焦炉煤气综合利用制取液化天然气.doc

焦炉煤气综合利用制取液化天然气焦炉煤气综合利用制取液化天然气焦炉煤气综合利用制取液化天然气1 1 问题提出问题提出近年来, 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 2 焦炉煤气生产焦炉煤气生产 LNGLNG 的技术特点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) 由于新工艺拥有独立的循环制冷系统，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 3 焦炉煤气生产焦炉煤气生产 LNGLNG 联产氢气工艺路线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 的原料在焦炉煤气生产 LNG 联产氢气的工艺中，关键技术就是将焦炉煤气中的一氧化碳、氮气等和甲烷分离，而在这方面中国科学院理化技术研究所低温技术组已经有了成熟的经验，先后完成了小型天然气液化试验装置、中国第一套 15×105 m3 /d 的 LNG 装置（现在运行指标优于同等规模进口装置）、2007 年晋城含氧煤层气液化装置（4300m3/d)一次开车成功。

由中科院理化技术研究所总承包的太工天成 80×105 m3 /d 焦炉煤气液化项目也进入施工阶段， 2009 年 5 月投产，所以在技术上已经非常成熟，在实际液化分离工程方面也积累了大量的经验3.13.1 工艺流程简介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图 1 1 焦炉煤气综合利用制取焦炉煤气综合利用制取 LNGLNG 工艺工艺如图 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3.23.2 焦炉煤气低温分离生产焦炉煤气低温分离生产 LNGLNG 的优势的优势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) 政策方面的优势国家大力支持节能减排，鼓励企业对焦炉煤气综合利用另一方面 2007 年 8 月 30 日国家发展改革委员会正式颁布《天然气利用政策》，明确表示“禁止以大、中型气田所产天然气为原料建设液化天然气项目”，限制了天然气液化厂的建设，减少了市场的竞争4 4 经济分析经济分析1) 投资分析经过综合的估算，建设一座 LNG 产量为 10×105 m3 /d 的液化分离工厂，投资大概在 15000 万元左右，主要设备有原料气预处理装置、原料气压缩机组、原料气净化装置、膜提氢装置、液化冷箱、氮气压缩机、膨胀机、LNG储罐、公用工程及其全厂控制系统，氢气回收部分由选择的回收方案来确定。

投资仅相当于甲醇项目的一半另外当处理量较小时，可以采用往复压缩机组，节约设备投资，但是运行成本相对会提高2) 收益分析根据中国科学院含氧煤层气液化成本核算，液化成本在 1.0 元／m3（如果将机组改为蒸汽轮机，液化成本还可进一步降低），目前 LNG 出厂价按照 2.5 元／m3计算，这样利润在 1.5 元／m3左右，年利润约 4950 万元收回成本时间约 3 年所以焦炉煤气综合利用制取 LNG 项目在经济上是可行的5 5 结论结论在大型焦化企业兴建焦炉煤气制甲醇、化肥项目的同时，对于生产规模在百万吨以下的中小型炼焦企业也应该积极想办法，提高中国炼焦企业对焦炉煤气的综合利用水平利用焦炉煤气生产 LNG 是中小型炼焦企业综合利用焦炉煤气的一个好方法，具有相对投资小、产品市场好、风险低、能耗低、装置操作弹性大和投资回报率高等优点。