焦炉煤气制LNG与制甲醇的成本与效益对比分析

【摘 要】论文旨在通过对比焦炉煤气制液化天然气（LNG）与制甲醇这两种工艺的成本与效益，探讨其在经济效益与环境效益方面的差异和优势。焦炉煤气作为焦化工艺过程中的副产品，其高效利用对于实现资源循环和减少环境污染具有重要意义。论文基于现有文献数据和行业设计实践，对焦炉煤气制LNG与制甲醇的工艺流程、成本构成及效益进行详细分析，以期为相关企业提供决策参考。

【关键词】焦炉煤气；LNG；甲醇；成本；效益；对比分析

【中图分类号】TQ522.61 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2024）08-0104-03

1 引言

焦炉煤气是煤炭通过高温（1 050～1 150 ℃）热解干馏得到的一种气体混合物，其主要成分有氢气、甲烷、一氧化碳等，具有较高的利用价值。目前，焦炉煤气的主要利用途径包括直接燃烧供热、发电以及化工原料转化等。其中，焦炉煤气制LNG和制甲醇因其高效、清洁的特点而受到广泛关注，且工艺技术已相当成熟。本文从成本与效益两个维度，对焦炉煤气制LNG与制甲醇进行对比分析[1]。

2 工艺流程概述

2.1 焦炉煤气制LNG

焦炉煤气制LNG工艺是一个复杂而精细的过程，主要包括压缩、预净化、精脱硫、甲烷化反应和液化等关键步骤。其中，在预净化阶段，主要任务是去除煤气中的杂质，如焦油、苯、萘等，以确保后续工艺的顺利进行。接着是精脱硫阶段，通过湿法或干法脱硫工艺，进一步净化气体，去除硫化物和二氧化碳，为甲烷化反应创造良好条件。甲烷化反应是核心步骤，将一氧化碳和二氧化碳与氢气在催化剂作用下反应生成甲烷。最后是液化阶段，通过制冷流程将甲烷气体转化为液化天然气（LNG），实现资源的有效利用和环境的保护。

2.2 焦炉煤气制甲醇

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焦炉煤气制甲醇工艺是一个高效利用资源的复杂过程。首先，预净化阶段是关键一步，通过物理或化学方法去除煤气中的硫化物、氮化物、灰尘等杂质，确保后续工艺不受污染影响；其次，进入合成气制备阶段，利用变换反应、部分氧化或蒸汽重整等技术，将焦炉煤气中的烃类转化为主要由一氧化碳和氢气组成的合成气，这是甲醇合成的关键原料；再次，在甲醇合成塔中，以特定的催化剂为媒介，合成气在高温高压下发生化学反应，生成甲醇和水；最后，精馏工艺通过加热、蒸发、冷凝和分离等步骤，将甲醇从反应混合物中提纯出来，得到高纯度的甲醇产品[2]。

3 焦炉煤气制LNG与制甲醇的成本对比分析

3.1 原料成本

焦炉煤气作为焦炉生产过程中产生的副产品，同时作为制LNG与制甲醇两种工艺的主要原料，其成本构成及波动情况对最终产品的生产成本具有直接影响。

首先，焦炉煤气的成本相对较低。这是因为焦炉煤气作为焦化工业的副产品，其生产过程中已经分摊了部分固定成本和变动成本，焦炉煤气的生产成本仅占焦化工业总成本的10%～15%。当焦炉煤气被用作其他化工产品的原料时，其成本通常只包括收集、净化、输送等后续处理费用，而不包括焦化生产过程中的全部成本。这些后续处理费用占焦炉煤气总成本的30%～40%。因此，相对于其他原料而言，焦炉煤气的成本具有一定的优势。

其次，焦炉煤气的具体价格受市场供需关系的影响。根据近年来的市场数据，焦炉煤气的价格波动范围在每立方米0.2～0.5元。市场需求增加时，如冬季取暖季节或工业生产高峰期，焦炉煤气的价格可能上涨至每立方米0.4～0.5元；反之，在市场需求减少的淡季，价格可能下降至每立方米0.2～0.3元。因此，企业在利用焦炉煤气作为原料时，需要密切关注市场动态，以便及时调整生产策略，应对原料价格的波动。

