焦爐煤氣質量對化工產品影響分析及對策

付耀

（貴州盤江電投天能焦化有限公司 貴州六盤水 553531）

近些年，我國多數LNG 生產企業均面臨著煤氣質量難以達到高質量LNG 生產需求的問題，進而導致LNG 生產效率無法維持在穩定的狀態。在上述背景下，相關部門必須對出現的問題展開分析，把重點放在提升焦爐煤氣質量方面。此外，針對具體情況，制訂有效的解決方案，設法改善煤氣處理技術，爭取在保證煤氣質量的基礎上達到LNG 生產相關要求，進而提升LNG 的生產效率。只有如此，方可從根源上改善煤氣處理流程，提升焦爐煤氣質量，保證更好地滿足LNG生產的實際要求。

1 焦爐煤氣基本構成

焦爐煤氣作為煤炭經過高溫干餾煉焦環節的產物，每生產出1t焦炭，焦爐煤氣約為400～450m3［1］。焦爐煤氣又被稱作焦爐氣，因其具有較多的可燃成分，是一種高熱值煤氣。焦爐煤氣就是通過幾種煙煤配制為煉焦用煤，在煉焦爐內通過高溫干餾后，產生焦炭、焦油產品時出現的一種可燃性氣體，也是煉焦工業的一種副產品。有調查表明，國內焦化企業每年約產出200億m3焦爐煤氣，如果均給予轉化利用，能獲得85億m3天然氣，相當700萬t汽油［2］。焦爐煤氣構成如表1所示。

表1 焦爐煤氣組成

焦爐氣為混合物，其產率及組成因煉焦用煤質量及焦化過程不同有所差別。焦爐煤氣內除去水汽及各類雜質后獲得的混合物稱作干煤氣。必須注意，若焦爐煤氣未得到有效的凈化，其中包含大量的焦油及萘，容易堵塞管道、管件，為調火工作帶來一定的困難。干煤氣也是焦爐煤氣重要的組成之一，包含H2、CO2、O2、N2等成分，而合成化工產品也需要部分有效氣體，如合成甲醇所用成分為CO2、H2、CO、CH4［3］。干煤氣組成及產率與裝爐煤質量、焦爐類型、煉焦操作等多種因素有關。

2 焦爐煤氣質量對LNG生產帶來的影響

LNG是一種具有安全、污染小等優點的物質，是供居民使用的氣化清潔燃料。而選用LNG 作為發動機燃料，汽車發動機只要適度更換，不僅具有穩定的運行性能，且噪音、能耗比較小。有調查表明，與液化天然氣比較，處于相同時間表及運行時間標準下，中小、重型車輛所用LNG 成本降低20%，其燃燒系統成本最少下降2/3［4］。此外，LNG 可用于化石燃料工業生產、海水淡化設備等方面，展現出良好的應用價值。焦爐煤氣是LNG 生產的重要原材料，但生產后的煤氣內存在一些雜質，需要利用恰當的措施對雜質進行處理，從而為后續LNG 生產打下基礎。焦爐煤氣質量對LNG 生產效果產生重要的影響，生產LNG 過程中若出現煤氣質量比較差的問題，也會對LNG 整體生產質量帶來不良的影響。在煉焦過程中，若設備爐門存在問題，會使得一些爐門密封性不佳，進而對集氣管實際運行中的壓力產生不良影響。若未及時對上述問題給予恰當的處理，進而會影響到生產儀器的功能，嚴重狀況下還會導致碳化室發生漏氣，無法取得良好的煤氣處理效果。除此以外，碳化室密封性不佳也會導致一部分空氣進入反應裝置內，使得爐頂溫度隨之升高，進而影響煤氣整體的使用質量，也在一定程度上威脅著LNG生產環節。但因我國LNG 生產時煤氣質量存有一定問題，如果使用傳統的有機硫脫除方法，難以有效清除煤氣內的雜質，無法達到LNG 生產階段的相關標準及要求。焦爐煤氣制LNG 使用原料作為焦化企業生產的副產品，其取決于該企業主營產品生產設備是否正常運行。基于此，穩定氣源則是焦爐煤氣制LNG 項目運行的重要因素。除氣源之外，裝置是否長時間安全穩定運行也是一項主要的影響因素。

