焦爐煤氣制LNG與制甲醇的成本與效益對比分析

【摘 要】論文旨在通過對比焦爐煤氣制液化天然氣（LNG）與制甲醇這兩種工藝的成本與效益，探討其在經濟效益與環境效益方面的差異和優勢。焦爐煤氣作為焦化工藝過程中的副產品，其高效利用對于實現資源循環和減少環境污染具有重要意義。論文基于現有文獻數據和行業設計實踐，對焦爐煤氣制LNG與制甲醇的工藝流程、成本構成及效益進行詳細分析，以期為相關企業提供決策參考。

【關鍵詞】焦爐煤氣；LNG；甲醇；成本；效益；對比分析

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

1 引言

焦爐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，具有較高的利用價值。目前，焦爐煤氣的主要利用途徑包括直接燃燒供熱、發電以及化工原料轉化等。其中，焦爐煤氣制LNG和制甲醇因其高效、清潔的特點而受到廣泛關注，且工藝技術已相當成熟。本文從成本與效益兩個維度，對焦爐煤氣制LNG與制甲醇進行對比分析[1]。

2 工藝流程概述

2.1 焦爐煤氣制LNG

焦爐煤氣制LNG工藝是一個復雜而精細的過程，主要包括壓縮、預凈化、精脫硫、甲烷化反應和液化等關鍵步驟。其中，在預凈化階段，主要任務是去除煤氣中的雜質，如焦油、苯、萘等，以確保后續工藝的順利進行。接著是精脫硫階段，通過濕法或干法脫硫工藝，進一步凈化氣體，去除硫化物和二氧化碳，為甲烷化反應創造良好條件。甲烷化反應是核心步驟，將一氧化碳和二氧化碳與氫氣在催化劑作用下反應生成甲烷。最后是液化階段，通過制冷流程將甲烷氣體轉化為液化天然氣（LNG），實現資源的有效利用和環境的保護。

2.2 焦爐煤氣制甲醇

焦爐煤氣制甲醇工藝是一個高效利用資源的復雜過程。首先，預凈化階段是關鍵一步，通過物理或化學方法去除煤氣中的硫化物、氮化物、灰塵等雜質，確保后續工藝不受污染影響；其次，進入合成氣制備階段，利用變換反應、部分氧化或蒸汽重整等技術，將焦爐煤氣中的烴類轉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生化學反應，生成甲醇和水；最后，精餾工藝通過加熱、蒸發、冷凝和分離等步驟，將甲醇從反應混合物中提純出來，得到高純度的甲醇產品[2]。

3 焦爐煤氣制LNG與制甲醇的成本對比分析

3.1 原料成本

焦爐煤氣作為焦爐生產過程中產生的副產品，同時作為制LNG與制甲醇兩種工藝的主要原料，其成本構成及波動情況對最終產品的生產成本具有直接影響。

首先，焦爐煤氣的成本相對較低。這是因為焦爐煤氣作為焦化工業的副產品，其生產過程中已經分攤了部分固定成本和變動成本，焦爐煤氣的生產成本僅占焦化工業總成本的10%～15%。當焦爐煤氣被用作其他化工產品的原料時，其成本通常只包括收集、凈化、輸送等后續處理費用，而不包括焦化生產過程中的全部成本。這些后續處理費用占焦爐煤氣總成本的30%～40%。因此，相對于其他原料而言，焦爐煤氣的成本具有一定的優勢。

其次，焦爐煤氣的具體價格受市場供需關系的影響。根據近年來的市場數據，焦爐煤氣的價格波動范圍在每立方米0.2～0.5元。市場需求增加時，如冬季取暖季節或工業生產高峰期，焦爐煤氣的價格可能上漲至每立方米0.4～0.5元；反之，在市場需求減少的淡季，價格可能下降至每立方米0.2～0.3元。因此，企業在利用焦爐煤氣作為原料時，需要密切關注市場動態，以便及時調整生產策略，應對原料價格的波動。

