焦炉煤气转化利用现状摘要：焦炉煤气是大吨位能源资源和化工原料,充分利用对环境保护和经济发展有着重大作用。

分析了我国焦化工业及焦炉煤气的利用现状，介绍了焦炉煤气作为燃料、合成气和苯加氢装置的氢源等面的使用现状: 指出了焦炉煤气在燃气发电、合成甲醇和生产海绵铁用还原性气体等领域的应用前景。

关键词：焦炉煤气转化利用现状1 焦化工业和焦炉煤气利用现状1.1 焦化工业概况焦化是中国煤炭化工转化的最主要方式。

在煤的非燃料利用中,炼焦用煤占70%以上,数量最大。

中国从1991年焦炭产量达到7350万t跃居世界产焦第一位以来,焦化工业一直快速发展。

2004年,中国焦炭产量2.09亿t,耗煤5.3亿t。

中国焦炭产量占全球焦炭生产总量的49.7%。

中国是世界上第一焦炭生产大国。

中国焦炭出口遍及世界主要地区,对世界焦炭市场影响较广。

2003年从中国进口焦炭量在50万t以上的国家有:日本291万t、巴西214万t,印度118万t、意大利117万t、美国91万t、比利时76万t、荷兰72万t、法国64万t、南非61万t。

2003年中国焦炭出口贸易量约占全球焦炭出口贸易量的56.44%左右。

2004年中国出口焦炭1501万t,比2003年增长2.0%。

几年来中国保持全球第一位焦炭贸易大国。

中国焦炭消费量稳定在 1.5~1.9亿t。

2003年焦炭消费达 1.63亿t,2004年焦炭消费1.94亿t。

中国焦炭消费居全球之首。

焦炭是我国国民经济各部门尤其是钢铁工业的主要原材料。

1999年钢铁工业消费的焦炭产量约占国民经济各部门焦炭消费总量的74%。

2003年钢铁工业消费焦炭13580万t,占全国消费焦炭量的83.3%。

中国是全球第一位焦炭消费大国。

2004年底中国焦炭生产企业1304家,焦炉2710座,总生产能力 2.4亿t,在建焦炉245座,总生产能力1.2亿t,焦炭总生产能力在近两年内将达到3.6亿t 。

2004年我国焦炭总消费量为 1.94亿t。

根据2005年1~4月份粗钢增产24.8%估算,2005年粗钢产量将达到3.39亿t,按焦比0.674估计,2005年需焦炭量约2.28亿t。

但是2005年焦炭生产能力可能达到 3.3亿t,焦炭生产能力比需求量超28.18%。

近几年,焦化行业盲目扩张,产能过剩,焦化行业面临压力,需认真调整。

1.2 焦炉煤气利用状况随着焦化工业的迅速发展,焦炉煤气已成为一种大吨位能源和化工资源。

焦炉煤气产率与入炉煤的挥发分相关,随挥发分增加焦炉煤气产量也增加,每吨干煤产生的净煤气量为300~400Nm3。

一般情况下1.30~1.40t干煤生产1t焦炭。

吨焦的产气量约为470Nm3。

2004年全国焦炭产量达2.0873亿t,焦炉煤气的资源总产量达980亿Nm3。

焦炉煤气资源可分为三大类:（1）已利用资源（2）可利用资源(机焦炉已收集的煤气资源)（3）潜在可利用资源(土焦、改良焦炉等还没有收集的煤气资源和现已利用将来被天然气取代的煤气资源)不同类型焦化企业所产生煤气的利用状况不同。

根据焦化企业煤气利用状况,焦化企业可分成四种类型:（1）钢铁企业附属焦化企业（2）以城市煤气气源焦化企业（3）以生产焦炭为主的独立焦化企业（4）土焦改良焦焦化企业钢铁企业附属焦化企业和城市煤气气源焦化企业是我国焦化企业的中坚。