最后，原料供应的稳定性和连续性是影响焦炉煤气成本的重要因素。如果焦炉煤气的供应不稳定，可能导致生产过程的中断或延误，从而增加生产成本。因此，企业在选择利用焦炉煤气作为原料时，需要确保原料供应的稳定性和连续性，以降低生产成本风险。

3.2 生产过程成本

3.2.1 焦炉煤气制LNG的成本分析

①预处理与净化成本。在焦炉煤气制LNG的过程中，预处理与净化步骤占据了较大的成本比重。这些步骤主要包括脱焦油、预净化和精脱硫3个关键环节。脱焦油作为首要任务，旨在去除煤气中的重质烃类及杂质，为后续处理奠定基础，但其复杂的物理和化学过程往往伴随着较高的能耗和设备磨损。预净化则进一步细化处理，通过吸附、过滤等方法去除煤气中的尘埃、悬浮物及部分有害成分，以保证后续工序的稳定运行。然而，最为关键且成本高昂的莫过于精脱硫过程。此过程要求极高，必须彻底去除煤气中的硫化物，以免在后续的甲烷化反应中生成硫化氢等有害物质，影响LNG的品质和安全性。因此，精脱硫不仅需要采用高效、专用的化学试剂，如脱硫剂，还需配备精密的工艺设备和严格的监控系统，以确保脱硫效果达到要求。这些措施无疑大幅增加了整个预处理与净化阶段的成本，是焦炉煤气制LNG过程中不可忽视的经济考量。

②甲烷化反应成本。甲烷化反应作为焦炉煤气制LNG的核心环节，其成本构成复杂且关键。该反应不仅是一个强放热过程，需要有效管理大量产生的热量，还依赖于高性能的催化剂来确保反应的高效进行。为了维持反应温度的稳定并防止过热导致的催化剂失活或设备损坏，通常采用副产中压蒸汽的方式来移除反应热。这一措施虽然增加了初始的设备投资和运行成本，但副产的中压蒸汽可以作为其他工艺流程的热源，实现能源的梯级利用和回收，从而在一定程度上降低了整体成本。催化剂的选择和使用是影响甲烷化反应成本的另一大因素[3]。从工业实践来看，进口催化剂因其优异的活性和稳定性，往往能提供更高效的反应效果，但这也直接导致了反应成本的上升。

③液化成本。液化过程是将甲烷气体转化为液态天然气（LNG）的核心技术环节，其成本虽高但至关重要。该过程依赖于先进的液化设备和高效的制冷剂，这些设备和技术的引进与应用，无疑增加了生产过程中的直接成本。然而，液化后的LNG不仅体积大幅缩小，便于远距离运输和大规模储存，而且其高热值特性使得单位体积的能量密度远高于气态甲烷，从而显著提升了能源利用效率和经济效益。此外，随着全球对清洁能源需求的不断增长，LNG作为优质、环保的能源载体，其市场需求日益旺盛。因此，尽管液化成本较高，但综合考虑LNG的储运便利性、高能量密度以及广阔的市场前景，液化过程依然是焦炉煤气制LNG工艺中不可或缺且经济可行的关键步骤。

3.2.2 焦炉煤气制甲醇的成本分析

①合成气制备成本。焦炉煤气制甲醇的合成气制备阶段是一个关键步骤，主要包括脱除多余的二氧化碳和硫化物等过程。这一阶段的成本相对较低，主要得益于所需的化学试剂和工艺设备的相对简单性。具体来说，通过采用适当的化学试剂如氢氧化钠溶液进行脱硫处理，以及采用物理吸收或化学吸收法进行脱碳处理，可以有效地脱除煤气中的多余成分，从而制备出适合甲醇合成的合成气。在实际操作中，通过精确控制合成气的成分和比例，如调整氢气与一氧化碳的摩尔比为2∶1，可以优化甲醇的合成反应，使甲醇的产率提高约10%，纯度达到99.5%以上。这不仅有助于提升甲醇的市场竞争力，还能满足不同行业如化工、医药等对甲醇质量的严格要求。同时，合成气制备阶段的成本也相对可控。由于所需的化学试剂和工艺设备相对简单，因此，该阶段的投资成本较低，大约占总生产成本的20%。此外，通过优化工艺参数和操作条件，如提高反应温度至250～300 ℃、增大反应压力至5～10 MPa，可以进一步降低能耗、物料消耗，从而降低生产成本。

