焦爐煤氣制液化天然氣

敖曼+趙卓寬

摘 要：焦爐煤氣制液化天然氣對于燃氣供應企業，不光可以備用調峰，還能帶來經濟效益。本文提出了焦爐煤氣制液化天然氣的意義，簡述了方法和經濟效益。

關鍵詞：焦爐煤氣；液化天然氣；城鎮燃氣供應企業

中圖分類號：TQ546 文獻標識碼：A

焦爐煤氣是煉焦生產的副產品，熱值低、污染大，是一種低端燃料。焦爐煤氣的回收利用，符合當前循環經濟，綠色工業和建設節約型社會的發展方向。

一、焦爐煤氣對于燃氣供應企業存在的幾點問題：

1.焦爐煤氣的環保問題

焦爐煤氣是以氫氣為主的混合物，其中還包含甲烷、一氧化碳、硫化氫、焦油、萘重烴。其燃燒后產物不只是二氧化碳和水，還有二氧化硫、氮氧化物等污染物。其燃燒不充份時，會使鍋具底邊會變黑。

2.焦爐煤氣的儲存及調峰問題

城鎮燃氣供應，同水及電一樣，都有高峰使用時段和低谷使用時段。從一年來看，冬天因天然氣采暖，其消耗量是夏季的幾倍。從一天來看，每日3次做飯時間段白天的用氣量通常比夜晚要高。如果天然氣使用高峰與低谷差距過大，會造成天然氣存儲和運輸等一系列問題。因此，天然氣調峰方法是燃氣供應公司的一個重要課題。

通常，燃氣供應企業用大型儲氣罐進行儲存焦爐煤氣，投資大，儲氣量有限。并且，焦爐煤氣進入大型儲氣罐以后，原有壓力能損失。在需要調峰時，還需要焦爐煤氣壓縮機將焦爐煤氣加壓，造成能源嚴重浪費。也是因為投資儲存量有限的問題，大型儲氣罐儲氣不可能大量興建使用，因此，燃氣供應企業一般興建的儲氣罐容積在5萬m3～20萬m3，用于日用量調峰，并且小時數有限。

3.焦爐煤氣對下游管網的影響

因焦爐煤氣中含有苯、氨、硫化氫、焦油、萘等非氣體雜質。而在實際燃氣供應中，焦爐煤氣中通常含有大量的水蒸氣（因焦爐煤氣水洗工藝造成）。含有硫化物、重烴及水蒸氣的焦爐煤氣，從焦爐煤氣生產企業送入燃氣供應企業的場站后，非氣體雜質容易造成管道、過濾器等設備結焦。而輸送至下游燃氣的下游管網容易造成水堵，對燃氣生產企業的燃氣供應造成多種困難。而城鎮燃氣輸送管道水堵對，會造成燃氣管道輸送阻塞，造成停氣事故，影響市民及工業企業生產。

4.安全性

焦爐煤氣是以氫氣（爆炸范圍4.0%～75.6%）為主的混合物，還含有甲烷（爆炸范圍5.3～15%）一氧化碳（爆炸范圍12.5%～74%）。而天然氣的主要成分是甲烷。

一氧化碳極易與血紅蛋白結合，形成碳氧血紅蛋白，使血紅蛋白喪失攜氧的能力和作用，造成組織窒息。對全身的組織細胞均有毒性作用，尤其對大腦皮質的影響最為嚴重。

因此，從防爆等級及毒性上比較，焦爐煤氣的安全性都要低于天然氣。

二、液化天然氣在4個方面具有優勢

1.環保問題

天然氣是一種潔凈能源，幾乎不含硫、粉塵和其他有害物質，燃燒時產生二氧化碳和水。

2.儲存及調峰問題

液化天然氣的氣化比是1∶600，也就是說1m3的液化天然氣可以氣化出600m3的天然氣。為了滿足調峰和應急事故的需要，國內外各大燃氣供應企業，均建有液化天然氣低溫罐對其進行儲備。