最后，原料供應的穩定性和連續性是影響焦爐煤氣成本的重要因素。如果焦爐煤氣的供應不穩定，可能導致生產過程的中斷或延誤，從而增加生產成本。因此，企業在選擇利用焦爐煤氣作為原料時，需要確保原料供應的穩定性和連續性，以降低生產成本風險。

3.2 生產過程成本

3.2.1 焦爐煤氣制LNG的成本分析

①預處理與凈化成本。在焦爐煤氣制LNG的過程中，預處理與凈化步驟占據了較大的成本比重。這些步驟主要包括脫焦油、預凈化和精脫硫3個關鍵環節。脫焦油作為首要任務，旨在去除煤氣中的重質烴類及雜質，為后續處理奠定基礎，但其復雜的物理和化學過程往往伴隨著較高的能耗和設備磨損。預凈化則進一步細化處理，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，以保證后續工序的穩定運行。然而，最為關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，以免在后續的甲烷化反應中生成硫化氫等有害物質，影響LNG的品質和安全性。因此，精脫硫不僅需要采用高效、專用的化學試劑，如脫硫劑，還需配備精密的工藝設備和嚴格的監控系統，以確保脫硫效果達到要求。這些措施無疑大幅增加了整個預處理與凈化階段的成本，是焦爐煤氣制LNG過程中不可忽視的經濟考量。

②甲烷化反應成本。甲烷化反應作為焦爐煤氣制LNG的核心環節，其成本構成復雜且關鍵。該反應不僅是一個強放熱過程，需要有效管理大量產生的熱量，還依賴于高性能的催化劑來確保反應的高效進行。為了維持反應溫度的穩定并防止過熱導致的催化劑失活或設備損壞，通常采用副產中壓蒸汽的方式來移除反應熱。這一措施雖然增加了初始的設備投資和運行成本，但副產的中壓蒸汽可以作為其他工藝流程的熱源，實現能源的梯級利用和回收，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成本的另一大因素[3]。從工業實踐來看，進口催化劑因其優異的活性和穩定性，往往能提供更高效的反應效果，但這也直接導致了反應成本的上升。

③液化成本。液化過程是將甲烷氣體轉化為液態天然氣（LNG）的核心技術環節，其成本雖高但至關重要。該過程依賴于先進的液化設備和高效的制冷劑，這些設備和技術的引進與應用，無疑增加了生產過程中的直接成本。然而，液化后的LNG不僅體積大幅縮小，便于遠距離運輸和大規模儲存，而且其高熱值特性使得單位體積的能量密度遠高于氣態甲烷，從而顯著提升了能源利用效率和經濟效益。此外，隨著全球對清潔能源需求的不斷增長，LNG作為優質、環保的能源載體，其市場需求日益旺盛。因此，盡管液化成本較高，但綜合考慮LNG的儲運便利性、高能量密度以及廣闊的市場前景，液化過程依然是焦爐煤氣制LNG工藝中不可或缺且經濟可行的關鍵步驟。

3.2.2 焦爐煤氣制甲醇的成本分析

①合成氣制備成本。焦爐煤氣制甲醇的合成氣制備階段是一個關鍵步驟，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較低，主要得益于所需的化學試劑和工藝設備的相對簡單性。具體來說，通過采用適當的化學試劑如氫氧化鈉溶液進行脫硫處理，以及采用物理吸收或化學吸收法進行脫碳處理，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。在實際操作中，通過精確控制合成氣的成分和比例，如調整氫氣與一氧化碳的摩爾比為2∶1，可以優化甲醇的合成反應，使甲醇的產率提高約10%，純度達到99.5%以上。這不僅有助于提升甲醇的市場競爭力，還能滿足不同行業如化工、醫藥等對甲醇質量的嚴格要求。同時，合成氣制備階段的成本也相對可控。由于所需的化學試劑和工藝設備相對簡單，因此，該階段的投資成本較低，大約占總生產成本的20%。此外，通過優化工藝參數和操作條件，如提高反應溫度至250～300 ℃、增大反應壓力至5～10 MPa，可以進一步降低能耗、物料消耗，從而降低生產成本。

