焦炉煤气制取液化天然气

2011-02-09刘莹，马辉

河南化工 2011年12期

刘莹，马辉

(1.北京安瑞科新能能源科技有限公司，北京 100176;2.宣钢能源环保处，河北宣化 075100)

1 引言

我国是世界上最大的焦炭生产国，且产量一直呈增长趋势，如果按照生产1 t焦炭可产生430 m3焦炉煤气计算，2008年我国全年焦炉煤气发生量可达1 384.6亿m3，其中有70%左右的焦炉煤气用于企业自用、商用及城市居民用气，还有400多亿m3剩余的焦炉煤气由于没有外供对象，全部直接燃烧排放，这样不仅造成了大量的能源浪费，而且污染了周边环境。据专家计算，我国每年燃烧到大气中的焦炉煤气量，相当于国家“西气东输”设计年输气量的两倍以上［1］。

随着人们环保意识的不断加强及国家节能减排政策的提出，焦炉煤气的综合利用早已被提上日程，一些大型的炼焦企业建设了焦炉煤气制甲醇项目，并取得了良好的经济效益，为大型炼焦企业综合利用焦炉煤气找到了新方法。但中小焦化企业生产规模相对较小，焦炉煤气产量少，成本优势不明显，多家企业联合又困难，影响了焦化企业对焦炉煤气的综合利用。而焦炉煤气制取液化天然气为中小焦化企业解决了这一难题。

2 焦炉煤气制液化天然气工艺流程

与车用压缩天然气不同，液化天然气(LNG)目前国内还没有明确的技术标准。可以以进出口液化天然气质量评价标准(SN/T 2491-2010)作参考，其中液化天然气技术指标如表1所示。

表1 液化天然气技术指标

对达不到表1所列二级液化天然气质量指标的，评定为三级液化天然气。

焦炉煤气成分比较复杂，其中 CH4、CO、CO2、CnHm体积分数近40%，氢含量高(54% ～59%)，此外还含有少量N2、O2。为制得符合表1的产品标准，首先必须将焦炉煤气加以净化;其次，CO2、H2O体积分数必须满足后续制冷工艺不发生冰堵。焦炉煤气中CH4(含C2以上烃)的体积分数约为30%，可直接通过变压吸附(PSA)技术将CH4浓缩，但由于CH4浓度低，CO2又比CH4容易吸附，使产品中CO2浓度依然很高，这就需再增加一个脱碳装置或使用较多的吸附塔，这样使得CH4的收率很低，投资成本也很大，不经济［2-3］。

为了达到LNG的技术标准，可将焦炉煤气进行甲烷化处理，这样既可以提高焦炉煤气中CH4的含量，同时也降低了CO、CO2的含量。

焦炉煤气的流程示意如图1所示:

图1 焦炉煤气制LNG工艺流程示意图

2.1 焦炉煤气的净化

由于焦炉煤气组成复杂，故首先要经过净化，脱除其中的苯、萘、油雾、硫化氢等。一般焦炉煤气自焦化厂出来前已经进行了苯、萘、硫等的粗脱，此时的原料焦炉煤气只需进一步精脱，去除剩余的苯、萘、硫等，以防原料焦炉煤气在低温输送过程中出现管道冻堵及甲烷化过程中催化剂中毒失效。

焦炉煤气净化过程中硫的脱除对后续甲烷化反应有着至关重要的作用，一般精脱硫过程中，无机硫主要为H2S，可采用活性炭脱硫塔进行脱除，而有机硫则需在250～300℃下，进行加氢转化为无机硫，然后经高温氧化锌精脱硫塔进行脱除。

2.2 焦炉煤气甲烷化

甲烷化是焦炉煤气制取液化天然气中最重要的一环，因为焦炉煤气甲烷化程度的好坏直接影响甲烷的收率，也就直接影响产品的产量。

净化后的焦炉煤气进入甲烷化工序，在甲烷化反应器内进行甲烷化反应，根据处理焦炉煤气量的大小，甲烷化反应可进行单段甲烷化反应或多段甲烷化反应。

甲烷化催化剂多采用镍催化剂，甲烷化反应有等温过程及绝热过程，由于采用等温列管反应器，项目整体投资较大，且甲烷化反应过程中容易积炭，故中小型项目采用绝热甲烷化反应较好。目前，国内甲烷化催化剂做得较好的厂家主要有武汉科林精细化工有限公司、大连普瑞特化工有限公司、中科院等。其中，武汉科林的甲烷化催化剂已应用于实践生产装置中，且运行良好。

2.3 变压吸附(PSA)

经甲烷化反应后，焦炉煤气中CH4的含量可达60%以上，CO、CO2含量可达到制取LNG的净化要求，此时经过PSA分离，可将 CH4进一步浓缩至90%以上，副产H2也可达到工业氢的指标，此时的H2可直接进行销售，也可进一步生产化工产品，如制取H2O2，作为合成氨、苯加氢的原料等。

2.4 加压、制冷

焦炉煤气中的CH4经浓缩、提纯后，进一步加压，可采用混合制冷、膨胀制冷等方式进行液化，从而制取产品LNG。

3 焦炉煤气制取液化天然气前景分析

由于天然气市场大多在内地，焦化厂也大多在内地，接近市场，因此焦炉煤气制取LNG运输成本将大幅降低，焦炉煤气价格低廉，大大低于现有天然气井口价格，生产成本主要是能耗成本，所以生产出来的LNG在价格上也非常有竞争力。在政策方面，国家大力支持节能减排，鼓励企业对焦炉煤气综合利用，禁止以大中型气田所产天然气为原料建设液化天然气项目，限制了天然气液化厂的建设，减少了市场的竞争。因此利用焦炉煤气生产LNG市场前景广阔。