②甲醇合成与精馏成本。甲醇合成反应是焦炉煤气制甲醇工艺中的核心步骤。这一反应过程需要催化剂来促进反应的进行，常用的催化剂如铜基催化剂，能够显著提高反应速率，并确保反应能够在相对温和的条件下进行，通常反应温度控制在200～300 ℃，压力在5～10 MPa。同时，该反应需要一定的能源输入，如蒸汽或电力，以提供反应所需的温度和压力条件，能源消耗约占整个合成阶段成本的30%。尽管催化剂的使用和能源的消耗会增加生产成本，但甲醇合成反应的效率和产量通常较高，转化率可达95%以上。这意味着在大量生产的情况下，单位甲醇的生产成本可以保持在适中水平，范围在每吨2 000～3 000元，从而使得整体工艺在经济上具有可行性。精馏过程是为了进一步提纯甲醇产品，去除其中的杂质和副产物，如水分、二甲醚等，以确保最终产品的质量和纯度。通过精馏过程，可以得到纯度高达99.9%以上的甲醇产品，满足不同行业如化工、医药、燃料等对甲醇质量的严格要求，从而提升产品的市场竞争力。精馏后的甲醇产品售价通常比未精馏的产品高出10%～15%，进一步证明了精馏过程的经济价值。

③综合成本。在全面考虑原料成本、生产过程成本以及折旧、人工等其他费用后，可以发现焦炉煤气制LNG的成本通常要高于制甲醇。这一结论的得出，主要归因于制LNG工艺流程中甲烷化、液化过程的高能耗和复杂工艺。焦炉煤气作为原料的成本相对较低，每吨在500～800元，但在制LNG的过程中，需要经过预处理、净化、精脱硫、甲烷化反应及液化等多个步骤。其中，液化过程是一个高能耗的环节，需要消耗大量的能源来将甲烷气体转化为液态，能源消耗约占整个生产过程的40%，这使得生产成本显著增加。相比之下，焦炉煤气制甲醇的过程虽然也需要经过合成气制备、甲醇合成与精馏等步骤，但工艺相对简单，能耗也较低，能源消耗约占整个生产过程的30%。尤其是甲醇合成反应，其效率和产量通常较高，转化率可达95%以上，使得整体成本适中，产品成本在每吨2 000～3 000元。

4 焦炉煤气制LNG与制甲醇的效益对比分析

4.1 产品价格与市场需求分析

LNG作为清洁能源，在国内外市场上展现出强劲的需求，其价格相对稳定且维持在较高水平。这一态势的形成，主要受益于全球范围内对环保和可持续发展的日益重视。随着全球对减少温室气体排放、改善空气质量的追求，清洁能源的需求不断增长，而LNG作为其中的佼佼者，自然受到了广泛的关注和青睐。这种广泛的关注和需求推动了LNG在运输、工业和民用领域的广泛应用，进一步巩固了其在市场上的地位。

与此同时，甲醇作为基础化工原料，尽管也在多个行业中得到广泛应用，如化工、医药、燃料等，但其市场价格受到供需关系的较大影响，波动较为频繁。这种价格波动主要源于甲醇的生产和消费受到多种复杂因素的交织影响。首先，原材料价格的波动会直接影响甲醇的生产成本，进而影响其市场价格，通常原材料成本占甲醇生产成本的60%以上。其次，生产技术的不断变革也可能导致甲醇市场的供需关系发生变化，从而影响其价格。新技术的涌现使得甲醇的生产效率提高了约15%，但也可能导致市场供应过剩。最后，市场需求的变化莫测也是导致甲醇价格波动的重要因素。未来几年，甲醇行业供需端虽然继续保持扩张态势，但新建审批项目有限且行业整体盈利性差，导致新增产能释放缓慢，而且甲醇行业存在一定区域过剩的局面。由于这些复杂因素的影响，甲醇市场的价格往往难以预测，为投资者带来了一定的市场风险。

