焦爐煤氣制LNG項目技術發展與應用現狀

王 芳

(中海油山東化學工程有限責任公司，山東 濟南 250101)

生產與應用

焦爐煤氣制LNG項目技術發展與應用現狀

王 芳

(中海油山東化學工程有限責任公司，山東 濟南 250101)

焦爐煤氣綜合利用一直是焦爐企業關注的重點，從早期的用作工業/民用燃氣、發電，到后來充作工業原料，人們進行了不斷的嘗試。繼焦爐煤氣制甲醇大熱后，因甲醇產量過剩使得該方式的優勢逐漸降低，合成LNG成為焦爐煤氣高效回收利用的新方式。目前我國已實現焦爐煤氣制LNG技術國產化，打破了國外技術的壟斷，本文介紹了國內焦爐煤氣制LNG技術現狀，列舉了近幾年已/在建項目，并總結了現行項目中出現的問題。

焦爐煤氣；甲烷化；CNG；LNG

工業的發展常與環境保護相悖，我國是焦炭生產大國，在焦化企業發展過程中，必定會帶來環境問題，為推進生態文明建設，國家不斷加大對焦化企業的治理監控力度：“十二五”期間，先后公布實施了30多項焦化產業相關的法律法規、標準，2014年修訂的《焦化行業準入條件》，明確規定了煉焦企業的焦爐煤氣利用率要大于98%；"“十三五”更是進一步嚴格環保要求，加大對焦化行業的監控。在此背景下，焦化企業壓力日益增大。

焦爐煤氣是煉焦工業的重要副產品，每生產1噸焦炭會產生430m3左右的焦爐煤氣，其中一半用于回爐燃燒，另外一半則需要配備專門的回收利用裝置[1]。我國焦化產量逐年增長，按2015年情況計算，全國焦化產量4.5億噸左右，需要另行處理的焦爐煤氣高達900多億m3，這些氣體總量巨大，成分復雜，其有毒成分易給環境帶來危害，同時又是一種未得到有效利用的巨大資源，因此尋找焦爐煤氣高效經濟的處理方式，實現焦爐煤氣的綜合利用，是我國焦化企業提高效益、降低環境污染的有效途徑。

1 焦爐煤氣綜合利用途徑

焦爐煤氣組成如表1所示[2]，氫氣含量高達54%～59%，其次是甲烷，回收利用價值高、用途廣，常見的有：①焦爐煤氣屬于中熱值燃氣，熱值為17～19MJ/m3，可用作燃氣使用；②焦爐煤氣含有50%以上的氫氣，可直接分離提取制氫；③焦爐煤氣經反應加工得到甲醇/尿素/天然氣等。

表1 焦爐煤氣組成

焦爐煤氣粉塵、硫含量較高，燃燒效果不佳，作為燃氣無法充分實現其價值，對其進行深加工更符合焦化企業利益，但這會更多的受下游市場的制約。

因甲醇產能過剩，焦爐煤氣制甲醇的優勢逐漸減弱，讓焦化企業更多的目光轉向投資回報率更高、風險更小的焦爐煤氣制LNG項目[3]。

天然氣的熱值高，是一種高能清潔的燃氣，同時也是一種重要的化工原料，近年來，國家大力推動天然氣的發展，未來10～20年里，天然氣市場有巨大的發展空間，而我國天然氣資源相對短缺，焦爐煤氣合成天然氣開辟了焦爐煤氣高效利用的新途徑。

2 焦爐煤氣制LNG工藝技術簡介及優劣勢分析

利用焦爐煤氣制LNG主要有兩種方式，一種是直接分離出焦爐煤氣中的CH4和H2，分離出的CH4液化得到LNG，并得到副產品H2；另一種則是通過甲烷化反應合成天然氣，液化得到LNG。因后者能充分利用焦爐煤氣的有效成分，經濟價值高，而得到廣泛關注。

2.1 直接提取甲烷工藝技術

中科院理化研究所經多年研究開發出一種焦爐煤氣制LNG聯產制氫工藝技術，并獲得國家專利，該技術工藝流程短，操作簡單，投資較小，比較適合中小型焦化企業綜合利用焦爐煤氣，提高經濟效益，該技術流程見圖1[4]。

圖1 焦爐煤氣低溫液化生產LNG聯產氫氣技術

2.2 焦爐煤氣甲烷化制LNG

經國內外相關院所的多年研發，焦爐煤氣甲烷化制LNG技術工業化條件成熟，其中關鍵點和難點在于甲烷化技術。

該技術基本原理：氣源(合成氣或焦爐煤氣)中CO、CO2和H2在一定的溫度、壓力及催化劑的作用下進行化學反應生成CH4，該過程為強放熱反應，甲烷化反應復雜，反應過程中可能發生的反應如表2所列[5]：

表2 化學甲烷化工程中可能發生的反應

催化劑和反應條件不同，CO和H2可以選擇性地生成酚醛、甲醇、甲烷或者液態烴類等不同物質，屬于典型的選擇性催化反應[6]。

在該工藝流程中，因焦爐氣中含有一定量的雜質，需要對其進行凈化以滿足工藝過程的要求，整個工藝流程可以分為壓縮、預處理、脫硫、甲烷化、分離、干燥、液化等幾個單元，工藝流程框圖如圖2[7]。

