焦爐煤氣制LNG精脫硫工藝

孟凡凱，馬學成(山東鐵雄新沙能源有限公司，山東 菏澤 274900)

0 引言

隨著環境污染問題的加劇，人們對液化天然氣(LNG)這種清潔、高效能源的依賴程度不斷提升。焦爐煤氣是焦炭生產中所伴生的副產品，可以應用焦爐煤氣制LNG，但是在此過程中需要借助精脫硫工藝，將焦爐煤氣中的含硫雜質清除，這樣才能保障LNG的清潔性，降低LNG燃燒過程中污染物的排放量，減少對環境的污染。我國作為焦炭生產大國，所產生的焦爐煤氣量較大，借助焦爐煤氣精脫硫工藝，可以提升焦爐煤氣的利用率，同時還可以為我國的環境建設提供有力的支持。因此針對精脫硫工藝的研究具有十分重要的意義。

1 我國是焦炭生產大國，焦爐煤氣產量大

所謂焦爐煤氣，通常情況下也被稱為焦爐氣，其屬于高熱值煤氣，含有較多的可燃成分，是在煉焦爐煉焦過程中伴生的可燃性氣體。焦化的程度等因素會影響到焦爐煤氣的產率，而煉焦過程中應用的煤質量會影響到焦爐煤氣的成本。通常情況下，焦爐煤氣中的可燃成分較多，如甲烷、氫等，因此焦爐煤氣有著較高的利用價值。焦爐煤氣屬于有毒氣體，同時還具有易爆的特點，因此有著一定的危險性。甲烷和氫氣是焦爐煤氣的主要組成部分，其中甲烷占比在27%左右，而氫氣占比則在56%左右。

我國是世界上的焦炭生產大國，因此所產生的焦爐煤氣量也十分巨大，對焦爐煤氣的利用不僅關乎煉焦產業的可持續發展，而且還會影響節能減排以及環境保護等，這使得焦爐煤氣制LNG越來越受人們的關注。焦爐煤氣制LNG是利用焦爐煤氣的重要手段，除此之外，還可以應用焦爐煤氣進行發電、生產化肥、合成甲醇以及制氫等，這些都有助于提升焦爐煤氣的利用率。以焦爐煤氣制LNG為例，焦爐煤氣制LNG需要對其進行凈化處理，而脫硫便是重要的凈化環節，借助精脫硫工藝，能夠將焦爐煤氣中的含硫物質去除，保障其更加清潔環保，同時也能提升可燃成本占比，使其燃燒效果更佳。因此精脫硫工藝的應用有助于提升焦爐煤氣的利用價值[1]。

2 焦爐煤氣制LNG有利于緩解供需矛盾

LNG是指液化天然氣，其主要成分為甲烷，屬于清潔能源。我國的液化天然氣需求量較大，并且液化天然氣供給與需求之間的矛盾比較突出，每年都需要大量進口才能滿足國內對液化天然氣的需求。2021年，我國進口的液化天然氣達8140萬噸，已經成為了世界上最大的液化天然氣進口國，這充分表明了我國液化天然氣的缺口巨大，同時也使得焦爐煤氣制LNG的重要性更加凸顯。液化天然氣有著廣泛的應用，如可以用其進行發電，也可以作為家用燃料，同時還可以將其用于制作石化產品等。另外，隨著汽車產業的發展，車用LNG燃料也在逐漸普及推廣。由于LNG屬于清潔能源，將其作為車用燃料來替代傳統的燃油，對于改善環境具有十分重要的意義。相較于普通天然氣，液化天然氣的體積更小，與相同質量的天然氣相比，液化天然氣的體積僅為1/625，體積縮小便意味著其運輸和儲存更加便利，成本更低，同時安全性更高。將焦爐煤氣作為原料，用來制作LNG，可以節約焦炭生產中焦爐煤氣富余問題，同時獲得LNG這種清潔能源，同時還會同時獲得氫氣等，可以有效提升焦爐煤氣的利用率。LNG作為清潔能源，其產量的增加對于緩解能源供給與需求之間的矛盾具有十分重要的意義。

