焦?fàn)t煤氣制甲醇與制天然氣的對比研究

張厚鋼，張彥強

(山西焦煤集團五麟煤焦開發(fā)有限責(zé)任公司，山西汾陽032200)

0 引言

我國焦炭產(chǎn)能已經(jīng)可以達(dá)到年產(chǎn)4億t，焦炭消耗總量大約為3．8億t。目前我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)逐漸進(jìn)入疲軟狀態(tài)，很多鋼鐵企業(yè)出現(xiàn)了大面積的虧損。焦炭企業(yè)焦?fàn)t煤氣綜合利用效果良好能夠轉(zhuǎn)化為化工產(chǎn)品，對于焦?fàn)t煤氣深加工是非常重要的出路。如果每噸焦炭可以產(chǎn)生320 m2的焦?fàn)t煤氣，剩余的大部分煤氣就可以轉(zhuǎn)化為化工產(chǎn)品，從而提高企業(yè)的利潤率。因此對焦?fàn)t煤氣制甲醇與天然氣的對比分析是非常重要的。

1 我國焦?fàn)t煤氣的概況

焦?fàn)t煤氣就是指焦炭經(jīng)過焦?fàn)t高溫干餾后與焦炭和焦油合成而產(chǎn)生的一種可以燃燒的氣體，在一定程度上說，焦?fàn)t煤氣是焦炭提煉的副產(chǎn)品。通常情況下所說的焦?fàn)t煤氣就是指經(jīng)過車間脫焦、脫硫、脫氨、脫苯之后的焦?fàn)t煤氣，焦?fàn)t煤氣的主要成分是甲烷和氫氣。2012年我國的焦炭產(chǎn)量4億多t，其中約1億t來自于鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，其他的都來自于獨立的焦化產(chǎn)業(yè)。這些獨立的焦化產(chǎn)業(yè)主要分布在山西、河南、山東和云南地區(qū)，其中山西是我國最大的焦炭聚集地，每年可以為我國提供高達(dá)1700億方焦?fàn)t煤氣。

每噸焦炭大約會產(chǎn)生320 m2的焦?fàn)t煤氣，這些焦?fàn)t煤氣中約有一半可以用于焦?fàn)t回爐，其余的焦?fàn)t煤氣必須經(jīng)過凈化處理。還有很多企業(yè)所產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣不能被直接燃燒排放，給我國的能源造成了大量的浪費，并且在一定范圍內(nèi)造成了環(huán)境污染。

2 我國焦?fàn)t煤氣的綜合利用分析

2．1 可以用作工業(yè)或其他企業(yè)的燃料

在工業(yè)和民用燃料方面，工業(yè)生產(chǎn)中金屬鎂的制造中可以使用焦?fàn)t煤氣，同時也可以加入城市供氣管中作為居民日常的燃料用氣。發(fā)電方面，焦?fàn)t煤氣可以代替很多材料作為燃料進(jìn)行發(fā)電?；ぴ戏矫?，焦?fàn)t煤氣經(jīng)過化學(xué)處理可以生成尿素和甲醇等，作為化工原料;同時也可以合成生產(chǎn)很多清潔燃料在煉鐵和鍛造鐵的車間作為還原劑。焦?fàn)t煤氣的主要成分為氫氣和甲烷，可以用作原材料來制造氫氣，當(dāng)前制造氫氣主要采用的方法是變壓吸附法;最后，可以合成天然氣。這項技術(shù)是一項新技術(shù)，應(yīng)用該種技術(shù)可以將合成的天然氣輸送到居民的煤氣管道中，也可以加工成為壓縮天然氣，從而解決城市居民的用氣問題。

2．2 焦?fàn)t煤氣制造甲醇

甲醇在工業(yè)生產(chǎn)中具有非常廣泛的用途，它是最基本的有機原料和燃料。焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)甲醇的過程中最為重要的步驟就是將焦?fàn)t煤氣中甲烷首先轉(zhuǎn)化為氫氣和一氧化碳。當(dāng)前國內(nèi)在這方面已經(jīng)探索出了一條成熟的路徑，可以將純氧部分的氧氣制造出甲醇。另外，我國還成功探索出了催化和非催化工藝。

