国内焦炉煤气现状及综合利用情况一、焦炉煤气资源利用现状2010年全国焦炭产能预计3.7亿吨，焦炉煤气产量1500多亿方/年，全国约有焦化企业2000多家，其中1/3为钢铁联合企业，2/3为独立焦化企业；而独立焦化企业主要分布在山西、河南、山东、云南、内蒙等地，其中山西为世界上焦炭最大聚集地。

山西焦炭产能约占全国22%，近期坚持焦化并举，淘汰落后产能，实施总量控制（1.4亿吨），为焦炉气综合利用市场提供良好发展环境；全省焦化投资预计330亿，将继续规范吕梁、临汾两大焦化产业基地，完善30个产焦百万吨的重点企业，孕育良好的焦炉气制甲烷市场契机；2020年，将在介休、孝义等地建设十大焦炉气综合利用园，并在河津、清徐建设两个焦炉气制甲烷示范项目(形成规模10亿m3/a)；山西、河南、山东、云南、内蒙等地焦炉气资源丰富但离中心城市距离远，许多焦炉气被直接燃放，利用率低；焦炉气制甲醇和化肥由于市场受限和发电上网困难等因素影响，目前较好的利用途径是焦炉煤气甲烷化制天燃气。

焦炉煤气是指用炼焦用煤在炼焦炉中经高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所得到的可燃气体，是炼焦产品的副产品，未经净化处理的称之为荒煤气，经净化处理的称之为净煤气即本文所指的焦炉煤气。

焦炉煤气的热值约为17580kJ/ m3～18420 kJ/ m3，天然气的热值约为35588 kJ/ m3，焦炉煤气的热值约为天然气热值的一半。

焦炉煤气的密度为0.45 kg/ m3～0.48 kg/ m3。

着火温度为600℃～650℃，具有燃烧速度快、着火快、火焰短的特点，理论燃烧温度为1800℃～2000℃。

每炼1吨焦炭，会产生430m3左右的焦炉煤气。

这些焦炉煤气中的一半用于企业自身回炉助燃，另外约200m3必须使用专门的装置进行回收净化处理，否则只能直接排入大气，或者燃烧排放（俗称“点天灯”）。

全国外供焦炉煤气预计就有700多亿立方米，有很多非钢焦化企业所产的焦炉煤气无法利用被“点天灯”而浪费了（这些企业一般远离城市中心），有约300亿立方米被白白排放掉。

二、焦炉煤气常规综合利用途经（一）焦炉煤气的组成与杂质含量焦炉煤气是焦炭生产过程中煤炭经高温干馏出来的气体产物。

在干馏温度为550℃，荒煤气中有大量的H2、CH4、CO、H2S、COS、CS2、NH3、HCN、噻吩、硫磺、硫醚、焦油、萘、苯等化学物质。

在炼焦产品中，按重量计算，焦炉煤气占15％－18％，为全部产品的第二位，仅次于焦炭产品。

荒煤气是不允许外供的，必须经过化产回收净化处理后使用，即转为净煤气才能外供使用。

焦炉煤气的主要组分为H2、CO、CH4、CO2等，随着炼焦配比和操作工艺参数的不同，焦炉煤气的组成略有变化。

一般焦炉煤气的组成见表1，杂质含量见表2。

表1 焦炉煤气的组成表2 焦炉煤气中的杂质含量（mg/m）（二）焦炉煤气的用途主要可划分为四类，分别是工业与民用燃料、化工原料、还原剂直接还原炼铁以及制氢。

1、工业与民用燃料焦炉煤气作为民用燃料时，可接入城市供气管网作为居民用气。

焦炉煤气是人工煤气中最适合作为民用燃气的气体。

焦炉煤气热值较高，一氧化碳含量低，比较安全，所以长期在一些大中城市作为主要民用燃气使用。

但与天燃气相比，焦炉煤气无论热值、燃烧产物，还是洁净度都不如天燃气；近年来，由于西气东输为一些地区使用天然气提供了便利条件，天然气替代了大量的焦炉煤气，但在天然气输送不到的地方，焦炉煤气仍可作为主要民用燃气使用。