LNG作為一種清潔能源，深受人們的青睞，這使其在能源總量中所占比重不斷增加，同時也使得LNG的生產和貿易更加活躍。近年來，LNG在世界范圍的需求量均在不斷提升，2021年我國的LNG進口量首次超過日本，成為了世界上最大的LNG進口國。為緩解我國LNG供給與需求之間的矛盾，應注重提升LNG的生產水平與產量，而焦爐煤氣作為LNG生產的材料，也越來越受到人們的關注，同時也使得焦爐煤氣制LNG精脫硫工藝的重要性更加凸顯[2]。

3 焦爐煤氣制LNG精脫硫工藝

焦爐煤氣制LNG精脫硫工藝屬于先進的脫硫工藝形式，與傳統的工藝形式相比，其優勢和作用更加顯著。要想更好實現焦爐煤氣制LNG精脫硫工藝的有效應用，充分發揮出焦爐煤氣制LNG精脫硫工藝的作用，需要明確焦爐煤氣制LNG精脫硫工藝原理，同時還要掌握焦爐煤氣制LNG精脫硫工藝流程，這樣才能更好的發揮出焦爐煤氣制LNG精脫硫工藝的作用。經過長期的技術研發及實際應用，目前我國焦爐煤氣制LNG精脫硫工藝方面的技術水平相對較高，技術也相對更加成熟，并且工藝應用經驗十分豐富。

3.1 焦爐煤氣制LNG精脫硫工藝原理

精脫硫工藝是焦爐煤氣制LNG的關鍵性技術，由于焦爐煤氣中含有大量的硫化物，因此需要借助相應的脫硫工藝將其去除，這樣才能保障生產出清潔能源，降低LNG應用過程中對環境造成的污染，同時也能提升LNG的應用效果。對于焦爐煤氣含有的硫化物而言，按照類型進行劃分可以分為有機硫與無機硫兩種，在焦爐煤氣制LNG過程中，可以借助過氧化鋅脫硫劑進行脫硫處理，過氧化鋅脫硫劑可以直接吸收焦爐煤氣中的無機硫，效果十分顯著。而針對焦爐煤氣中的有機硫的處理則相對更加復雜，需要先用鐵鉬加氫催化劑將焦爐煤氣中的有機硫轉化成為無機硫，然后再應用過氧化鋅脫硫劑將其吸收，進而實現脫硫處理[3]。催化劑的反應對溫度要求較高，因為焦爐煤氣中還存在著少量的氧氣，能夠幫助溫床溫度上升，再加之在脫硫過程中相關反應也會放出相應的熱能，這部分熱量就能夠滿足催化劑對催化反應的溫度要求。因為焦爐煤氣中含有少量的氧，可以使溫床溫度升高 而且在脫硫的整個過程中會釋放出大量的熱量，也會導致床層溫度升高，這些反應釋放的熱量再經過原料的自身換熱來達到催化劑催化反應所需要的溫度。

3.2 焦爐煤氣制LNG精脫硫工藝流程

借助調溫器和換熱器，將焦爐煤氣進行加工處理，使焦爐煤氣溫度符合加氫轉換器的要求，再此基礎上，借助鐵鉬催化劑對焦爐煤氣進行催化，以促進焦爐煤氣中產生一定的化學反應，從而改變了焦爐煤氣中的有關產物的化學性質，重點是使焦爐煤氣中的有機硫轉變為無機硫，為后期的脫硫處理奠定基礎。

首先從一級氫轉化裝置中產生反應后的氣體通過另一調溫器中進行換熱的處理工藝，之后再在脫磺酸基槽中進行了脫硫處理。接著再利用二級加氫轉換器對其進行加氫轉換，然后再利用過氧化鋅脫磺酸基槽中的過氧化鋅脫硫劑吸附焦爐煤氣中的無機硫。經過一系列脫硫處理，確保處理后的氣體中硫含量符合相關標準要求。