焦?fàn)t煤氣制甲醇的工藝流程，主要包括壓縮、、精脫硫、轉(zhuǎn)化、甲醇合成、甲醇精餾等。其中甲烷轉(zhuǎn)化技術(shù)可以將非催化部分轉(zhuǎn)化為氧化部分。我國目前所采用的純氧催化部分的工藝比較簡單，但是卻具有反應(yīng)速率快、轉(zhuǎn)化率高、投資小的特點。我國現(xiàn)在具有此類生產(chǎn)線的企業(yè)已經(jīng)多達(dá)40多家，年生產(chǎn)能力在600萬t以上。

具體的工藝流程為:焦?fàn)t煤氣經(jīng)過焦化廠運送至氣柜，利用壓縮機提壓至脫硫劑中，然后在托氧化脫硫劑的作用下，使焦?fàn)t煤氣中的有機硫和無機硫下降到一定的壓力之下。經(jīng)過催化部分氧化轉(zhuǎn)化為焦?fàn)t煤氣中的甲烷氣體，然后運送到一定壓力下的醇合成塔內(nèi)有銅觸媒的條件下，經(jīng)加氫反應(yīng)制得粗甲醇。轉(zhuǎn)化反應(yīng)需要氧氣有配套的空分裝置提供，主要包括脫鹽水、循環(huán)水和儀表空氣系統(tǒng)。

2．3 焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)天然氣的工藝分析

眾所周知，天然氣是最為清潔的能源，自從全球的環(huán)保意識提高以來，天然氣在能源中的應(yīng)用比例不斷上升，已經(jīng)成為全球能源增長最迅速的行業(yè)之一。近年來天然氣的生產(chǎn)和交易日益活躍，天然氣已經(jīng)成為一大稀缺能源，正在朝著世界油氣工藝新高度的方向發(fā)展。利用剩余的焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)清潔能源天然氣，具有十分可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。焦?fàn)t煤氣制造天然氣的工藝流程主要有煤氣凈化、甲烷化、分離、加壓和液化等部分。

具體工藝流程為:焦?fàn)t煤氣首先在脫硫劑的選擇性吸附作用下，會有很多無機硫被脫除。其次在預(yù)處理吸附劑的作用下會將苯和其他物質(zhì)脫除。然后在中溫度的水中產(chǎn)生催化作用，預(yù)處理后的焦?fàn)t煤氣中的有機硫會在水解的作用下轉(zhuǎn)化為無機硫。水解后的焦?fàn)t煤氣需要采用干燥工藝將焦?fàn)t煤氣中水分干燥。干燥后的焦?fàn)t煤氣中的水雜質(zhì)就會吸附在凈化劑中。焦?fàn)t煤氣中的氫氣就會有選擇性地滲透到纖維中，然后就會產(chǎn)生富甲烷氣體，富甲烷氣經(jīng)過液化和精餾作用就會液化出天然氣。

3 焦?fàn)t煤氣制甲醇與制天然氣的對比分析

3．1 工藝分析

焦?fàn)t制造甲醇的的工藝流程比焦?fàn)t制造天然氣的工藝流程更為復(fù)雜。需要經(jīng)過的步驟比較多、數(shù)據(jù)的精確度要求比較高。

3．2 能耗分析

甲醇的能耗和焦化企業(yè)的焦炭產(chǎn)能有密切關(guān)系，如果焦炭的產(chǎn)能較小，用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)甲醇的能耗就會相應(yīng)增加。焦?fàn)t煤氣在制造天然氣的過程中，很大一部分的氫氣都會在液化之前被脫除，因而不能參與到甲烷化的過程中，并且在低溫分離的過程中氫氣會被吸附在雜物上，這些工藝流程都會大大降低焦?fàn)t煤氣制造天然氣的能耗。

