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焦炉煤气制液化天然气

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2020-04-02
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作者：敖曼赵卓宽

来源：《中国新技术新产品》2017年第03期

摘要：焦炉煤气制液化天然气对于燃气供应企业，不光可以备用调峰，还能带来经济效益。本文提出了焦炉煤气制液化天然气的意义，简述了方法和经济效益。

关键词：焦炉煤气；液化天然气；城镇燃气供应企业

中图分类号：TQ546文献标识码：A

焦炉煤气是炼焦生产的副产品，热值低、污染大，是一种低端燃料。焦炉煤气的回收利用，符合当前循环经济，绿色工业和建设节约型社会的发展方向。

一、焦炉煤气对于燃气供应企业存在的几点问题：

1.焦炉煤气的环保问题

焦炉煤气是以氢气为主的混合物，其中还包含甲烷、一氧化碳、硫化氢、焦油、萘重烃。其燃烧后产物不只是二氧化碳和水，还有二氧化硫、氮氧化物等污染物。其燃烧不充份时，会使锅具底边会变黑。

2.焦炉煤气的储存及调峰问题

城镇燃气供应，同水及电一样，都有高峰使用时段和低谷使用时段。从一年来看，冬天因天然气采暖，其消耗量是夏季的几倍。从一天来看，每日3次做饭时间段白天的用气量通常比夜晚要高。如果天然气使用高峰与低谷差距过大，会造成天然气存储和运输等一系列问题。因此，天然气调峰方法是燃气供应公司的一个重要课题。

通常，燃气供应企业用大型储气罐进行储存焦炉煤气，投资大，储气量有限。并且，焦炉煤气进入大型储气罐以后，原有压力能损失。在需要调峰时，还需要焦炉煤气压缩机将焦炉煤气加压，造成能源严重浪费。也是因为投资储存量有限的问题，大型储气罐储气不可能大量兴建使用，因此，燃气供应企业一般兴建的储气罐容积在5万m3～20万m3，用于日用量调峰，并且小时数有限。

3.焦炉煤气对下游管网的影响

因焦炉煤气中含有苯、氨、硫化氢、焦油、萘等非气体杂质。而在实际燃气供应中，焦炉煤气中通常含有大量的水蒸气（因焦炉煤气水洗工艺造成）。含有硫化物、重烃及水蒸气的焦炉煤气，从焦炉煤气生产企业送入燃气供应企业的场站后，非气体杂质容易造成管道、过滤器等设备结焦。而输送至下游燃气的下游管网容易造成水堵，对燃气生产企业的燃气供应造成多种困难。而城镇燃气输送管道水堵对，会造成燃气管道输送阻塞，造成停气事故，影响市民及工业企业生产。

4.安全性

焦炉煤气是以氢气（爆炸范围4.0%～75.6%）为主的混合物，还含有甲烷（爆炸范围5.3～15%）一氧化碳（爆炸范围12.5%～74%）。而天然气的主要成分是甲烷。

一氧化碳极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息。对全身的组织细胞均有毒性作用，尤其对大脑皮质的影响最为严重。

因此，从防爆等级及毒性上比较，焦炉煤气的安全性都要低于天然气。

二、液化天然气在4个方面具有优势

1.环保问题

天然气是一种洁净能源，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，燃烧时产生二氧化碳和水。

2.储存及调峰问题

液化天然气的气化比是1∶600，也就是说1m3的液化天然气可以气化出600m3的天然气。为了满足调峰和应急事故的需要，国内外各大燃气供应企业，均建有液化天然气低温罐对其进行储备。

因液化天然气的直接采购成本较高，大约是天然气成本的1.5倍左右。因此，在调峰时通常用于备用气源，但对紧急的燃气停气事故应急时，多是首要选择。

3.对下游管网的影响

液化天然气气化后，温度大于5℃送入下游城镇管网。因其不含有非气态杂质，在下游管网不含工程水的情况下不会结晶成水合物，不会堵塞管网。

4.安全性

天然气无毒、易散发，是较为安全的燃气。

三、焦炉煤气生产液化天然气的化工原理

1.表1为某企业焦炉煤气各种组分含量。

2.焦炉煤气甲烷化原理

如表1所示，非CH4含碳物CO、CO2与CmHn总含有14%碳，所以可以利用甲烷化反应生成甲烷，主反应见式（1）和式（2）：

四、工艺流程简介

1.工艺流程

焦炉煤气→粗脱萘焦油单元→焦炉煤气压缩机→精脱萘苯焦油单元→粗脱硫单元→精脱硫单元→甲烷化反应器→脱水单元→脱汞单元→过滤单元→深冷液化单元→LNG储存。

2.流程简述

（1）净化过程

净化的第一步是将焦炉煤气里的萘、焦油等物质进行脱除。原料气首先进入粗脱萘焦油器，而后进行加压变温吸附。这一生产过程目的是为了脱除焦炉煤气中的焦油、萘、苯等杂质，保证焦炉煤气中氨含量

净化的第二步是进行脱硫。粗脱硫罐，加氢转化、精脱硫、二级加氢转化、氧化锌精脱硫等工序后，使焦炉煤气中的总硫含量小于0.1ppm。

（2）甲烷化过程

甲烷化过程就是上述原理中的CO与CO2加氢反应。

（3）深冷液化过程

甲烷化后的气体，经过过滤器进脱水，脱汞、过滤、进换后进精馏塔。塔顶脱去氮气和氢气，塔低获得的LNG产品。

五、经济效益

1.目前我国焦炉煤气再利用效率低

2015年，全国焦炭总产量为4.47亿万吨，而同年西气东输年输气量为590亿立方天然气。按每生产1吨焦炭，伴生400立方焦炉煤气进行估算，其中有一半返回焦炉助燃。据统计，其中仅有10%的焦炉煤气作为副产品进行销售，另外90%为燃烧放空。那么，据上述数据计算出，每年我国焦炉煤气放散量为800亿立方米，相当于290亿m3的天然气（转化率36%）。2015年，相当于半年的西气东输天然气量，被放散掉。

2.实例

（1）以焦炉煤气为原料，年处理焦炉煤气1亿m3计算。燃气组分入表1。

以该公司焦炉煤气组成为基础，则有如下的产量数据：

液化天然气小时产量：4200Nm3/h年产量：3600万标准m3/年。

氢气小时产量：750Nm3/h年产量：650万标准m3/年。

（2）生产装置及设备投资

总投资约为1.2亿元，其中包含内容如下：

生产装置：焦炉煤气压缩与净化装置，甲烷化装置，吸附分离装置，深冷装置，液化天然气装车装置。（未包含液化天然气储罐）

公用工程：总变电所，循环水系统，空压站制氮，站事故水池。基建：综合楼、催化剂库房及堆场。

（3）经济指标

如焦炉煤气成本为1元/m3，生产出液化天然气，气态成本价格为3元/m3。

生产成本主要包括：原料气成本、公用工程成本、催化剂成本、设备折旧及人工成本等。