②甲醇合成與精餾成本。甲醇合成反應是焦爐煤氣制甲醇工藝中的核心步驟。這一反應過程需要催化劑來促進反應的進行，常用的催化劑如銅基催化劑，能夠顯著提高反應速率，并確保反應能夠在相對溫和的條件下進行，通常反應溫度控制在200～300 ℃，壓力在5～10 MPa。同時，該反應需要一定的能源輸入，如蒸汽或電力，以提供反應所需的溫度和壓力條件，能源消耗約占整個合成階段成本的30%。盡管催化劑的使用和能源的消耗會增加生產成本，但甲醇合成反應的效率和產量通常較高，轉化率可達95%以上。這意味著在大量生產的情況下，單位甲醇的生產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濟上具有可行性。精餾過程是為了進一步提純甲醇產品，去除其中的雜質和副產物，如水分、二甲醚等，以確保最終產品的質量和純度。通過精餾過程，可以得到純度高達99.9%以上的甲醇產品，滿足不同行業如化工、醫藥、燃料等對甲醇質量的嚴格要求，從而提升產品的市場競爭力。精餾后的甲醇產品售價通常比未精餾的產品高出10%～15%，進一步證明了精餾過程的經濟價值。

③綜合成本。在全面考慮原料成本、生產過程成本以及折舊、人工等其他費用后，可以發現焦爐煤氣制LNG的成本通常要高于制甲醇。這一結論的得出，主要歸因于制LNG工藝流程中甲烷化、液化過程的高能耗和復雜工藝。焦爐煤氣作為原料的成本相對較低，每噸在500～800元，但在制LNG的過程中，需要經過預處理、凈化、精脫硫、甲烷化反應及液化等多個步驟。其中，液化過程是一個高能耗的環節，需要消耗大量的能源來將甲烷氣體轉化為液態，能源消耗約占整個生產過程的40%，這使得生產成本顯著增加。相比之下，焦爐煤氣制甲醇的過程雖然也需要經過合成氣制備、甲醇合成與精餾等步驟，但工藝相對簡單，能耗也較低，能源消耗約占整個生產過程的30%。尤其是甲醇合成反應，其效率和產量通常較高，轉化率可達95%以上，使得整體成本適中，產品成本在每噸2 000～3 000元。

4 焦爐煤氣制LNG與制甲醇的效益對比分析

4.1 產品價格與市場需求分析

LNG作為清潔能源，在國內外市場上展現出強勁的需求，其價格相對穩定且維持在較高水平。這一態勢的形成，主要受益于全球范圍內對環保和可持續發展的日益重視。隨著全球對減少溫室氣體排放、改善空氣質量的追求，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注和青睞。這種廣泛的關注和需求推動了LNG在運輸、工業和民用領域的廣泛應用，進一步鞏固了其在市場上的地位。

與此同時，甲醇作為基礎化工原料，盡管也在多個行業中得到廣泛應用，如化工、醫藥、燃料等，但其市場價格受到供需關系的較大影響，波動較為頻繁。這種價格波動主要源于甲醇的生產和消費受到多種復雜因素的交織影響。首先，原材料價格的波動會直接影響甲醇的生產成本，進而影響其市場價格，通常原材料成本占甲醇生產成本的60%以上。其次，生產技術的不斷變革也可能導致甲醇市場的供需關系發生變化，從而影響其價格。新技術的涌現使得甲醇的生產效率提高了約15%，但也可能導致市場供應過剩。最后，市場需求的變化莫測也是導致甲醇價格波動的重要因素。未來幾年，甲醇行業供需端雖然繼續保持擴張態勢，但新建審批項目有限且行業整體盈利性差，導致新增產能釋放緩慢，而且甲醇行業存在一定區域過剩的局面。由于這些復雜因素的影響，甲醇市場的價格往往難以預測，為投資者帶來了一定的市場風險。

