鄭州中威環(huán)保設備有限公司

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)展的關鍵。一些大型的煉焦企業(yè)建設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。

一、焦爐煤氣生產(chǎn)LNG的技術特點

1) 可以省去甲烷轉(zhuǎn)化工序，大大節(jié)省投入資金成本。

2) 由于新工藝擁有單獨的循環(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，相對投入資金少，效益更高。并隨著氫氣利用技術的日益發(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開式增長，2010年，中國天然氣需求量將達到1000×109 m3，產(chǎn)量約800×109 m3,缺口將達到200×109 m3 ；到2020年天然氣需求量將超過2000×109 m3 ，而產(chǎn)量僅有1000 ×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40～50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。

二、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。

1、工藝流程簡介

焦爐煤氣綜合利用制取LNG裝置由焦爐煤氣升壓粗脫硫、脫苯、脫萘及焦油、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系硫水解催化轉(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。

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、脫水單元更新提供熱量，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，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。

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)展改變委員會正式頒布《天然氣利用政策》，明確表示“禁止以大、中型氣田所產(chǎn)天然氣為原料建設液化天然氣項目”，限制了天然氣液化廠的建設，減少了市場的競爭。

三、經(jīng)濟分析

1) 投入資金分析。經(jīng)過綜合的估算，建設一座LNG產(chǎn)量為10×105 m3 /d的液化分離工廠，投入資金大概在15000萬元左右，主要設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。投入資金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)約設備投入資金，但是運行成本相對會提高。

2) 收益分析。根據(jù)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LNG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。

四、結(jié)論

在大型焦化企業(yè)興建焦爐煤氣制甲醇、化肥項目的同時，對于生產(chǎn)規(guī)模在百萬噸以下的中小型煉焦企業(yè)也應該積較想辦法，提高中國煉焦企業(yè)對焦爐煤氣的綜合利用水平。利用焦爐煤氣生產(chǎn)LNG是中小型煉焦企業(yè)綜合利用焦爐煤氣的一個好方法，具有相對投入資金小、產(chǎn)品市場好、風險低、能耗低、裝置操作彈性大和投入資金回報率高等優(yōu)點。