我国钢铁企业附属焦化企业大多采用复热式焦炉且用高炉煤气加热,焦化过程生产的焦炉煤气都被用于轧钢等需高热值煤气的工艺中。

国务院发展研究中心信息网报道,1990年、1995年和2000年钢铁联合企业焦化厂的焦炉煤气利用率分别达到97.21%、98.14%和98.00%。

2005年焦炉煤气利用率目标是99.00%。

钢铁企业附属焦化厂的煤气资源属已利用资源。

2003年,钢铁企业附属焦化厂生产焦炭5570万t。

按2004年机焦增长比例17.42%估算,2004年钢铁附属化厂生产焦炭6540万t,产焦炉煤气约307.4亿Nm3,可以认为这部分焦炉煤气已全部利用。

城市煤气气源焦化企业是以供城市煤气为目标而建的大型机焦企业。

大型机焦炉所产焦炉煤气约48%用于焦炉自身加热,(部分焦化厂用焦炉煤气和水煤气混合气进行焦炉自身加热),其余部分52%外输用作城市民用燃料。

大中城市煤气气源焦化厂生产的煤气一般供不应求。

这部分煤气资源也是已利用资源。

2003年城市煤气气源焦化厂的焦炭产量为1788万t,以2004年机焦增产17.42%估算,2004年产焦炭2099万t,产煤气约98.7亿Nm3。

目前,城市煤气气源厂的98.7亿Nm3煤气为已利用资源。

但是,随着西气东输工程的实施,城市民用焦炉煤气将被天然气取代,其中外输煤气51.3亿Nm3 将成为待利用资源。

但焦炉自身加热用煤气约47.4亿Nm3仍为已利用资源。

独立焦化厂约有48%的焦炉煤气用于自身加热,约52%的焦炉煤气剩余。

2004年独立焦化厂机焦产量约10064万t,产焦炉煤气426.5亿Nm3,其中,自身加热用煤气205亿Nm3,剩余煤气221.5亿Nm3中用于发电、合成氨、合成甲醇、金属镁和建材生产消费约20亿Nm3,其余201.5亿Nm3煤气被浪费(外排点天灯),所以独立焦化厂已利用资源225亿Nm3,可利用煤气资源201.5亿Nm3。

2004年土焦和改良焦产量3140万t,产煤气147.6亿Nm3。

土法炼焦及大多数改良焦炉不回收煤气和化学产品,除炼焦自身加热所需煤气70.8亿Nm3外,剩余煤气为待利用煤气,其量为76.8亿Nm3。

总之,目前我国年煤气资源980亿Nm3,年已利用煤气701亿Nm,年浪费焦炉煤气278.3亿Nm3。

在浪费资源中目前可利用资源201.5亿Nm3,潜在可利用资源76.8Nm随着天然气进市还有51.3亿Nm3焦炉煤气待开发利用。

2 焦炉煤气的应用前景由于焦炉煤气是高热值燃料，在钢铁联合企业中，焦炉煤气作为轧钢厂的燃料使用，因需求量大曾使焦炉煤气供应紧张。

但近几年来，钢铁联合企业普遍采取节能降耗措施，充分回收利用高炉煤气和转炉煤气，不仅顶替了大量的焦炉煤气，还使焦炉煤气由短缺转变为过剩。

对于独立的焦化厂或煤气厂，除焦炉自身加热需消耗50％~55％的焦炉煤气外，外送煤气因受到天然气液化气的挑战，正在积极开发焦炉煤气的综合利用技术。

可以预计随着技术的进步、科技的发展和国家经济实力的提高，焦炉煤气的应用前景将会越来越广。

2.1 焦炉煤气用于发电。

焦炉煤气可通过蒸汽、燃气轮机和内燃机等 6 种方式发电。

蒸汽发电机组由锅炉、凝汽式汽轮机和发电机组成。

即以焦炉煤气作为蒸汽锅炉的燃料产生高压蒸汽，带动汽轮机和发电机组发电。

此技术成熟可靠，已在国内焦化行业中广泛应用。

但也存在系统复杂、占地大和启动时间长等问题。

2.2 焦炉煤气生产甲醇。

焦炉煤气中的氢含量超过50％，只要将焦炉煤气中的甲烷转化成CO和H2即可满足甲醇合成气的要求。

因氢气还有富余，可由高炉煤气或转炉煤气提供CO和CO2，为焦炉煤气合成甲醇提供了最佳气源。

以焦炉煤气为原料制取甲醇的工艺流程。

甲烷转化的反应：CH4＋O2→CO2＋2H2CH4＋H2O→CO＋3H2CH4＋CO2→2CO＋2H2防积碳反应：C＋H2O→CO＋H2甲醇合成反应：CO＋2H2→CH3OHCO2＋3H2→CH3OH＋H2O2.3 用焦炉煤气还原生产海绵铁。