4.2 经济效益分析

尽管焦炉煤气制LNG的成本相对较高，主要体现在制LNG工艺流程中甲烷化、液化过程的高能耗和复杂工艺上，然而，由于其市场价格由前几年的持续走高到现在的逐渐趋于相对稳定，且长期保持在较高水平，焦炉煤气制LNG的经济效益通常优于制甲醇。在全球范围内，随着国家对环保政策的日渐关注和可持续发展理念的不断深入，LNG作为清洁能源的需求也不断增长，特别是在长途运输和国际贸易中，LNG的储运效率高，能够大幅降低运输成本和时间，使得其在这些领域具有显著的优势。

相比之下，甲醇虽然作为基础化工原料广泛应用于多个行业，但其市场价格受供需关系影响较大，波动较为频繁。近年来，随着国家环境保护力度的加大和绿色可持续发展理念的深入，普通甲醇的价格波动不仅影响了甲醇市场的稳定性，也使得甲醇的经济效益存在一定的不确定性。人们寻求更环保、更节能的绿色甲醇产品，使得普通甲醇的市场受到一定的影响。在供需关系紧张或原材料价格上涨的情况下，甲醇的生产成本可能有所上升，从而导致经济效益下降，尤其是在经济波动较大的时期，甲醇市场的盈利状况可能更加不稳定[4]。

因此，从经济效益的角度来看，考虑到市场需求、价格稳定性以及长期发展趋势，焦炉煤气制清洁能源LNG通常在市场价格、能源环保、国家政策等方面更具吸引力。

4.3 环境效益分析

从环境效益的角度来看，在全球气候变化和环境污染问题日益严峻的背景下，减少温室气体排放、改善空气质量成为全球共识。LNG作为清洁能源，其使用可以大幅度减少温室气体的排放。LNG燃烧产生的二氧化碳排放量比传统煤炭燃烧低约50%，这对于改善空气质量具有积极作用。LNG的清洁环保特性，即其燃烧过程中产生的污染物极少，使其成为能源转型和减少碳排放的重要选择。相关研究显示，LNG燃烧产生的硫氧化物比煤炭低约99%，颗粒物排放量更是几乎为零。这一特性不仅有助于缓解全球气候变化带来的压力，还能促进企业循环产业发展，显著改善当地空气质量，保护人们免受空气污染带来的健康风险。

相比之下，甲醇虽然燃烧产生的二氧化碳低于直接燃烧煤炭，是一种相对清洁的能源，但相对于LNG而言，甲醇的燃烧仍然会产生一定的二氧化碳排放，而且其生产过程中也可能产生一些污染物。

因此，在全面考虑能源使用的环境效益时，LNG的优势更为明显。其不仅有助于大幅减少温室气体排放、显著改善空气质量，而且能够助力企业循环经济发展，推动能源结构的转型和可持续发展。

5 结论

焦炉煤气制LNG与制甲醇在成本与效益方面各有优劣。从经济效益角度看，焦炉煤气制LNG的成本通常高于制甲醇，但其较高的经济收益也从侧面说明了其相对较高的成本是与其高回报相对应的，其市场价格和储运效率也更具优势；从环境效益角度看，二者均有助于减少温室气体排放，但LNG表现更佳。对此，建议相关企业根据自身资源条件、市场需求及环保政策等因素，灵活选择焦炉煤气的利用途径，合理制定产品方案，充分实现资源的高效利用。同时，政府可以加大政策支持力度，推动焦炉煤气的高效利用和清洁能源发展，以实现经济、社会和环境的协调发展。

【参考文献】

【1】王太炎.焦炉煤气：发电、制氢、生产甲醇、生产直接还原铁等不同利用方式技术经济比较[C]//2005中国煤炭加工与综合利用技术、市场、产业化信息交流会暨发展战略研讨会论文集.北京：国家级大型行业性综合期刊《煤化工》编辑部，2005.

【2】刘建卫，张庆庚.焦炉煤气生产甲醇技术进展及产业化现状[J].煤化工，2005（5）：16-19.

【3】丰恒夫，罗小林，熊伟，等.我国焦炉煤气综合利用技术的进展[J].武钢技术，2008（4）：55-58.

【4】李玉林，胡瑞生，白雅琴.煤化工基础[M].北京：化学工业出版社，2006.