作为世界最大的焦炭生成国,我国焦化企业每年会副产约1000亿m3焦炉煤气,除用于自身加热及煤气生成的,还有近300亿m3剩余,资源浪费严重,给环境也造成了极大污染[1] 。而相对应的,我国天然气的资源稀少,存在很大缺口,从这点来讲在焦炉煤气甲烷化技术下将焦炉煤气制成清洁的天然气能源是国家“十二五规划”中的一个关键战略布局。
1 国内焦炉煤气及天然气现状分析
1.1 焦炉煤气
近些年我国焦炭产量呈逐年上涨的趋势,至2012年已经达到4.43亿吨,按照1吨焦炭可以生产430m3焦炉煤气来计算,我国2012年的焦炉煤气已经达到了1905亿m3,近600亿m3剩余[2] 。当前焦炉煤气在工业上主要用于发电、制甲醇、提氢及作为城市燃气,但是利用效率低,社会效益差。
1.2 天然气
天然气的热值高,PM2.5的排放几乎是零,污染少,属于安全高效的优质清洁能源。2000年以前我国城市天然气用量不足用气量的15%,到2010年达到了36%。中国能源消费结构中,天然气仅占4%,但是同24%的世界平均水平对比,还存在很大发展空间[3] 。我国2006年开始天然气的进口,2007年天然气对外的依存度为5.8%,到2012年已经达到28.9%,同30%这一能源安全警戒线非常逼近。未来这个数字还会持续增长,天然气的缺口异常严峻。
2 焦炉煤气甲烷化技术简介
当前焦炉煤气制液化天然气(LNG)技术还处于初级设计与推广阶段,加工工艺很多,每种工艺都各有特色,但工艺可靠性及稳定性还需要加强验证分析。
2.1 国内外工艺概述
当前国外常见的焦炉煤气制LNG技术工艺有如下几种(表1):
国内西南化工研究设计院、上海华西化工科技有限公司等也先后开展了对焦炉煤气制LNG技术工艺的研究,并建立了多个装置,但装置可靠性还需要继续验证。
2.2 焦炉煤气甲烷化技术
(1)耐高温甲烷化工艺
此工艺主要通过三到四个甲烷化炉来完成,在温度化学平衡限制理论下,在多个甲烷化炉内通过换热器进行热量的回收,当甲烷化反应达到平衡之后,通过过热蒸汽来进行离心压缩机的驱动。此工艺设备简单,投资少,热量的利用率高,工艺操作拥有较大弹性。
(2)低温甲烷化工艺
此工艺主要分耐硫及非耐硫两种工艺,两种工艺的区别主要为脱硫精度不同,耐硫工艺总硫使用量约为10×10-6,而非耐硫工艺则需要脱硫至0.1×10-6以下。低温甲烷化工艺流程中,使用大量的原料气来进行循环,各工序下,反应炉温度需保持在450℃以下,确保甲烷化炉中CO及CO2含量小于3%,这样才能更好控制甲烷化炉温度[4] 。
(3)焦炉煤气甲烷化
焦炉煤气甲烷化是天然气制备工艺中最总要的一道工序。在此工序中甲烷化主要发生了如下反应:
在甲烷化反应中,选择性催化这种反应最典型。应用不同催化剂及催化工艺,就会生成不同产物,当前微晶镍用作甲烷化催化剂比较多。
3 焦炉煤气甲烷化技术经济评价
我们假设焦化企业年产焦炭100万吨,利用焦炉煤气甲烷化技术每年就可以合成1.03亿m3天然气,蒸汽3.97万吨,富氢气7522万m3。按照0.3元/m3对焦炉气的价格进行计算,天然气的制备成本约1.23元/m3,如售出价格定为1.8元/m3,则每年会实现4897万元的销售利润,具有良好经济效益。当前焦炉煤气制天然气在我国呈现出较强发展势头,截止2012年底在建项目已经达到15个,投资将近百亿元。
4 结语
综上所述,我国焦炉煤气产量大,但是天然气资源却严重短缺,焦炉煤气制天然气适合我国当前能源现状,也是必须大力推广的一种能源转换技术,这种技术同国家能源政策相符合,可对工业废气充分利用,节能减排,经济效益巨大。但是当前焦炉煤气甲烷化技术在我国发展还不成熟,工艺稳定性及可靠性都需要进一步验证,今后应重点研究更为高效稳定的催化剂,完善焦炉煤气甲烷化工艺,让其工艺水平不断提高,力求在确保工艺可靠稳定基础上,实现效益最大化。
摘要：我国是世界最大的焦炭生成国,每年会出现近300亿立方米剩余焦炉煤气,不仅资源浪费严重,还给环境也造成了极大污染。但是相对应的天然气资源却十分稀缺,焦炉煤气甲烷化技术能将剩余焦炉煤气转换成天然气,在减少资源浪费基础上,更获得了巨大经济效益。本文在对我国焦炉煤气及天然气资源现状进行分析基础上,对焦炉煤气甲烷化技术工艺进行了简单分析,并对未来技术发展进行了展望。
关键词：焦炉煤气,甲烷化,技术工艺,现状分析
参考文献
[1] 汪元博,武明华,徐妍,等.焦炉煤气制取液化天然气的现状及展望[J].燃料与化工,2015(2):43-45.
[2] 辛军.焦炉气甲烷化制LNG工业化装置运行技术分析[J].煤化工,2014,42(6):18-21.
[3] 王寨霞.焦炉煤气制取甲醇和天然气技术对比分析[J].中国新技术新产品,2014(6):148-148.
[4] 但小冬,颜丽,杨洋.基于Aspen Plus的焦炉煤气甲烷化工艺模拟及分析[J].化工技术与开发,2014(5):52-57.