焦爐煤氣制取天然氣技術及經濟分析

李菊娣(曲靖市燃氣集團有限公司 云南 曲靖 655000)

對于天然氣而言，它是一種清潔能源，而且具有較高的附加值，但是，當下，在我國，在一次能源消費的結構中天然氣的比例只有3.6%，遠遠要比世界平均水平低。而且，這幾年，天然氣的價格在持續地上升，若市場需求更進一步地增加，則仍然會繼續提高價格。

在焦化企業中，一種主要的副產品就是焦爐煤氣，若利用焦爐煤氣對天然氣進行制取，則可以對日益增長的市場要求進行滿足，同時還可以充分合理的對工業廢氣進行利用，從而降低對環境的污染，企業得到的經濟效益也是巨大的。

一、發展焦爐煤氣制取天然氣的現狀

我國已逐漸完成了對焦化行業結構所進行的調整，這樣就會置換出大量的焦爐煤氣，進而對能夠利用的煤氣資源進行了增加。對于焦爐煤氣而言，甲烷是其主要的成分，故而，一個主要的研究方向就是進行甲烷化或者分離提取甲烷。在國內，西南化工設計院利用變壓吸附法對甲烷進行提濃，同時還對多功能、高效的催化劑進行了開發。

從目前的現狀來看，實施了焦爐煤氣制取天然氣的項目的企業都取得了可觀的效果，例如山西樓東的俊安煤氣化有限公司，每年能夠對大量的焦爐煤氣量進行處理，進而生產出大量的天然氣，其采用的就是分離、甲烷化以及焦爐煤氣凈化等處于國內領先水平的技術。

當下，在國內，焦爐煤氣制取天然氣產業的發展呈現出十分強勁的勢頭。例如在山西省，針對西南化工設計院，其不僅已經和山西的一些能源化工企業進行了技術轉讓合同的簽訂，還對多家焦化企業實施項目的可行性進行了分析研究。

二、焦爐煤氣制取天然氣的工藝過程

對于焦爐煤氣制取天然氣而言，是有兩種方法的，一是直接對原料氣中的甲烷進行分離提?。欢鞘箖魷旌蟮慕範t煤氣發生甲烷化反應，接著對甲烷進行分離。下面對第二種方法的工藝流程進行闡述。

1.工藝流程圖

如圖1所示：

圖1 用焦爐煤氣甲烷化對天然氣進行制取的工藝流程圖

2.凈化和精脫硫

焦化廠對焦爐煤氣初步的進行處理后，微量的二硫化碳、COS、硫醇、噻吩、硫化氫、不飽和烯烴、Cl－、氨、萘、苯以及焦油等雜質仍然是存在的，對于不飽和烯烴而言，其會在后續的反應中對析碳進行分解，從而對催化劑的活性產生影響。混合硫化物是由有機硫和無機硫組成的，其在甲烷化催化劑中也是一種毒物，故而，會使甲烷化催化劑出現永久性中毒的現象，進而失去活性。若想要使初步凈滌后的焦爐煤氣發生甲烷化反應，則必須實施精脫硫，這樣才可以和進行甲烷化反應所需要的凈化精度相符合。對于原料氣凈化而言，其目的就是對焦爐煤氣中的焦油、苯、氯、氨以及硫等雜質進行脫除，確保后系統設備可以正常穩定地運行。對精脫硫而言，其目的是為了和甲烷化催化劑對于氯和硫等毒物的要求相符合，通常采用的是對鎳鉬或鐵鉬進行加氫，對焦爐氣內的有機硫進行轉化，使它們變為無機硫，接著用氧化鋅進行脫除，直到達到0.1ppm。

3.甲烷化

在整個工藝中，核心部分就是甲烷化，它可以利用甲烷化反應對焦爐煤氣中的H 2、CO2以及CO進行轉化，使之變為甲烷，在甲烷化后，可以使甲烷含量有8%-10%的提高，同時CO2和CO都可以下降到低于10ppm。當下，在我國的焦爐煤氣制取天然氣領域中，有兩種技術是應用比較廣泛的，即丹麥的托普索技術和英國的戴維技術，下面將對推廣最為成功的托普索技術進行闡述。

其工藝流程如下:對焦爐煤氣進行凈化后，利用氣氣換熱器和第二氣氣換熱器進行換熱，在預熱達到340℃后，和過熱蒸汽在噴射器內進行混合，接著進入到第一甲烷化反應器內發生反應，在出口處，廢熱鍋爐使一部分氣體副產中壓飽和蒸汽，兩級蒸汽過熱器對另一部分進行換熱，使溫度降到383℃，接著進入到第二甲烷化反應器內，進一步的發生反應，在第二甲烷化反應器的出口處，高溫氣體按順序經過降溫，使溫度在100℃。若蒸汽冷凝液在第一冷凝液分離器中沒有發生反應，則和第三甲烷化反應器中出口的氣體進行換熱，直到溫度達到255℃，最后在第三甲烷化反應器中發生最終反應，這時就把氣體中全部的CO2和CO轉化為甲烷，而第三甲烷化反應器中出口的氣體按順序進行降溫，直到溫度為40℃，工藝冷凝液在第二冷凝液分離器中被分離出來后，把其送到甲烷分離裝置中，進而把甲烷分離出來。

4.分離和干燥

對于分離而言，其目的是根據產品質量要求對進入膜分離或者變壓吸附裝置的甲烷化后的氣體實施分離，分別對富氫氣體和富甲烷的天然氣進行獲取。當下，在進行分離時，主要的方法有膜分離法和變壓吸附分離法等。對于甲烷氣干燥而言，主要的方法有溶劑吸收法、固體吸收法以及冷分離法等。

三、分析焦爐煤氣制取天然氣的經濟性

通常情況下，若天然氣的產量是1億Nm3/a，則一個焦爐煤氣制取天然氣廠需要大約2億元的投資，其每年可以對2億Nm3的焦爐煤氣進行處理，生產出1億Nm3的天然氣，同時還副產出5.8萬噸的蒸汽，根據1.61元/Nm3的出廠價格對天然氣進行計算，根據1.25元/Nm3的完全成本對天然氣進行計算，全廠大約有1.75億元的銷售收入，大約有3800萬元的利潤，大約5年就可以對投資進行收回，具有良好的經濟效益。一個焦爐煤氣制取天然氣廠在建成1億Nm3/a產量的天然氣后，每年能夠使二氧化碳的排放減少17萬噸，使二氧化硫的排放減少600噸，使粉塵的排放減少8萬噸，環境效益也很顯著。

[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(12):34－36.

[2]汪家銘.焦爐煤氣制天然氣產業發展勢頭強勁[J].精細化工原料及中間體，2011（08）：179-180.

[3]于樂虎，劉素梅.烏海市焦爐煤氣綜合利用技術典型案例分析[J].環境科學與管理，2011（11）：121-122.