焦爐煤氣制取液化天然氣

劉 瑩，馬 輝

(1.北京安瑞科新能能源科技有限公司，北京 100176;2.宣鋼能源環保處，河北宣化 075100)

1 引言

我國是世界上最大的焦炭生產國，且產量一直呈增長趨勢，如果按照生產1 t焦炭可產生430 m3焦爐煤氣計算，2008年我國全年焦爐煤氣發生量可達1 384.6億m3，其中有70%左右的焦爐煤氣用于企業自用、商用及城市居民用氣，還有400多億m3剩余的焦爐煤氣由于沒有外供對象，全部直接燃燒排放，這樣不僅造成了大量的能源浪費，而且污染了周邊環境。據專家計算，我國每年燃燒到大氣中的焦爐煤氣量，相當于國家“西氣東輸”設計年輸氣量的兩倍以上［1］。

隨著人們環保意識的不斷加強及國家節能減排政策的提出，焦爐煤氣的綜合利用早已被提上日程，一些大型的煉焦企業建設了焦爐煤氣制甲醇項目，并取得了良好的經濟效益，為大型煉焦企業綜合利用焦爐煤氣找到了新方法。但中小焦化企業生產規模相對較小，焦爐煤氣產量少，成本優勢不明顯，多家企業聯合又困難，影響了焦化企業對焦爐煤氣的綜合利用。而焦爐煤氣制取液化天然氣為中小焦化企業解決了這一難題。

2 焦爐煤氣制液化天然氣工藝流程

與車用壓縮天然氣不同，液化天然氣(LNG)目前國內還沒有明確的技術標準。可以以進出口液化天然氣質量評價標準(SN/T 2491-2010)作參考，其中液化天然氣技術指標如表1所示。

表1 液化天然氣技術指標

對達不到表1所列二級液化天然氣質量指標的，評定為三級液化天然氣。

焦爐煤氣成分比較復雜，其中 CH4、CO、CO2、CnHm體積分數近40%，氫含量高(54% ～59%)，此外還含有少量N2、O2。為制得符合表1的產品標準，首先必須將焦爐煤氣加以凈化;其次，CO2、H2O體積分數必須滿足后續制冷工藝不發生冰堵。焦爐煤氣中CH4(含C2以上烴)的體積分數約為30%，可直接通過變壓吸附(PSA)技術將CH4濃縮，但由于CH4濃度低，CO2又比CH4容易吸附，使產品中CO2濃度依然很高，這就需再增加一個脫碳裝置或使用較多的吸附塔，這樣使得CH4的收率很低，投資成本也很大，不經濟［2-3］。

為了達到LNG的技術標準，可將焦爐煤氣進行甲烷化處理，這樣既可以提高焦爐煤氣中CH4的含量，同時也降低了CO、CO2的含量。

焦爐煤氣的流程示意如圖1所示:

圖1 焦爐煤氣制LNG工藝流程示意圖

2.1 焦爐煤氣的凈化

由于焦爐煤氣組成復雜，故首先要經過凈化，脫除其中的苯、萘、油霧、硫化氫等。一般焦爐煤氣自焦化廠出來前已經進行了苯、萘、硫等的粗脫，此時的原料焦爐煤氣只需進一步精脫，去除剩余的苯、萘、硫等，以防原料焦爐煤氣在低溫輸送過程中出現管道凍堵及甲烷化過程中催化劑中毒失效。

焦爐煤氣凈化過程中硫的脫除對后續甲烷化反應有著至關重要的作用，一般精脫硫過程中，無機硫主要為H2S，可采用活性炭脫硫塔進行脫除，而有機硫則需在250～300℃下，進行加氫轉化為無機硫，然后經高溫氧化鋅精脫硫塔進行脫除。

2.2 焦爐煤氣甲烷化

甲烷化是焦爐煤氣制取液化天然氣中最重要的一環，因為焦爐煤氣甲烷化程度的好壞直接影響甲烷的收率，也就直接影響產品的產量。

凈化后的焦爐煤氣進入甲烷化工序，在甲烷化反應器內進行甲烷化反應，根據處理焦爐煤氣量的大小，甲烷化反應可進行單段甲烷化反應或多段甲烷化反應。

甲烷化催化劑多采用鎳催化劑，甲烷化反應有等溫過程及絕熱過程，由于采用等溫列管反應器，項目整體投資較大，且甲烷化反應過程中容易積炭，故中小型項目采用絕熱甲烷化反應較好。目前，國內甲烷化催化劑做得較好的廠家主要有武漢科林精細化工有限公司、大連普瑞特化工有限公司、中科院等。其中，武漢科林的甲烷化催化劑已應用于實踐生產裝置中，且運行良好。

2.3 變壓吸附(PSA)

經甲烷化反應后，焦爐煤氣中CH4的含量可達60%以上，CO、CO2含量可達到制取LNG的凈化要求，此時經過PSA分離，可將 CH4進一步濃縮至90%以上，副產H2也可達到工業氫的指標，此時的H2可直接進行銷售，也可進一步生產化工產品，如制取H2O2，作為合成氨、苯加氫的原料等。

2.4 加壓、制冷

焦爐煤氣中的CH4經濃縮、提純后，進一步加壓，可采用混合制冷、膨脹制冷等方式進行液化，從而制取產品LNG。

3 焦爐煤氣制取液化天然氣前景分析

由于天然氣市場大多在內地，焦化廠也大多在內地，接近市場，因此焦爐煤氣制取LNG運輸成本將大幅降低，焦爐煤氣價格低廉，大大低于現有天然氣井口價格，生產成本主要是能耗成本，所以生產出來的LNG在價格上也非常有競爭力。在政策方面，國家大力支持節能減排，鼓勵企業對焦爐煤氣綜合利用，禁止以大中型氣田所產天然氣為原料建設液化天然氣項目，限制了天然氣液化廠的建設，減少了市場的競爭。因此利用焦爐煤氣生產LNG市場前景廣闊。

4 小結

綜上所述，焦爐煤氣經甲烷化反應、PSA分離、加壓、制冷制取液化天然氣是可行的，且甲烷化技術成熟，國家對此類節能減排的項目也大力支持，未來必有廣闊的市場前景。

［1］姚維學，付再華，劉同飛，等.焦爐煤氣的綜合利用［J］.河北化工，2009，32(12):34-36.

［2］化學工業部第四設計院(主編).深冷手冊(下冊)［M］.北京:化學工業出版社，1979，297.

［3］陶鵬萬，王曉東.焦爐氣生產壓縮天然氣技術經濟分析［J］.煤化工，2007，(3):11-14.