4.2 經濟效益分析

盡管焦爐煤氣制LNG的成本相對較高，主要體現在制LNG工藝流程中甲烷化、液化過程的高能耗和復雜工藝上，然而，由于其市場價格由前幾年的持續走高到現在的逐漸趨于相對穩定，且長期保持在較高水平，焦爐煤氣制LNG的經濟效益通常優于制甲醇。在全球范圍內，隨著國家對環保政策的日漸關注和可持續發展理念的不斷深入，LNG作為清潔能源的需求也不斷增長，特別是在長途運輸和國際貿易中，LNG的儲運效率高，能夠大幅降低運輸成本和時間，使得其在這些領域具有顯著的優勢。

相比之下，甲醇雖然作為基礎化工原料廣泛應用于多個行業，但其市場價格受供需關系影響較大，波動較為頻繁。近年來，隨著國家環境保護力度的加大和綠色可持續發展理念的深入，普通甲醇的價格波動不僅影響了甲醇市場的穩定性，也使得甲醇的經濟效益存在一定的不確定性。人們尋求更環保、更節能的綠色甲醇產品，使得普通甲醇的市場受到一定的影響。在供需關系緊張或原材料價格上漲的情況下，甲醇的生產成本可能有所上升，從而導致經濟效益下降，尤其是在經濟波動較大的時期，甲醇市場的盈利狀況可能更加不穩定[4]。

因此，從經濟效益的角度來看，考慮到市場需求、價格穩定性以及長期發展趨勢，焦爐煤氣制清潔能源LNG通常在市場價格、能源環保、國家政策等方面更具吸引力。

4.3 環境效益分析

從環境效益的角度來看，在全球氣候變化和環境污染問題日益嚴峻的背景下，減少溫室氣體排放、改善空氣質量成為全球共識。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燃燒產生的二氧化碳排放量比傳統煤炭燃燒低約50%，這對于改善空氣質量具有積極作用。LNG的清潔環保特性，即其燃燒過程中產生的污染物極少，使其成為能源轉型和減少碳排放的重要選擇。相關研究顯示，LNG燃燒產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，還能促進企業循環產業發展，顯著改善當地空氣質量，保護人們免受空氣污染帶來的健康風險。

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

因此，在全面考慮能源使用的環境效益時，LNG的優勢更為明顯。其不僅有助于大幅減少溫室氣體排放、顯著改善空氣質量，而且能夠助力企業循環經濟發展，推動能源結構的轉型和可持續發展。

5 結論

焦爐煤氣制LNG與制甲醇在成本與效益方面各有優劣。從經濟效益角度看，焦爐煤氣制LNG的成本通常高于制甲醇，但其較高的經濟收益也從側面說明了其相對較高的成本是與其高回報相對應的，其市場價格和儲運效率也更具優勢；從環境效益角度看，二者均有助于減少溫室氣體排放，但LNG表現更佳。對此，建議相關企業根據自身資源條件、市場需求及環保政策等因素，靈活選擇焦爐煤氣的利用途徑，合理制定產品方案，充分實現資源的高效利用。同時，政府可以加大政策支持力度，推動焦爐煤氣的高效利用和清潔能源發展，以實現經濟、社會和環境的協調發展。

【參考文獻】

【1】王太炎.焦爐煤氣：發電、制氫、生產甲醇、生產直接還原鐵等不同利用方式技術經濟比較[C]//2005中國煤炭加工與綜合利用技術、市場、產業化信息交流會暨發展戰略研討會論文集.北京：國家級大型行業性綜合期刊《煤化工》編輯部，2005.

【2】劉建衛，張慶庚.焦爐煤氣生產甲醇技術進展及產業化現狀[J].煤化工，2005（5）：16-19.

【3】豐恒夫，羅小林，熊偉，等.我國焦爐煤氣綜合利用技術的進展[J].武鋼技術，2008（4）：55-58.

【4】李玉林，胡瑞生，白雅琴.煤化工基礎[M].北京：化學工業出版社，2006.