1、焦爐煤氣綜合利用制取液化天然氣焦爐煤氣綜合利用制取液化天然氣1 問題提出 近年來, 我國對焦化行業(yè)實施“準入”制度，焦爐煤氣的綜合利用成為煉焦企業(yè)生存與發(fā)展的關(guān)鍵。一些大型的煉焦企業(yè)建設(shè)了焦爐煤氣制甲醇項目，并取得了良好的經(jīng)濟效益，為大型煉焦企業(yè)綜合利用焦爐煤氣找到了新方法。但中小焦化企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模相對較小，焦爐煤氣產(chǎn)量少，成本優(yōu)勢不明顯，多家企業(yè)聯(lián)合又困難，影響了焦化企業(yè)對焦爐煤氣的綜合利用。2 焦爐煤氣生產(chǎn)lng的技術(shù)特點 為了解決中小企業(yè)焦爐煤氣綜合利用的問題，中科院理化技術(shù)研究所改變利用思路，將有效成分甲烷和氫氣作為兩種資源綜合利用，開發(fā)出了焦爐煤氣低溫液化生產(chǎn)lng聯(lián)產(chǎn)氫氣技術(shù)（已申請

2、專利），新技術(shù)具有以下特點： 1) 可以省去甲烷轉(zhuǎn)化工序，大大節(jié)省投資成本。 2) 由于新工藝擁有獨立的循環(huán)制冷系統(tǒng)，操作彈性非常大，適應性強，運行穩(wěn)定。 3) 產(chǎn)生的氫氣可以利用氫氣鍋爐為全廠提供動力和熱力，這方面的技術(shù)已經(jīng)非常成熟。有經(jīng)濟實力的企業(yè)還可以配套合成氨等裝置，相對投資少，效益更高。并隨著氫氣利用技術(shù)的日益發(fā)展可以生產(chǎn)液氫產(chǎn)品等。 4) 產(chǎn)品市場好。預計未來15年中國天然氣需求將呈爆炸式增長，到2010年，中國天然氣需求量將達到1000109 m3，產(chǎn)量約800109 m3,缺口將達到200109 m3 ；到2020年天然氣需求量將超過2000109 m3 ，而產(chǎn)量僅有1000

3、109 m3, 50將依賴進口。 5) 整套方案中工藝流程短，操作簡單。處理量1 106 m3 /d的生產(chǎn)裝置，只需要4050操作工，非常適合中小型焦化企業(yè)對焦爐煤氣的綜合利用。3 焦爐煤氣生產(chǎn)lng聯(lián)產(chǎn)氫氣工藝路線 液化天然氣是天然氣經(jīng)過預處理，脫除重質(zhì)烴、硫化物、二氧化碳、水等雜質(zhì)后，在常壓下深冷到162液化制成，液化天然氣是天然氣以液態(tài)的形式存在，其體積僅為氣態(tài)時的1/625。天然氣液化后可以大大節(jié)約儲運空間和成本，運輸方式更為靈活，而且提高了燃燒性能。隨著低溫分離技術(shù)的發(fā)展，lng的原料氣已經(jīng)多元化，煤層氣（礦井瓦斯）、合成氨放散氣、焦爐煤氣等富含甲烷的氣體都可以作為lng的原料。 在

4、焦爐煤氣生產(chǎn)lng聯(lián)產(chǎn)氫氣的工藝中，關(guān)鍵技術(shù)就是將焦爐煤氣中的一氧化碳、氮氣等和甲烷分離，而在這方面中國科學院理化技術(shù)研究所低溫技術(shù)組已經(jīng)有了成熟的經(jīng)驗，先后完成了小型天然氣液化試驗裝置、中國第一套15105 m3 /d 的lng裝置（現(xiàn)在運行指標優(yōu)于同等規(guī)模進口裝置）、2007年晉城含氧煤層氣液化裝置（4300m3/d)一次開車成功。由中科院理化技術(shù)研究所總承包的太工天成80105 m3 /d焦爐煤氣液化項目也進入施工階段， 2009年5月投產(chǎn)，所以在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，在實際液化分離工程方面也積累了大量的經(jīng)驗。3.1 工藝流程簡介 焦爐煤氣綜合利用制取lng工藝見圖1。該裝置由焦爐煤氣升壓

5、粗脫硫、脫苯、脫萘及焦油、有機硫水解催化轉(zhuǎn)化、脫二氧化碳、精脫硫、脫水、膜分離脫氫、預冷、液化精餾、lng儲運、氮氣循環(huán)制冷系統(tǒng)、氫氣回收利用和公用工程等單元組成。圖1 焦爐煤氣綜合利用制取lng工藝 如圖1 所示，焦爐煤氣經(jīng)加壓粗脫硫后進入預處理過程，在此除掉煤氣中的苯、萘及焦油等雜質(zhì)后，壓縮至較高壓力后進入水解脫硫工序，經(jīng)水解脫除硫化氫，并利用n-甲基二乙醇胺（mdea）溶液除掉二氧化碳等酸性氣體后，經(jīng)吸附過程脫掉殘余硫化物、汞、水分、高碳(c5以上化合物）即可進入膜分離裝置。經(jīng)過膜分離裝置的焦爐煤氣組分主要為甲烷、還有少量h2、n2、co。經(jīng)過膜分離裝置得到的焦爐煤氣降溫至170后，進入

