焦炉煤气制甲醇与制天然气的对比研究

2014-04-17张厚钢张彦强

技术与市场 2014年6期

张厚钢，张彦强

(山西焦煤集团五麟煤焦开发有限责任公司，山西汾阳032200)

0 引言

我国焦炭产能已经可以达到年产4亿t，焦炭消耗总量大约为3．8亿t。目前我国钢铁产业逐渐进入疲软状态，很多钢铁企业出现了大面积的亏损。焦炭企业焦炉煤气综合利用效果良好能够转化为化工产品，对于焦炉煤气深加工是非常重要的出路。如果每吨焦炭可以产生320 m2的焦炉煤气，剩余的大部分煤气就可以转化为化工产品，从而提高企业的利润率。因此对焦炉煤气制甲醇与天然气的对比分析是非常重要的。

1 我国焦炉煤气的概况

焦炉煤气就是指焦炭经过焦炉高温干馏后与焦炭和焦油合成而产生的一种可以燃烧的气体，在一定程度上说，焦炉煤气是焦炭提炼的副产品。通常情况下所说的焦炉煤气就是指经过车间脱焦、脱硫、脱氨、脱苯之后的焦炉煤气，焦炉煤气的主要成分是甲烷和氢气。2012年我国的焦炭产量4亿多t，其中约1亿t来自于钢铁联合企业，其他的都来自于独立的焦化产业。这些独立的焦化产业主要分布在山西、河南、山东和云南地区，其中山西是我国最大的焦炭聚集地，每年可以为我国提供高达1700亿方焦炉煤气。

每吨焦炭大约会产生320 m2的焦炉煤气，这些焦炉煤气中约有一半可以用于焦炉回炉，其余的焦炉煤气必须经过净化处理。还有很多企业所产生的焦炉煤气不能被直接燃烧排放，给我国的能源造成了大量的浪费，并且在一定范围内造成了环境污染。

2 我国焦炉煤气的综合利用分析

2．1 可以用作工业或其他企业的燃料

在工业和民用燃料方面，工业生产中金属镁的制造中可以使用焦炉煤气，同时也可以加入城市供气管中作为居民日常的燃料用气。发电方面，焦炉煤气可以代替很多材料作为燃料进行发电。化工原料方面，焦炉煤气经过化学处理可以生成尿素和甲醇等，作为化工原料;同时也可以合成生产很多清洁燃料在炼铁和锻造铁的车间作为还原剂。焦炉煤气的主要成分为氢气和甲烷，可以用作原材料来制造氢气，当前制造氢气主要采用的方法是变压吸附法;最后，可以合成天然气。这项技术是一项新技术，应用该种技术可以将合成的天然气输送到居民的煤气管道中，也可以加工成为压缩天然气，从而解决城市居民的用气问题。

2．2 焦炉煤气制造甲醇

甲醇在工业生产中具有非常广泛的用途，它是最基本的有机原料和燃料。焦炉煤气生产甲醇的过程中最为重要的步骤就是将焦炉煤气中甲烷首先转化为氢气和一氧化碳。当前国内在这方面已经探索出了一条成熟的路径，可以将纯氧部分的氧气制造出甲醇。另外，我国还成功探索出了催化和非催化工艺。

焦炉煤气制甲醇的工艺流程，主要包括压缩、、精脱硫、转化、甲醇合成、甲醇精馏等。其中甲烷转化技术可以将非催化部分转化为氧化部分。我国目前所采用的纯氧催化部分的工艺比较简单，但是却具有反应速率快、转化率高、投资小的特点。我国现在具有此类生产线的企业已经多达40多家，年生产能力在600万t以上。

具体的工艺流程为:焦炉煤气经过焦化厂运送至气柜，利用压缩机提压至脱硫剂中，然后在托氧化脱硫剂的作用下，使焦炉煤气中的有机硫和无机硫下降到一定的压力之下。经过催化部分氧化转化为焦炉煤气中的甲烷气体，然后运送到一定压力下的醇合成塔内有铜触媒的条件下，经加氢反应制得粗甲醇。转化反应需要氧气有配套的空分装置提供，主要包括脱盐水、循环水和仪表空气系统。

