炼焦煤气甲烷化技术工艺路线的选择论

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1、炼焦煤气制天然气技术工艺路线的选择杨怀旺马建安姚润生王志伟山西同世达煤化工集团有限公司摘要：列举了焦炉煤气制天然气的几种技术路线，对焦炉煤气制天然气项目作出了技术经济分析。提出了焦炉煤气制天然气煤化工多联产技术方案，并对焦炉煤气制天然气项目进行了能源效率、原料成本、关联度及管网建设的风险分析。关键词：焦炉煤气制天然气甲烷化技术经济性风险分析引言焦化产业作o

2、为重要基础能源原材料产业，在我国经济建设、社会发展、财政税收及稳定就业方面发挥着重要作用。尽管经历了国际金融危机和国家最新版《焦化行业准入条件》的双重考验，中国焦炭产业仍旧取得了发展。国家统计局数据显示，2010年焦炭产量同比增9.1%，达3.88亿吨，生产焦炉煤气1500~1600亿立方米（按生产每吨焦炭副产焦炉煤气400立方米计算），其利用率仅为60%，有600亿立方米焦炉煤气直接排放。市场的激烈竞争促使企业提高煤气综合利用水平并带来较高的价值与效益，焦炉煤气的资源化利用成为未来焦化生产新的经济增长点。目前焦炉煤气利用主

3、要包括：用作民用、其他工业企业的气体燃料；发电（分蒸汽发电（热电联产）、燃气轮机发电和内燃机发电）；变压吸附制氢(利用PSA技术从焦炉煤气分离氢气已广发用于行业的苯加氢和煤焦油加氢工艺中)；直接还原铁（以HYL-ZR（自重整希尔工艺技术为基础）；用于高炉炼铁喷吹，降低炼铁CO2排放；作为化工生产合成气开发与利用（制合成氨；用于生产甲醇、二甲醚）；焦炉煤气热裂解生产合成气（合成气体可以做生产合成氨、生产甲醇--二甲醚等的原料气）。尽管这些方法为解决中国焦炉煤气的循环利用提供了许多有益的参考，但总的来看，无论是对中国能源结构的改善、能源安全的保障还是项目自身经济效益的

4、提升，均存在着诸多不足。构建资源节约环境友好社会，对焦炉煤气的优化利用提出更高要求，随着中国发展低碳经济理念的深人人心以及高碳能源资源低碳化战略的构建与实施，一种可以更好发挥焦炉煤气自身优势且能为中国天然气提供有效补充气源的新型技术——焦炉煤气制天然气技术已经发展起来。天然气是一种高效、优质的清洁燃料，数据显示，从2000到2009年，中国天然气消费量年均增长率近16%，但中国天然气资源短缺：2010年天然气缺口达300亿立方米，对外依存度升至13%左右；2015年将达到30%，2020年将达到50%左右。国家能源局在“2010年上半年能源经济形势新闻发布会”上再

5、次明确了要提高天然气等清洁能源在一次能源消费结构中的比重。其中，天然气要从目前的3.9％提高到2015年的8.3％，为此国家出台了《煤化工产业中长期发展规划》等政策。巨大的天然气缺口及国家相应的扶持政策使得煤制天然气成为投资热点，利用中国现有的丰富焦炉煤气资源制取天然气实现对中国天然气供应缺口的有效补充，对实施高碳能源资源低碳化战略具有非常重要的现实意义。1焦炉煤气制天然气工艺技术路线7目前的焦炉气实现天然气工业化工艺流程1.1焦炉煤气直接制天然气1.1.1变压吸附法焦炉气为原料制加压天然气CNG技术工艺过程包括升压、净化预处理、脱CO2、PSA提纯CH4、天然气

6、压缩、解吸气回煤气管网等单元组成。焦炉气经脱硫后进入压缩单元增压至0.6MPa.g，经冷却～50℃送入水解脱硫。脱硫至1ppm的脱硫气送入PSA1单元脱除二氧化碳，来自PSA2的脱CO气体通过PSA3提纯得到产品甲烷气。PSA3的吸附废气进PSA4继续回收其中的甲烷气，以提高产品甲烷气的收率。PSA系统由四部分组成。提纯后的SNG经过往复式压缩机压缩到25Mpa.g，送入CNG管网。该方式投资和能耗较低，但天然气产量小。1.1.2深冷法该工艺由焦炉煤气升压粗脱硫、净化预处理（脱除苯、萘及焦油）、压缩、水解脱硫、MDEA脱CO2、吸附（脱掉残余硫化物、汞、水分、高碳

7、)、膜分离、深冷液化LNG、储运、氮气循环制冷、公用工程等单元组成。整个系统的绝大多数冷量由一个闭式氮气膨胀制冷循环或氮气甲烷混合物膨胀制冷循环提供。2010年3月，由中国科学院理化技术研究所作为技术总负责方的山西河津焦炉煤气综合利用制取液化天然气（LNG）工程经过7天的联动，顺利产出合格的LNG产品。1.2焦炉煤气甲烷化生产天然气1.2.1原理焦炉煤气制取天然气核心在于甲烷化技术，甲烷化反应是在催化剂作用下的强放热反应，甲烷化反应原理如下：CO+3H2→CH4+H2OΔH=-206kJ/molCO2+4H2→CH4+2H2OΔH=-165kJ/mol在通常气体组

8、分中，每1