由于众多的独立焦化企业远离城市中心，导致其管网建设十分困难。

焦炉煤气作为工业燃料时，主要用在三个方面：一是焦化企业在化学产品回收与净化工艺流程中作为加热用燃料；二是钢铁联合企业在炼钢、烧结、轧钢等过程中用焦炉煤气作为燃料；三是焦化企业用剩余的焦炉煤气作为发电用燃料。

2、化工用气方面焦炉煤气中富含氢气，甲烷含量也较高，通过重整反应将CH4转化为CO和 H2，进而用于生产各种有机化工产品。

特别是焦炉煤气制甲醇技术快速发展已日趋成熟，2004年底，第一套8万t/ a焦炉煤气制甲醇项目在云南曲靖建成投产以来，目前国内已有近10套焦炉煤气制甲醇装置已投入商业运行，单套装置设计规模多为10～20万t/a。

3、还原剂直接还原炼铁现有的直接还原炼铁生产技术已经非常成熟，主要可分为两种方法：一种是以天然气作为还原剂的气基竖炉生产工艺，其生产量约占海绵铁总产量的92％；另一种是以煤为还原剂的煤基回转窑生产工艺，其生产量约占总产量的8％。

焦炭是高炉炼铁过程的还原剂（CO作为还原剂），焦炉煤气也可以作为直接还原炼铁的还原剂。

原始焦炉煤气中H2和甲烷体积分数分别按55％和25％计，甲烷经过热裂解后，H2和CO的体积分数分别约为74％和25％，作为还原剂直接还原炼铁，甚至好于天然气的热裂解气体。

4、制液氢液氢是公认的未来最理想的清洁能源载体，燃烧仅产生水蒸气并释放热量。

液氢是火箭用氢氧发动机的良好燃料。

在我国发射地球同步通讯卫星中，液氢已成为不可缺少的火箭燃料，其用量随着发射卫星（包括为国外发射商用通讯卫星）的增多而迅速增加，已达到一定规模的用量。

另外，液氢是获得高纯氢和超高纯氢的重要来源，它们广泛应用于有色稀有金属的冶炼、电子元器件和光导纤维的生产中作为还原气或保护气，其用量在国外也是相当可观的。

液氢也可作为高能物理研究，空间模拟试验的冷冻剂。

在天然气提氦工厂中，液氢也可用作氦气液化的预冷剂。

在能源富余的地方，将氢气液化并运输到化工、石油炼制和油脂化工等工厂作为工艺过程加氢之用，也是不可忽视的用途之一。

焦炉煤气含氢体积分数近60％，因此可以焦炉煤气为原料制备液氢。

三、焦炉煤气低温分离制取LNG1、问题提出近年来, 我国对焦化行业实施“准入”制度，焦炉煤气的综合利用成为炼焦企业生存与发展的关键。

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。

2 、焦炉煤气生产LNG的技术特点为了解决中小企业焦炉煤气综合利用的问题，中科院理化技术研究所改变利用思路，将有效成分甲烷和氢气作为两种资源综合利用，开发出了焦炉煤气低温液化生产LNG联产氢气技术（已申请专利），新技术具有以下特点：1) 可以省去甲烷转化工序，大大节省投资成本。

2) 由于新工艺拥有**的循环制冷系统，操作弹性非常大，适应性强，运行稳定。

3) 产生的氢气可以利用氢气锅炉为全厂提供动力和热力，这方面的技术已经非常成熟。

有经济实力的企业还可以配套合成氨等装置，相对投资少，效益更高。

并随着氢气利用技术的日益发展可以生产液氢产品等。

4) 产品市场好。

预计未来15年中国天然气需求将呈爆炸式增长，到2010年，中国天然气需求量将达到1000×109 m3，产量约800×109 m3,缺口将达到200×109 m3 ；到2020年天然气需求量将超过2000×109 m3 ，而产量仅有1000 ×109 m3, 50％将依赖进口。