3 焦爐煤氣制LNG主要技術分析

焦爐氣主要作用于燃料、發電等領域，但單一的焦炭廠焦爐煤氣量有限，創建管理運輸經濟性不足，且燃燒熱值不高，進而影響焦爐煤氣的利用效果。如今，我國天然氣比較緊缺，焦爐煤氣經過甲烷化及液化分離操作制成LNG，有利于提升焦爐煤氣的利用價值。采用焦爐煤氣生產LNG，包含深度凈化、液化分離、甲烷化等。

（1）深度凈化技術。甲烷化、低溫液化分離對焦爐煤氣內的雜質有非常嚴格的要求，開展甲烷化操作前，要求先把焦爐煤氣凈化為總硫、氯含量分別為小于0.1×10-6、小于0.2×10-6，苯、砷含量依次為小于10×10-6、小于1×10-6［5-6］。實施液化處理前，使得焦爐煤氣進一步凈化標準如下：二氧化碳小于50×10-6，水小于0.1×10-6。焦爐煤氣脫萘、苯環節使用活性炭吸附，促使焦油、苯等成分吸附于活性炭內，再通過加熱方法及時解吸吸附的雜質，促進裝置處于連續運行狀態。焦爐煤氣脫硫處理采用加氫方法把硫醇、二硫化碳等物質轉化為硫化氫，利用氧化鋅、氧化鐵順利脫除硫化氫，滿足甲烷化相關要求。甲烷化處理后，焦爐煤氣內主要成分是甲烷、氮氣、飽和水、氫氣，當二氧化碳來源含量比較高或甲烷化不完全條件下，二氧化碳難以滿足液化要求，通過進一步脫除其中二氧化碳，再采用分子篩脫除水，滿足液化要求。

（2）液化分離技術。深冷液化是指把焦爐煤氣合為甲烷后氣體實施冷卻、液化處理，分離相應的氮氣及氫氣，生成滿足要求的液化天然氣。深冷液化方法使用混合制冷劑液化工藝把天然氣冷卻到約160oC，通過精餾塔對氮氣、氫氣進行分離，有利于減少氮氣、氫氣內甲烷含量。精餾塔塔頂冷源為氮氣或混合制冷劑循環［7］。

（3）甲烷化技術。甲烷化就是把焦爐煤氣內氫氣與一氧化碳及二氧化碳反應，生成相應的甲烷、水，并產生熱量。焦爐煤氣中一般氫氣過量，可通過二氧化碳及一氧化碳徹底反應，達到液化的實際需求，所產生熱量借助余熱鍋爐形成高溫水蒸氣。

4 提高焦爐煤氣質量的對策

4.1 做好煤氣質量調查工作

不同的企業存在多方面差異，如所用設備型號、生產工藝等，使得焦爐煤氣質量不佳，這也是導致LNG生產質量較差的主要原因。基于此，各企業先要依據實際情況對該企業焦爐煤氣生產各階段開展煤氣質量調查工作。例如，比較簡易的方法就是做好產出煤氣化驗工作，檢測煤氣所含成分及其各占比率。隨之，對部分超標的無益雜氣，可依據各自處理方案制定恰當的處理方法，有利于提升工作效果及煤氣質量。此外，還必須對每次調查結果予以匯總及分析，進而制定恰當的改進方法以備用。

4.2 增設電捕焦油器裝置

電捕焦油器在煤氣化生產階段發揮著重要的作用，對煤氣質量產生較大的影響。對煤氣進行處理時，還必須適當增加電捕焦油器數量，有利于提升煤氣處理能力及提高質量，確保煤氣質量滿足后續生產LNG的實際需要。除此以外，增加電捕焦油器后，生產廠家無需擔心生產環節發生機器損傷等問題，可以隨時啟動備用設備開展工作，確保LNG 生產順利實施，在一定程度上減小故障對生產進度帶來的影響。加之，電捕焦油器裝置構造口具有較大的優勢，也就不會出現較多的維修煩惱。采用增設電捕焦油器模式，有利于提高煤氣焦油處理能力。由于這種設備進出口均具有水封處理功能，開展日常維修階段，無需對盲板進行加蓋處理，確保維修工作更為方便［8］。