因液化天然氣的直接采購成本較高，大約是天然氣成本的1.5倍左右。因此，在調峰時通常用于備用氣源，但對緊急的燃氣停氣事故應急時，多是首要選擇。

3.對下游管網的影響

液化天然氣氣化后，溫度大于5℃送入下游城鎮管網。因其不含有非氣態雜質，在下游管網不含工程水的情況下不會結晶成水合物，不會堵塞管網。

4.安全性

天然氣無毒、易散發，是較為安全的燃氣。

三、焦爐煤氣生產液化天然氣的化工原理

1.表1為某企業焦爐煤氣各種組分含量。

2.焦爐煤氣甲烷化原理

如表1所示，非CH4含碳物CO、CO2與CmHn總含有14%碳，所以可以利用甲烷化反應生成甲烷，主反應見式（1）和式（2）：

四、工藝流程簡介

1.工藝流程

焦爐煤氣→粗脫萘焦油單元→焦爐煤氣壓縮機→精脫萘苯焦油單元→粗脫硫單元→精脫硫單元→甲烷化反應器→脫水單元→脫汞單元→過濾單元→深冷液化單元→LNG儲存。

2.流程簡述

（1）凈化過程

凈化的第一步是將焦爐煤氣里的萘、焦油等物質進行脫除。原料氣首先進入粗脫萘焦油器，而后進行加壓變溫吸附。這一生產過程目的是為了脫除焦爐煤氣中的焦油、萘、苯等雜質，保證焦爐煤氣中氨含量<10ppm，萘<10ppm，焦油<1ppm。

凈化的第二步是進行脫硫。粗脫硫罐，加氫轉化、精脫硫、二級加氫轉化、氧化鋅精脫硫等工序后，使焦爐煤氣中的總硫含量小于0.1ppm。

（2）甲烷化過程

甲烷化過程就是上述原理中的CO與CO2加氫反應。

（3）深冷液化過程

甲烷化后的氣體，經過過濾器進脫水，脫汞、過濾、進換后進精餾塔。塔頂脫去氮氣和氫氣，塔低獲得的LNG產品。

五、經濟效益

1.目前我國焦爐煤氣再利用效率低

2015年，全國焦炭總產量為4.47億萬噸，而同年西氣東輸年輸氣量為590億立方天然氣。按每生產1噸焦炭，伴生400立方焦爐煤氣進行估算，其中有一半返回焦爐助燃。據統計，其中僅有10%的焦爐煤氣作為副產品進行銷售，另外90%為燃燒放空。那么，據上述數據計算出，每年我國焦爐煤氣放散量為800億立方米，相當于290億m3的天然氣（轉化率36%）。2015年，相當于半年的西氣東輸天然氣量，被放散掉。

2.實例

（1）以焦爐煤氣為原料，年處理焦爐煤氣1億m3計算。燃氣組分入表1。

以該公司焦爐煤氣組成為基礎，則有如下的產量數據：

液化天然氣小時產量：4200Nm3/h年產量：3600萬標準m3/年。

氫氣小時產量：750Nm3/h年產量：650萬標準m3/年。

（2）生產裝置及設備投資

總投資約為1.2億元，其中包含內容如下：

生產裝置：焦爐煤氣壓縮與凈化裝置，甲烷化裝置，吸附分離裝置，深冷裝置，液化天然氣裝車裝置。（未包含液化天然氣儲罐）

公用工程：總變電所，循環水系統，空壓站制氮，站事故水池。基建：綜合樓、催化劑庫房及堆場。

（3）經濟指標

如焦爐煤氣成本為1元/m3，生產出液化天然氣，氣態成本價格為3元/m3。

生產成本主要包括：原料氣成本、公用工程成本、催化劑成本、設備折舊及人工成本等。

產品包括：液化天然氣及氫氣等。

結語

天然氣是我國十三五計劃中要大量推廣的清潔能源，其熱值高且無污染。在城市燃氣供應中，液化天然氣是重要的調峰手段。用焦爐煤氣合成液化天然氣，對燃氣供應企業來說既解決了調峰問題，又節能減排，還能為企業帶來經濟效益。

參考文獻

[1]汪嘉銘.焦爐煤氣制合成氣的脫硫及凈化工藝技術[J].廣州化工，2008，30（1）：11-13.

[2]殷海霞.關于一氧化碳中毒的探討[J].科技創新導報，2012，30（15）：243-243.