5) 整套方案中工艺流程短，操作简单。

处理量1 ×106 m3 /d的生产装置，只需要40～50操作工，非常适合中小型焦化企业对焦炉煤气的综合利用。

3、焦炉煤气生产LNG联产氢气工艺路线液化天然气是天然气经过预处理，脱除重质烃、硫化物、二氧化碳、水等杂质后，在常压下深冷到－162℃液化制成，液化天然气是天然气以液态的形式存在，其体积仅为气态时的1/625。

天然气液化后可以大大节约储运空间和成本，运输方式更为灵活，而且提高了燃烧性能。

随着低温分离技术的发展，LNG的原料气已经多元化，煤层气（矿井瓦斯）、合成氨放散气、焦炉煤气等富含甲烷的气体都可以作为LNG的原料。

3.1 工艺流程简介焦炉煤气综合利用制取LNG工艺见图1。

该装置由焦炉煤气升压粗脱硫、脱苯、脱萘及焦油、有机硫水解催化转化、脱二氧化碳、精脱硫、脱水、膜分离脱氢、预冷、液化精馏、LNG储运、氮气循环制冷系统、氢气回收利用和公用工程等单元组成。

图1 焦炉煤气综合利用制取LNG工艺如图1 所示，焦炉煤气经加压粗脱硫后进入预处理过程，在此除掉煤气中的苯、萘及焦油等杂质后，压缩至较高压力后进入水解脱硫工序，经水解脱除硫化氢，并利用N-甲基二乙醇胺（MDEA）溶液除掉二氧化碳等酸性气体后，经吸附过程脱掉残余硫化物、汞、水分、高碳(C5以上化合物）即可进入膜分离装置。

经过膜分离装置的焦炉煤气组分主要为甲烷、还有少量H2、N2、CO。

经过膜分离装置得到的焦炉煤气降温至－170℃后，进入低温精馏塔，液态甲烷将在精馏塔底部排出，装入液态甲烷槽车。

H2、N2、CO等将从精馏塔顶部抽出，复热后送蒸汽锅炉燃烧以产生动力用蒸汽。

整个系统的绝大多数冷量由一个闭式氮气膨胀制冷循环或氮气甲烷混合物膨胀制冷循环提供。

对膜分离产生的高纯氢气，进行综合回收利用，以下方案可以选择。

方案一：氢气直接进入氢气锅炉，产生蒸汽，为脱碳、脱水单元再生提供热量，推动蒸汽轮机，为原料气压缩机和循环制冷系统压缩机提供动力，以及全厂供暖，从而大大降低生产能耗。

方案二：利用氢气生产液氢产品，中国科学院理化技术研究所低温技术组已经有成熟技术。

从膜分离得到的纯氢压缩后进入PSA纯化，以得到99.999％的高纯氢，这部分氢作为原料氢进入液化冷箱，首先进入液氮槽降温至70K，在此温区进行一次正仲氢转化，转化后的氢气进一步被冷却到30K后减压进入液氢储槽，在此过程中再进行一到两次正仲氢的转化。

制冷系统采用氢作为制冷循环工质，利用膨胀机膨胀制冷。

其他：也可以根据工厂的经济实力将氢作为化工原料生产新的化工产品。

3.2 焦炉煤气低温分离生产LNG的优势1) 运输成本优势。

原来的LNG生产厂由于靠近天然气气田，而市场大多在内地，所以运输成本不可忽视。

而焦化厂大多在内地，接近市场，运输成本将大幅降低。

2) 能耗方面优势，虽然原料气中含有大量的氢气、氮气等，但是在液化之前，大部分氢气将被提前脱除，不参加甲烷低温分离，所以能耗不会很高，如果采用MRC制冷流程，能耗还会进一步降低。

另外，工艺中氢气被回收利用作为大机组的动力，不仅解决了氢气的综合利用, 而且大大降低了综合能耗。

3) 原料成本优势。

天然气液化采用的天然气井口价格在0.9元／m3左右，美国现在井口价已经达到1.99元／m3，而焦炉煤气的价格相对比较低，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，即使将来LNG工厂生产能力变大，相对于以天然气为原料的LNG厂也有很大的优势。

4) 政策方面的优势。