2．3 焦炉煤气生产天然气的工艺分析

众所周知，天然气是最为清洁的能源，自从全球的环保意识提高以来，天然气在能源中的应用比例不断上升，已经成为全球能源增长最迅速的行业之一。近年来天然气的生产和交易日益活跃，天然气已经成为一大稀缺能源，正在朝着世界油气工艺新高度的方向发展。利用剩余的焦炉煤气生产清洁能源天然气，具有十分可观的经济效益和社会效益。焦炉煤气制造天然气的工艺流程主要有煤气净化、甲烷化、分离、加压和液化等部分。

具体工艺流程为:焦炉煤气首先在脱硫剂的选择性吸附作用下，会有很多无机硫被脱除。其次在预处理吸附剂的作用下会将苯和其他物质脱除。然后在中温度的水中产生催化作用，预处理后的焦炉煤气中的有机硫会在水解的作用下转化为无机硫。水解后的焦炉煤气需要采用干燥工艺将焦炉煤气中水分干燥。干燥后的焦炉煤气中的水杂质就会吸附在净化剂中。焦炉煤气中的氢气就会有选择性地渗透到纤维中，然后就会产生富甲烷气体，富甲烷气经过液化和精馏作用就会液化出天然气。

3 焦炉煤气制甲醇与制天然气的对比分析

3．1 工艺分析

焦炉制造甲醇的的工艺流程比焦炉制造天然气的工艺流程更为复杂。需要经过的步骤比较多、数据的精确度要求比较高。

3．2 能耗分析

甲醇的能耗和焦化企业的焦炭产能有密切关系，如果焦炭的产能较小，用焦炉煤气生产甲醇的能耗就会相应增加。焦炉煤气在制造天然气的过程中，很大一部分的氢气都会在液化之前被脱除，因而不能参与到甲烷化的过程中，并且在低温分离的过程中氢气会被吸附在杂物上，这些工艺流程都会大大降低焦炉煤气制造天然气的能耗。

3．3 装置规模分析

从经济的角度出发，焦炉煤气制甲醇的经济规模一般必须大于每年10万t，目前我国设计的指标一般为年产量在2000～2200 t每立方米之间。也就是说年产10万t甲醇至少需要100万t焦炭的规模。

焦炉煤气制造天然气的规模适用比较大，需要配套的焦炭规模为每年10万t到数百万吨的年产量。

3．4 产能规模

我国在2012年的甲醇装置总产能为5200万t，国内已经建成的和正在建设的焦炉煤气制造甲醇的产能已经达到年产量1000万t，但是甲醇的配套装置平均利用率还不到50%。

我国天然气的市场需求比较旺盛，天然气接收站和天然气液化项目呈现出逐年递增的现象，目前我国天然气的液化产能已经达到日产量1470万t。预计到2020年我国的天然气工厂的总产能将达到年产量750万t。焦炉煤气制造天然气将突破新的历史记录。

3．5 技术成熟度分析

焦炉煤气制造甲醇的技术在我国已经有几十年的历史，技术运用相对比较成熟。焦炉煤气制造天然气的工艺是由西南化工研究院研发的。甲烷化工工艺具有产业化的优越条件，并且我国已经引用了国外先进的甲烷化工工艺。长期以来困扰我国的焦化企业的技术难题将在短时间内得到解决，并且已经在2012年建立多家大型焦炉煤气制造天然气的项目，正在朝着成熟化的方向发展。

3．6 未来发展趋势分析

进入新世纪，焦炉煤气制造甲醇会因市场化的路径发展速度，呈现出成本较低的优势，因而已经成为我国焦炉煤气综合利用的主要方式。并且该种工艺属于国家鼓励的循环经济和节能减排项目，所以在我国国内生产过剩和开工不足的情况下，仍然呈现出蒸蒸日上的趋势。但是，长期来看我国焦炉煤气如果下游市场得不到开发将制约其发展。液化天然气已经成为未来发展的必然趋势。焦炉煤气制造天然气除了要依靠市场调节外还需要加入政策引导，避免出现价格混战和行业亏损的现象。