6、低溫精餾塔，液態(tài)甲烷將在精餾塔底部排出，裝入液態(tài)甲烷槽車。h2、n2、co等將從精餾塔頂部抽出，復熱后送蒸汽鍋爐燃燒以產(chǎn)生動力用蒸汽。整個系統(tǒng)的絕大多數(shù)冷量由一個閉式氮氣膨脹制冷循環(huán)或氮氣甲烷混合物膨脹制冷循環(huán)提供。 對膜分離產(chǎn)生的高純氫氣，進行綜合回收利用，以下方案可以選擇。 方案一：氫氣直接進入氫氣鍋爐，產(chǎn)生蒸汽，為脫碳、脫水單元再生提供熱量，推動蒸汽輪機，為原料氣壓縮機和循環(huán)制冷系統(tǒng)壓縮機提供動力，以及全廠供暖，從而大大降低生產(chǎn)能耗。 方案二：利用氫氣生產(chǎn)液氫產(chǎn)品，中國科學院理化技術(shù)研究所低溫技術(shù)組已經(jīng)有成熟技術(shù)。從膜分離得到的純氫壓縮后進入psa純化，以得到99.999的高純氫，這部分

7、氫作為原料氫進入液化冷箱，首先進入液氮槽降溫至70k，在此溫區(qū)進行一次正仲氫轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后的氫氣進一步被冷卻到30k后減壓進入液氫儲槽，在此過程中再進行一到兩次正仲氫的轉(zhuǎn)化。制冷系統(tǒng)采用氫作為制冷循環(huán)工質(zhì)，利用膨脹機膨脹制冷。 其他：也可以根據(jù)工廠的經(jīng)濟實力將氫作為化工原料生產(chǎn)新的化工產(chǎn)品。3.2 焦爐煤氣低溫分離生產(chǎn)lng的優(yōu)勢 1) 運輸成本優(yōu)勢。原來的lng生產(chǎn)廠由于靠近天然氣氣田，而市場大多在內(nèi)地，所以運輸成本不可忽視。而焦化廠大多在內(nèi)地，接近市場，運輸成本將大幅降低。 2) 能耗方面優(yōu)勢，雖然原料氣中含有大量的氫氣、氮氣等，但是在液化之前，大部分氫氣將被提前脫除，不參加甲烷低溫分離，所

8、以能耗不會很高，如果采用mrc制冷流程，能耗還會進一步降低。另外，工藝中氫氣被回收利用作為大機組的動力，不僅解決了氫氣的綜合利用, 而且大大降低了綜合能耗。 3) 原料成本優(yōu)勢。天然氣液化采用的天然氣井口價格在0.9元m3左右，美國現(xiàn)在井口價已經(jīng)達到1.99元m3，而焦爐煤氣的價格相對比較低，生產(chǎn)成本主要是能耗成本，所以生產(chǎn)出來的lng在價格上也非常有競爭力，即使將來lng工廠生產(chǎn)能力變大，相對于以天然氣為原料的lng廠也有很大的優(yōu)勢。 4) 政策方面的優(yōu)勢。國家大力支持節(jié)能減排，鼓勵企業(yè)對焦爐煤氣綜合利用。另一方面2007年8月30日國家發(fā)展改革委員會正式頒布天然氣利用政策，明確表示“禁止以

9、大、中型氣田所產(chǎn)天然氣為原料建設(shè)液化天然氣項目”，限制了天然氣液化廠的建設(shè)，減少了市場的競爭。4 經(jīng)濟分析 1) 投資分析。經(jīng)過綜合的估算，建設(shè)一座lng產(chǎn)量為10105 m3 /d的液化分離工廠，投資大概在15000萬元左右，主要設(shè)備有原料氣預處理裝置、原料氣壓縮機組、原料氣凈化裝置、膜提氫裝置、液化冷箱、氮氣壓縮機、膨脹機、lng儲罐、公用工程及其全廠控制系統(tǒng)，氫氣回收部分由選擇的回收方案來確定。投資僅相當于甲醇項目的一半。另外當處理量較小時，可以采用往復壓縮機組，節(jié)約設(shè)備投資，但是運行成本相對會提高。 2) 收益分析。根據(jù)中國科學院含氧煤層氣液化成本核算，液化成本在1.0元m3（如果將機組改為蒸汽輪機，液化成本還可進一步降低），目前l(fā)ng出廠價按照2.5元m3計算，這樣利潤在1.5元m3左右，年利潤約4950萬元。收回成本時間約3年。所以焦爐煤氣綜合利用制取lng項目在經(jīng)濟上是可行的。5 結(jié)論 在大