4.3 重視設備清掃與維護

焦爐煤氣包含硫化物等物質，它們容易沉積在管道，會處于濕環境下腐蝕管道形成銹渣，使得管道發生堵塞，嚴重情況下，必須停產開展檢修工作。基于此，如何確保焦爐煤氣管道暢通、安全運行顯得尤為重要。但在實際生產中，煤氣雜質無法100%脫除，長時間運行后，煤氣管道會慢慢沉積焦油、萘等雜質，如果不及時進行檢查和清掃，會導致雜質越來越多，進而影響正常生產工作。基于此，應建立煤氣管道及相關設備，定期清掃維護制度，例如，年修時期做好管道檢查工作，如果發現沉積，通過蒸汽吹掃、機械清掃等方式清除雜質。對煤氣管道及附屬設施做好防腐處理，若發現防腐層脫落，要及時給予修復，防止管道遭受腐蝕，進而堵塞煤氣管道。加強對脫萘過濾網的清掃工作，特別是在日溫差較大的時期，適當增加過濾網清掃頻率，能有效預防管道堵塞。在此基礎上，做好煤氣管道沿線排水渠清理與維護工作，確保其能夠滿足正常工作需要。

4.4 優化液化分離工藝

焦爐煤氣的成分與焦炭廠所用煤質存在關聯，而同一個焦炭廠煤的來源有所不同導致焦爐煤氣成分出現一定的變化。焦爐煤氣組成改變對甲烷化單元產生的影響為反應溫度改變，一般使用噴入蒸汽或者調整循環氣量的方法，總體上可以控制。焦爐煤氣構成改變對液化分離產生的影響較大，焦爐煤氣內如果二氧化碳含量過高，甲烷化處理后，二氧化碳含量超出液化要求，會導致低溫換熱器發生凍堵的問題，影響正常生產流程。氮氣、氫氣這兩種成分含量較大，對精餾塔產生的負荷變化比較大，尤其是塔頂冷源難以達到要求，導致生產的LNG 成分不達標，且塔頂會排出含量較高的甲烷［9］。這也充分說明，焦爐煤氣組分變化較大，使用常規的天然氣液化分離方案不合理。對于這種情況，可使用優化的焦爐煤氣液化分離攻擊，即：使用汽提塔分離與PSA 分離甲烷相互結合的方法，即使焦爐煤氣組分變化比較劇烈，也能確保LNG 合格，解決使用精餾塔分離工藝存在的問題。

4.5 有效控制廢氣排放

焦爐煤氣甲烷化操作中會出現大量的熱，這些熱有些用在預處理環節的再生氣加熱，若附近并無蒸汽用戶，會導致剩余熱量嚴重浪費，進而增加全廠能耗量。焦爐煤氣制LNG 過程中，有組織地排放廢氣主要是燃燒所產生的G1。LNG生產企業可使用火炬系統，包含冷火炬、氨火炬等，用于正常或非正常工況下的蒸氨尾排放及各類廢氣焚燒［10］。冷火炬旨在收集源自液化工段冷劑系統不同安全閥氣體；氨火炬管網對合成氨裝置所排放的氨氣進行收集；火炬管網主要功能在于收集LNG 生產凈化環節各裝置及一些液化裝置等。正常工況條件下，火炬系統中只有長明燈不間斷燃燒焦爐煤氣，焦爐煤氣來源于甲烷工段天然氣產品總管。火炬包含多個單獨的火炬構成，正常條件下，其排除燃燒廢氣排放高度達到79m，其他排放參數如表2所示。

表2 正常狀況下火炬排放G 1 大氣污染物達標狀況

5 結語

總之，通過煤氣生產LNG 這種方案，不僅可以充分發揮其煤氣的利用價值，還能減少空氣污染，提高LNG 的生產效率。但通過焦爐煤氣生產LNG 的過程中，煤氣質量高低對LNG 生產效率產生重要的影響。基于此，要注意依據實際情況采取恰當的措施，重視改善焦爐煤氣質量，確保所生產LNG的質量及效率。