煤气高效利用技术现状及发展前景

钢铁生产产生大量的副产煤气，主要包括焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气。副产煤气约占企业耗能总量的30%~40%，副产煤气的合理利用直接影响企业的能耗水平。副产煤气除供应到钢铁生产各工序作为燃料外，目前剩余的副产煤气主要用作燃气发电，剩余的副产煤气利用价值偏低。剩余煤气的高效资源化利用，不仅有利于降低钢铁厂单位产品的能源消耗和污染物排放，还可以与石化行业形成工业生态链，产生新的经济效益和社会效益，具有重要的意义。副产煤气资源化利用的输出产品主要包括H2、CO、CO2、液化天然气、甲醇、乙醇、乙二醇、合成氨等。三种煤气的来源、典型热值成分详见下表 

 

焦炉煤气深加工实现高附加值利用技术

焦化企业炼焦生产出的副产品焦炉煤气，热值较高，早些年主要用作燃料，如民用燃气、工业燃气或者发电。焦炉加热使用燃料，在钢铁联合企业主要使用高炉煤气；在独立焦化企业，主要使用自产焦炉煤气。

 

近年来，新建钢铁联合企业对焦炉煤气这种高热值煤气的需求日益减少，焦炉煤气出现富裕；在独立焦化企业，加热焦炉外的剩余焦炉煤气需寻找出路。同时，将焦炉煤气作为燃料，未能充分发挥其富含55%～60%的氢气及23%～27%甲烷的特性，经济效益不显著，未能实现高附加值利用。利用焦炉煤气进行深加工，制氢或生产清洁燃料LNG，不仅能解决多余焦炉煤气的利用问题，具有良好的经济效益，同时还有利于节能减排。焦炉煤气制氢是以焦炉煤气为原料，经过粗脱、压缩、预处理以及多段变压吸附（PSA）的工艺，以提取产品氢气。焦炉煤气制LNG工艺，先经过预处理、加氢等净化工序，深度净化脱除煤气中的硫等杂质，然后在催化剂的作用下将煤气中的H2、CO及CO2合成转化成甲烷，甲烷经低温液化后得到产品LNG。

【技术成熟度与可靠度】

该技术属于成熟应用阶段，已实现工业化应用，在独立焦化企业应用较多，如内蒙古恒坤化工、河南京宝新奥能源等多家企业，利用焦炉煤气生产LNG；如武钢焦化、七台河宝泰隆利用焦炉煤气提氢。但钢铁联合企业应用较少。

【预期环境收益】

该技术可避免将焦炉煤气直接作为燃料燃烧，减少CO2排放。

【适用性】

以焦炉煤气为原料制取氢气的工艺技术，多与其它加氢、用氢的生产工艺配套应用，如粗苯精制（苯加氢）、焦油加氢、焦炉煤气制乙二醇等。

【经济性】

以焦炉煤气为原料制取的产品氢气，可用于其它加工用原料，也可作为产品直接销售，是目前所有技术中成本最低的氢供应方式。提取氢气后的解吸气，可掺混到回炉煤气作为焦炉的燃料气。以处理4.7万Nm3/h焦炉煤气为原料生产LNG为例，生产LNG约113600t/a，项目建设投资约5亿元，项目投资财务内部收益率（税前）约19.9%。与直接作为燃料相比，用焦炉煤气生产氢气、LNG或其他化工产品，可使其附加值提升近1倍或更高。

焦炉煤气（及转炉煤气、高炉煤气）制取液化天然气技术

焦炉煤气中含有约26%的甲烷等烯烃，可直接分离液化出焦炉煤气中的甲烷等烯烃得到液化天然气（LNG）；还含有接近60%的H2和约10%的CO和CO2，可通过甲烷化，将原料气中的CO和CO2与H2反应生产甲烷和水，增加液化天然气的产率；由于焦炉煤气中H2含量远大于CO和CO2含量，即使通过甲烷化后，还剩余大量H2，采用向焦炉煤气中补充CO或CO2，可进一步提高LNG的收率，甲烷化时CO比CO2消耗的氢气少，故最好补充CO含量高的转炉煤气，当无剩余转炉煤气时，也可补充高炉煤气。液化天然气热值高，是一种高能清洁燃气，同时也是重要的化工原料。经过粗脱硫的焦炉煤气与经过增压、预处理的转炉煤气或高炉煤气混合后经煤气压缩机压缩，加压后的混合煤气进入预处理工序除去苯、萘、焦油、氨及其它重烃化合物等。净化后的混合煤气再进入煤气压缩机进行二次压缩，然后进入加氢脱硫工序将有机硫转化为无机硫后一并脱除，自加氢脱硫工序来的原料气进入甲烷化反应器，在催化剂的作用下，CO、CO2与H2发生甲烷化反应，甲烷化反应属于强放热反应，副产高压饱和蒸汽。来自甲烷化工序的甲烷化气体进入干燥工序吸附水分干燥后进入深度净化工序，将原料气中可能含有的微量汞脱除，然后送液化工序进行液化分离，最终以LNG形式出冷箱，通过低温管道输送至LNG储罐储存，生产LNG后剩余排放气作为预处理等工序的再生气源，再生后的解析气返回煤气管网作为燃料使用。

