐煤氣首先在脫硫劑的選擇性吸附作用下，會有很多無機硫被脫除。其次在預處理吸附劑的作用下會將苯和其他物質脫除。然后在中溫度的水中產生催化作用，預處理后的焦爐煤氣中的有機硫會在水解的作用下轉化為無機硫。水解后的焦爐煤氣需要采用干燥工藝將焦爐煤氣中水分干燥。干燥后的焦爐煤氣中的水雜質就會吸附在凈化劑中。焦爐煤氣中的氫氣就會有選擇性地滲透到纖維中，然后就會產生富甲烷氣體，富甲烷氣經過液化和精餾作用就會液化出天然氣。

3 焦爐煤氣制甲醇與制天然氣的對比分析

3．1 工藝分析

焦爐制造甲醇的的工藝流程比焦爐制造天然氣的工藝流程更為復雜。需要經過的步驟比較多、數據的精確度要求比較高。

3．2 能耗分析

甲醇的能耗和焦化企業(yè)的焦炭產能有密切關系，如果焦炭的產能較小，用焦爐煤氣生產甲醇的能耗就會相應增加。焦爐煤氣在制造天然氣的過程中，很大一部分的氫氣都會在液化之前被脫除，因而不能參與到甲烷化的過程中，并且在低溫分離的過程中氫氣會被吸附在雜物上，這些工藝流程都會大大降低焦爐煤氣制造天然氣的能耗。

3．3 裝置規(guī)模分析

從經濟的角度出發(fā)，焦爐煤氣制甲醇的經濟規(guī)模一般必須大于每年10萬t，目前我國設計的指標一般為年產量在2000～2200 t每立方米之間。也就是說年產10萬t甲醇至少需要100萬t焦炭的規(guī)模。

焦爐煤氣制造天然氣的規(guī)模適用比較大，需要配套的焦炭規(guī)模為每年10萬t到數百萬噸的年產量。

3．4 產能規(guī)模

我國在2012年的甲醇裝置總產能為5200萬t，國內已經建成的和正在建設的焦爐煤氣制造甲醇的產能已經達到年產量1000萬t，但是甲醇的配套裝置平均利用率還不到50%。

我國天然氣的市場需求比較旺盛，天然氣接收站和天然氣液化項目呈現出逐年遞增的現象，目前我國天然氣的液化產能已經達到日產量1470萬t。預計到2020年我國的天然氣工廠的總產能將達到年產量750萬t。焦爐煤氣制造天然氣將突破新的歷史記錄。

3．5 技術成熟度分析

焦爐煤氣制造甲醇的技術在我國已經有幾十年的歷史，技術運用相對比較成熟。焦爐煤氣制造天然氣的工藝是由西南化工研究院研發(fā)的。甲烷化工工藝具有產業(yè)化的優(yōu)越條件，并且我國已經引用了國外先進的甲烷化工工藝。長期以來困擾我國的焦化企業(yè)的技術難題將在短時間內得到解決，并且已經在2012年建立多家大型焦爐煤氣制造天然氣的項目，正在朝著成熟化的方向發(fā)展。

3．6 未來發(fā)展趨勢分析

進入新世紀，焦爐煤氣制造甲醇會因市場化的路徑發(fā)展速度，呈現出成本較低的優(yōu)勢，因而已經成為我國焦爐煤氣綜合利用的主要方式。并且該種工藝屬于國家鼓勵的循環(huán)經濟和節(jié)能減排項目，所以在我國國內生產過剩和開工不足的情況下，仍然呈現出蒸蒸日上的趨勢。但是，長期來看我國焦爐煤氣如果下游市場得不到開發(fā)將制約其發(fā)展。液化天然氣已經成為未來發(fā)展的必然趨勢。焦爐煤氣制造天然氣除了要依靠市場調節(jié)外還需要加入政策引導，避免出現價格混戰(zhàn)和行業(yè)虧損的現象。

4 結語

通過以上分析可以發(fā)現，提高焦炭產業(yè)的利用率和經濟效益是焦炭產業(yè)發(fā)展的必經之路。因此利用焦爐煤氣制造天然氣具有工藝簡單、投資較小、能耗低和投資回報率高的優(yōu)點，符合國家對清潔能源發(fā)展的要求，是未來小型冶煉焦炭企業(yè)發(fā)展的重點。

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