由于高炉存在生产成本高和环境污染严重等难题，因此促进了直接还原铁生产工艺的发展。

直接还原铁的生产技术已非常成熟，可分为两大类，一类用天然气作为还原剂的气基竖炉生产工艺，产量约占还原铁总产量的92％；另一类是以煤为还原剂的煤基回转窑生产工艺，其产量约占8％。

2002年，全世界直接还原铁产量约4500万 :，相当于世界生铁总产量的7.46％。

直接还原铁生产技术的关键是还原性气体的制备，而焦炉煤气中氢和甲烷含量分别超过50％和20％，只需将焦炉煤气中甲烷热裂解，即可制得廉价的还原性气体，直接还原生产海绵铁。

早在20世纪60年代,本钢第二焦化厂率先开发成功了焦炉煤气热裂解后用于生产合成氨和尿素的技术，说明用焦炉煤气热裂解技术制备直接还原铁所需的还原性气体是可行的。

2004年初，我国某钢铁企业在墨西哥的直接还原铁厂进行了焦炉煤气直接还原铁的工业试验，我们期盼着世界上第一套以焦炉煤气直接还原铁的生产装置早日试验成功。

2.4 焦炉煤气制氢。

焦炉煤气含氢 55%~60%,采用变压吸附技术(PSA）可从焦炉煤气中提取高纯度(99.9%左右)的氢。

也可将焦炉煤气重整转化为合成气(CO+H2),再通过水煤气变换反应CO2+H2O→CO+H2,将焦炉煤气转化成为 H2气。

氢气是重要的化工原料之一。

氢气可用于石油化工加氢裂解。

氢可用于粗苯加氢精制过程,以生产高质量的苯、甲苯、二甲苯(BTX)等产品。

在电子工业中,氢是制取半导体材料———硅的重要材料。

气象上氢用于探空气球。

氢已成为运载火箭航天器的重要燃料之一。

可达到零排放的无污染高效氢燃料电池动力汽车已投入试验运行,世界各大汽车公司已陆续推出该类型汽车样本。

中国自行研制的氢燃料电池汽车亦将完成。

氢的应用日益扩大。

用变压吸附方法从焦炉煤气中提氢技术已成熟。

西南化工设计院等国内多家公司都能提供成套制氢设备和完善的服务;单机提氢能力达到1万m3/h,氢气纯度保证99.95%以上,最高的可达到99.995%,可以适合各种不同的场合。

从焦炉煤气中提氢,较之其他制氢方法在制造成本上也有着显著的优势。

中煤焦化控股有限责任公司已运行一套500m3/PSA制氢装置。

每立方米纯氢的加工费用仅为 0.23元,如果把煤气消耗也计入成本,氢的制造成本约 0.75元/m3,低于电解水制氢的成本,与烃类水蒸气转化制氢、含氢化合物裂解制氢等方法相比同样具有较强的竞争力。

3 结束语（1）随着焦化工业的发展和西气东输工程的实施,焦炉煤气已成为大吨位能源资源和化工原料,充分利用这一资源对环境保护和经济发展有重大促进作用。

（2）焦炉煤气利用是焦化产品的深加工,其经济效益能促进焦化工业的健康发展。

但从整体来看项目投资大,建议政府和相关部门在焦炉煤气的利用方面给予政策支持。

（3）焦炉煤气含 H2高,是宝贵的化工原料和氢源。

焦炉煤气用于化工合成和提氢经济效益高。

提倡焦炉煤气化工利用和作为氢源利用。

（4）以焦炉煤气和气化煤气为源的多联产有广阔的发展前景。

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