煤气合成甲醇等化工产品技术

转炉煤气CO含量高、焦炉煤气H2含量高，通过合成，生产甲醇等化工产品。甲醇是极为重要的有机化工原料,在化工医药轻工纺织及运输等行业都有广泛的应用,其衍生物产品发展前景广阔。经过粗脱硫的焦炉煤气与经过增压、预处理的转炉煤气混合后经煤气压缩机压缩，加压后的混合煤气进入预处理工序除去苯、萘、焦油、氨及其它重烃化合物等。净化后的混合煤气再进入煤气压缩机进行二次压缩，然后进入加氢脱硫工序将有机硫转化为无机硫后一并脱除。再经过甲烷转化，将甲烷转化为CO、CO2和H2，然后送入甲醇合成压缩机进行压缩后进入甲醇合成工段，生成的粗甲醇送再经过精馏得到甲醇产品。再生后的解析气返回煤气管网作为燃料使用。

【经济性】

产品及原材料的价格对其经济性起着决定性影响，以40000m3/h焦炉煤气补充转炉煤气制甲醇为例，甲醇价格按2000元/t计算，不考虑原料气成本的前提下，单位焦炉煤气收益约0.96元/Nm3。当制甲醇并联产LNG时，一般效益会更好。

焦炉煤气制氢气联产LNG技术

焦炉煤气中含有约26%的甲烷等烯烃，直接将甲烷等烯烃分离液化得到LNG，剩余的富氢气体经过PSA吸附得到产品氢气，向化工企业供应氢气，作为化工产品的原料气。原料焦炉煤气首先经过除油脱硫单元，采用电捕焦油器脱除绝大部分焦油后，再进入粗脱硫塔脱除绝大部分无机硫；初步净化的焦炉煤气经煤气压缩机压缩，加压后的焦炉煤气进入预处理工序除去苯、萘、焦油、氨及其它重烃化合物等；净化后的焦炉煤气再进入煤气压缩机进行二次压缩，然后进入加氢脱硫工序将有机硫转化为无机硫后脱除，自加氢脱硫工序来的原料气进入MDEA脱碳工序，脱除原料气中的CO2，来自脱碳工序的原料气进入干燥工序吸附水分干燥后进入深度净化工序，将原料气中可能含有的微量汞脱除，然后送液化工序进行液化分离，最终一部分以LNG形式出冷箱，通过低温管道输送至LNG储罐储存，生产LNG后剩余的富氢气经过PSA吸附得到产品氢气，其余气体作为预处理等工序的再生气源，再生后的解析气返回煤气管网作为燃料使用。

【经济性】

产品及原材料的价格对其经济性起着决定性影响，以40000m3/h焦炉煤气制氢气联产LNG为例，氢气价格按1元/m3，LNG价格按3600元/t计算，不考虑原料气成本的前提下，单位焦炉煤气收益约0.99元/Nm3。

冶金煤气深加工实现高附加值利用技术

以钢铁企业的焦炉煤气、高炉煤气或转炉煤气为原料，制取乙二醇、乙醇等化工产品，实现冶金煤气高附加值低碳应用。焦炉煤气中含有较多的氢，而高炉煤气或转炉煤气含有较多的碳源。乙二醇的生产原料主要是H2、CO和O2，CO偶联得到草酸二甲酯，然后将草酸二甲酯加氢制得乙二醇。利用冶金煤气生产乙醇，主要有生物发酵法制乙醇、合成气-甲醇-乙酸-乙醇（或合成气-甲醇-乙酸-乙酸乙酯-乙醇）、合成气-甲醇-二甲醚-乙酸甲酯-乙醇等技术路线。

【技术成熟度与可靠度】

以煤制气产生的合成气为原料生产乙二醇的工艺技术，已实现工业化应用，如山东华鲁恒化工升股份有限公司先后投产两套装置，规模分别为年产5万吨和50万吨。以冶金煤气为原料生产乙二醇的主要工艺路线与煤制乙二醇基本相同，只是氢气和一氧化碳来源及净化方式不同，可靠度较高。该技术处于研发阶段，到2020年中为止，尚无投用报道。以合成气H2、CO和O2制乙醇，三条技术路线均有工业装置投产：生物发酵法制乙醇在首钢京唐投产，醋酸法制乙醇在南京、唐山均有投产，二甲醚羰基化加氢制乙醇已在陕西投产。

【经济性】

以处理4.2万Nm3/h焦炉煤气为例，可生产乙二醇13万t/a，并联产4.5万t/a合成氨，项目建设投资约9.2亿元，项目投资财务内部收益率（税前）约20.7%。年产钢1000万t的钢铁联合企业剩余各种煤气可配套生产100万t乙醇，年产值达50亿元以上。

 

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