焦爐煤氣在經過一級預加氫轉化器處理之后，硫化氫的質量濃度會有所提升，并且提升幅度較大，同時有機硫的質量濃度會大幅度降低，這是因為在一級預加氫轉化器中的鐵鉬催化劑的作用，將大量的有機硫轉化成為了無機硫，其化學反應原理為COS+H2→CO+H2S；C4H4S+4H2→C4H10+H2S；CS2+4H2→2H2S+CH4。而在經過中溫脫硫槽的處理之后，氣體的含硫總量會明顯降低，這是因為在過氧化鋅脫硫劑的作用，能夠將氣體中的無機硫吸收，進而降低氣體中的總硫含量。其原理為ZnO+H2S→ZnS+H2O，借助過氧化鋅脫硫劑，吸收焦爐煤氣中的無機硫，進而可以有效降低焦爐煤氣中的硫化物含量，更好地保障脫硫效果。

與傳統流程相比，該流程有著多方面的優勢，傳統流程中加熱主要借助加熱爐，通過加熱爐加熱的方式來滿足反應所需的溫度。這種方式在溫度控制過程中的難度較大，同時加熱爐還會占用一定的空間[4]。另外，由于進入下一工序的溫度過高，因此會導致成本也隨之提升。這是傳統流程中存在的主要弊端和不足，而與傳統流程相比，現代換熱流程則可以更好解決以上問題。

新流程中涉及到的相關裝置更加完善，同時無需借助加熱爐進行加熱，可以直接利用常溫的原料與氫氣反應過程中產生的熱量進行加熱，這部分熱量便可以滿足預加氫轉化劑反應的溫度需求，進而達到脫硫的效果。在新流程中，溫度的控制更加便捷，同時效果也更好，并且還可以避免增成本投入。另外，新流程的操作簡單，凈化效果更佳，流程更短，能耗也會隨之大幅度降低。既能節約成本，也能增加產量，同時也達到了節約能源的效果。無需借助加熱爐加熱，不僅能夠節省加熱爐成本，而且節省了加熱爐燃料方面的成本，進而提升整個工藝流程的效益。由此可見，新焦爐煤氣制LNG精脫硫工藝流程的優勢十分顯著，值得推廣應用[5]。

3.3 精脫硫系統運行的影響因素

精脫硫系統運行的影響因素較多，會導致脫硫系統運行缺乏平穩性，最終影響脫硫效果。具體而言，其影響因素主要包括以下幾種：首先，焦爐煤氣中的氧含量會在一定程度上給精脫硫系統造成影響。在精脫硫系統運行過程中，應將焦爐煤氣中的氧體積分數控制在0.5%范圍之內，但是受生產工況調節等方面因素的影響，容易使焦爐煤氣中的氧含量超標。在精脫硫過程中，氧會與氫發生熱反應，進而釋放大量的熱，導致觸媒床層溫度上升。具體而言，焦爐煤氣中氧體積分數如果升高0.1%，那么觸媒床層的溫度便會上升15 ℃左右。如果這種情況得不到有效地控制，會導致觸媒床層溫度持續升高，在這種情況下，鐵鉬觸媒會發生結塊變化，甚至會失活，這必然會給脫硫效果帶來不利影響，因此在焦爐煤氣脫硫過程中要注重控制好焦爐煤氣中的氧含量。其次，焦爐煤氣中的硫化氫含量也會對精脫硫系統的運行產生一定的影響。正常情況下，在焦爐煤氣脫硫過程中需要將焦爐煤氣中的硫化氫含量控制在30 mg/m3以內，如果硫化氫含量超標，則會導致氫轉化器負擔加重，同時還會導致加氫催化劑的使用壽命縮短，這不僅會影響到精脫硫的效果，而且還會增加精脫硫的成本[6]。最后，焦爐煤氣中的焦油含量也會影響到精脫硫系統的運行。正常情況下，在焦爐煤氣精脫硫過程中，焦爐煤氣中的焦油含量應不高于5 mg/m3，如果焦油含量超標，則會導致系統運行阻力變大，同時也會給催化劑活性轉化效率帶來不利影響。因此，在焦爐煤氣精脫硫過程中，應注重規避以上影響因素，保障焦爐煤氣精脫硫系統的穩定運行和脫硫效果。

4 結語

焦爐煤氣制LNG過程中，需要借助精脫硫工藝對其進行脫硫處理，去除焦爐煤氣中的硫化物或者降低焦爐煤氣中的硫含量，使其符合使用標準要求。因此要合理應用精脫硫工藝，為制LNG提供有力保障。