3．3 裝置規(guī)模分析

從經(jīng)濟的角度出發(fā)，焦?fàn)t煤氣制甲醇的經(jīng)濟規(guī)模一般必須大于每年10萬t，目前我國設(shè)計的指標(biāo)一般為年產(chǎn)量在2000～2200 t每立方米之間。也就是說年產(chǎn)10萬t甲醇至少需要100萬t焦炭的規(guī)模。

焦?fàn)t煤氣制造天然氣的規(guī)模適用比較大，需要配套的焦炭規(guī)模為每年10萬t到數(shù)百萬噸的年產(chǎn)量。

3．4 產(chǎn)能規(guī)模

我國在2012年的甲醇裝置總產(chǎn)能為5200萬t，國內(nèi)已經(jīng)建成的和正在建設(shè)的焦?fàn)t煤氣制造甲醇的產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到年產(chǎn)量1000萬t，但是甲醇的配套裝置平均利用率還不到50%。

我國天然氣的市場需求比較旺盛，天然氣接收站和天然氣液化項目呈現(xiàn)出逐年遞增的現(xiàn)象，目前我國天然氣的液化產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到日產(chǎn)量1470萬t。預(yù)計到2020年我國的天然氣工廠的總產(chǎn)能將達(dá)到年產(chǎn)量750萬t。焦?fàn)t煤氣制造天然氣將突破新的歷史記錄。

3．5 技術(shù)成熟度分析

焦?fàn)t煤氣制造甲醇的技術(shù)在我國已經(jīng)有幾十年的歷史，技術(shù)運用相對比較成熟。焦?fàn)t煤氣制造天然氣的工藝是由西南化工研究院研發(fā)的。甲烷化工工藝具有產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)越條件，并且我國已經(jīng)引用了國外先進(jìn)的甲烷化工工藝。長期以來困擾我國的焦化企業(yè)的技術(shù)難題將在短時間內(nèi)得到解決，并且已經(jīng)在2012年建立多家大型焦?fàn)t煤氣制造天然氣的項目，正在朝著成熟化的方向發(fā)展。

3．6 未來發(fā)展趨勢分析

進(jìn)入新世紀(jì)，焦?fàn)t煤氣制造甲醇會因市場化的路徑發(fā)展速度，呈現(xiàn)出成本較低的優(yōu)勢，因而已經(jīng)成為我國焦?fàn)t煤氣綜合利用的主要方式。并且該種工藝屬于國家鼓勵的循環(huán)經(jīng)濟和節(jié)能減排項目，所以在我國國內(nèi)生產(chǎn)過剩和開工不足的情況下，仍然呈現(xiàn)出蒸蒸日上的趨勢。但是，長期來看我國焦?fàn)t煤氣如果下游市場得不到開發(fā)將制約其發(fā)展。液化天然氣已經(jīng)成為未來發(fā)展的必然趨勢。焦?fàn)t煤氣制造天然氣除了要依靠市場調(diào)節(jié)外還需要加入政策引導(dǎo)，避免出現(xiàn)價格混戰(zhàn)和行業(yè)虧損的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，提高焦炭產(chǎn)業(yè)的利用率和經(jīng)濟效益是焦炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。因此利用焦?fàn)t煤氣制造天然氣具有工藝簡單、投資較小、能耗低和投資回報率高的優(yōu)點，符合國家對清潔能源發(fā)展的要求，是未來小型冶煉焦炭企業(yè)發(fā)展的重點。

［1］李國忠，袁守敬，劉艷飛．焦?fàn)t煤氣制甲醇系統(tǒng)補氧的技改實踐［J］．煤化工，2014(1)．

［2］陳世通，文德國，蘇慶賀．焦?fàn)t煤氣制甲醇聯(lián)產(chǎn)合成氨運行總結(jié)［J］．氮肥技術(shù)，2013(5)．

［3］易群．焦?fàn)t煤氣－甲醇產(chǎn)業(yè)鏈延伸技術(shù)方案的經(jīng)濟分析［J］．化工學(xué)報，2014(3)．