圖2 焦爐煤氣制天然氣工藝流程

3 國內甲烷化技術介紹

目前，國外甲烷化技術應用較廣的主要有：丹麥托普索公司的甲烷化技術、英國公司的甲烷化技術以及德國魯奇公司的甲烷化技術等。

國內方面開展該技術研究工作的主要有西南化工設計院、上海華西化工科技有限公司、新地能源工程技術有限公司、武漢科林精細化工有限公司、大連化物所、大連凱特利催化劑工程有限公司等等。隨著國內甲烷化技術不斷研究開發，我國的焦爐煤氣甲烷化制LNG技術已經日趨成熟，并已成功用于工業化生產。

3.1 西南化工研究設計院

西南化工研究設計院是國內率先開展焦爐氣甲烷化制LNG技術研發的單位，研發高效甲烷化催化劑，優化甲烷化工藝，并形成了焦爐氣深度凈化-甲烷化-氣體分離制SNG/CNG/LNG系列成套技術[8]。

3.2 上海華西化工科技有限公司

2015年1月20日，上海華西化工科技有限公司、安徽華東化工醫藥工程有限責任公司、上海漢興能源科技有限公司等單位聯合自主研發的“焦爐煤氣等溫甲烷化反應制天然氣技術”通過國家工信部科技成果鑒定。采用一段等溫床甲烷化技術，整個裝置工藝流程短，工藝氣一次通過反應器，沒有循環氣，該流程投資小、利潤大，節能效果顯著。

3.3 新地能源工程技術公司

該公司開發了焦爐氣制LNG技術預還原催化劑及工藝，可針對不同用戶需求設計出“焦爐氣直接合成天然氣工藝”和“焦爐氣補碳合成天然氣工藝”等工藝路線。該技術已申請國家發明專利12項，于2010年通過了河北省科技成果轉化中心成果鑒定。

3.4 武漢科林精細化工有限公司

該公司是國內較早從事焦爐氣甲烷化技術開發的企業，能夠提供甲烷化工藝流程所需的全套催化劑。

4 國內焦爐煤氣制LNG項目現狀

2014年，國內焦爐煤氣制天然氣項目共有35個，總產能達到1737萬方/天，其中絕大部分配置了液化裝置[9]。

焦爐煤氣制LNG項目一般依附焦化廠而建，因此華東及華北地區分布較多，顯現出較強的地域特點，表3舉例列出了近幾年已建或在建項目。

表3 近幾年國內已/在建的焦爐煤氣制天然氣/LNG項目

注：所有燃氣體積均以標準狀態計。

值得注意的是，在焦爐煤氣制LNG項目蓬勃發展的同時，也出現了一些問題[10]。

(1)國內焦化行業不景氣，開工率很低，焦爐煤氣產量隨之減少，直接導致一些項目原料氣的供應不足，部分項目需考慮補充氣源。

(2)焦爐煤氣成分復雜、雜質較多，凈化不徹底就會直接影響后續甲烷化工藝。許多早期項目設計經驗不足，運行不夠穩定，造成部分項目停產。

(3)焦爐煤氣地域性強，產出的LNG多采用槽車運輸，而LNG受當地消費情況影響較大，長距離運輸會增加成本，影響項目效益。

5 結語

綜上所述，焦爐煤氣制LNG項目技術已經較為成熟，具備良好的發展及應用前景，當務之急應加大研發力度，總結前期項目經驗，進一步完善工藝流程，使其更適合中國國情，從而推動焦爐煤氣制LNG項目進一步發展，實現經濟利益和社會利益最大化。

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[2] 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.

[3] 王清華. 焦爐煤氣制甲醇與制天然氣對比分析[J].中國石油和化工標準與質量,2013,12:18,26.

[4] 王樹東,王 勝,李德伏. 一種焦爐煤氣制甲烷工藝:CN,103131490A[P].[2013-06-05].

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[6] 趙 亮，陳允捷． 國外甲烷化技術發展現狀[J]．化工進展，2012 ( s1) : 177-178．

[7] 錢紅輝，豐恒夫. 我國焦爐煤氣甲烷化利用技術的進展[J].金屬世家, 2012(4)：78-80.

[8] 佚 名.西南院焦爐氣甲烷化技術被評為石化行業清潔生產重點支撐技術[J]. 氣體凈化, 2016(4):43-43.

[9] 本刊通訊員. 中國2016年實現54億m3焦爐氣制LNG產能[J]. 化肥設計,2014(6):41.

[10]渠沛然. 焦爐煤氣制LNG：還未叫好又叫座[N].中國能源報,2014-12-15(13).

(本文文獻格式：王 芳 .焦爐煤氣制LNG項目技術發展與應用現狀[J].山東化工，2016，45(24)：72-74.)

2016-12-09

王 芳(1991—) 女，本科，工程師。從事石油天然氣工程設計工作。

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