焦炉煤气制LNG项目技术发展与应用现状

王 芳

(中海油山东化学工程有限责任公司，山东 济南 250101)

生产与应用

焦炉煤气制LNG项目技术发展与应用现状

王 芳

(中海油山东化学工程有限责任公司，山东 济南 250101)

焦炉煤气综合利用一直是焦炉企业关注的重点，从早期的用作工业/民用燃气、发电，到后来充作工业原料，人们进行了不断的尝试。继焦炉煤气制甲醇大热后，因甲醇产量过剩使得该方式的优势逐渐降低，合成LNG成为焦炉煤气高效回收利用的新方式。目前我国已实现焦炉煤气制LNG技术国产化，打破了国外技术的垄断，本文介绍了国内焦炉煤气制LNG技术现状，列举了近几年已/在建项目，并总结了现行项目中出现的问题。

焦炉煤气；甲烷化；CNG；LNG

工业的发展常与环境保护相悖，我国是焦炭生产大国，在焦化企业发展过程中，必定会带来环境问题，为推进生态文明建设，国家不断加大对焦化企业的治理监控力度：“十二五”期间，先后公布实施了30多项焦化产业相关的法律法规、标准，2014年修订的《焦化行业准入条件》，明确规定了炼焦企业的焦炉煤气利用率要大于98%；"“十三五”更是进一步严格环保要求，加大对焦化行业的监控。在此背景下，焦化企业压力日益增大。

焦炉煤气是炼焦工业的重要副产品，每生产1吨焦炭会产生430m3左右的焦炉煤气，其中一半用于回炉燃烧，另外一半则需要配备专门的回收利用装置[1]。我国焦化产量逐年增长，按2015年情况计算，全国焦化产量4.5亿吨左右，需要另行处理的焦炉煤气高达900多亿m3，这些气体总量巨大，成分复杂，其有毒成分易给环境带来危害，同时又是一种未得到有效利用的巨大资源，因此寻找焦炉煤气高效经济的处理方式，实现焦炉煤气的综合利用，是我国焦化企业提高效益、降低环境污染的有效途径。

1 焦炉煤气综合利用途径

焦炉煤气组成如表1所示[2]，氢气含量高达54%～59%，其次是甲烷，回收利用价值高、用途广，常见的有：①焦炉煤气属于中热值燃气，热值为17～19MJ/m3，可用作燃气使用；②焦炉煤气含有50%以上的氢气，可直接分离提取制氢；③焦炉煤气经反应加工得到甲醇/尿素/天然气等。

表1 焦炉煤气组成

焦炉煤气粉尘、硫含量较高，燃烧效果不佳，作为燃气无法充分实现其价值，对其进行深加工更符合焦化企业利益，但这会更多的受下游市场的制约。

因甲醇产能过剩，焦炉煤气制甲醇的优势逐渐减弱，让焦化企业更多的目光转向投资回报率更高、风险更小的焦炉煤气制LNG项目[3]。

天然气的热值高，是一种高能清洁的燃气，同时也是一种重要的化工原料，近年来，国家大力推动天然气的发展，未来10～20年里，天然气市场有巨大的发展空间，而我国天然气资源相对短缺，焦炉煤气合成天然气开辟了焦炉煤气高效利用的新途径。

2 焦炉煤气制LNG工艺技术简介及优劣势分析

利用焦炉煤气制LNG主要有两种方式，一种是直接分离出焦炉煤气中的CH4和H2，分离出的CH4液化得到LNG，并得到副产品H2；另一种则是通过甲烷化反应合成天然气，液化得到LNG。因后者能充分利用焦炉煤气的有效成分，经济价值高，而得到广泛关注。

2.1 直接提取甲烷工艺技术

中科院理化研究所经多年研究开发出一种焦炉煤气制LNG联产制氢工艺技术，并获得国家专利，该技术工艺流程短，操作简单，投资较小，比较适合中小型焦化企业综合利用焦炉煤气，提高经济效益，该技术流程见图1[4]。

图1 焦炉煤气低温液化生产LNG联产氢气技术

2.2 焦炉煤气甲烷化制LNG

经国内外相关院所的多年研发，焦炉煤气甲烷化制LNG技术工业化条件成熟，其中关键点和难点在于甲烷化技术。

该技术基本原理：气源(合成气或焦炉煤气)中CO、CO2和H2在一定的温度、压力及催化剂的作用下进行化学反应生成CH4，该过程为强放热反应，甲烷化反应复杂，反应过程中可能发生的反应如表2所列[5]：

表2 化学甲烷化工程中可能发生的反应

催化剂和反应条件不同，CO和H2可以选择性地生成酚醛、甲醇、甲烷或者液态烃类等不同物质，属于典型的选择性催化反应[6]。

在该工艺流程中，因焦炉气中含有一定量的杂质，需要对其进行净化以满足工艺过程的要求，整个工艺流程可以分为压缩、预处理、脱硫、甲烷化、分离、干燥、液化等几个单元，工艺流程框图如图2[7]。

图2 焦炉煤气制天然气工艺流程

3 国内甲烷化技术介绍

目前，国外甲烷化技术应用较广的主要有：丹麦托普索公司的甲烷化技术、英国公司的甲烷化技术以及德国鲁奇公司的甲烷化技术等。

国内方面开展该技术研究工作的主要有西南化工设计院、上海华西化工科技有限公司、新地能源工程技术有限公司、武汉科林精细化工有限公司、大连化物所、大连凯特利催化剂工程有限公司等等。随着国内甲烷化技术不断研究开发，我国的焦炉煤气甲烷化制LNG技术已经日趋成熟，并已成功用于工业化生产。

3.1 西南化工研究设计院

西南化工研究设计院是国内率先开展焦炉气甲烷化制LNG技术研发的单位，研发高效甲烷化催化剂，优化甲烷化工艺，并形成了焦炉气深度净化-甲烷化-气体分离制SNG/CNG/LNG系列成套技术[8]。

3.2 上海华西化工科技有限公司

2015年1月20日，上海华西化工科技有限公司、安徽华东化工医药工程有限责任公司、上海汉兴能源科技有限公司等单位联合自主研发的“焦炉煤气等温甲烷化反应制天然气技术”通过国家工信部科技成果鉴定。采用一段等温床甲烷化技术，整个装置工艺流程短，工艺气一次通过反应器，没有循环气，该流程投资小、利润大，节能效果显著。

3.3 新地能源工程技术公司

该公司开发了焦炉气制LNG技术预还原催化剂及工艺，可针对不同用户需求设计出“焦炉气直接合成天然气工艺”和“焦炉气补碳合成天然气工艺”等工艺路线。该技术已申请国家发明专利12项，于2010年通过了河北省科技成果转化中心成果鉴定。

3.4 武汉科林精细化工有限公司

该公司是国内较早从事焦炉气甲烷化技术开发的企业，能够提供甲烷化工艺流程所需的全套催化剂。

4 国内焦炉煤气制LNG项目现状

2014年，国内焦炉煤气制天然气项目共有35个，总产能达到1737万方/天，其中绝大部分配置了液化装置[9]。

焦炉煤气制LNG项目一般依附焦化厂而建，因此华东及华北地区分布较多，显现出较强的地域特点，表3举例列出了近几年已建或在建项目。

表3 近几年国内已/在建的焦炉煤气制天然气/LNG项目

注：所有燃气体积均以标准状态计。

值得注意的是，在焦炉煤气制LNG项目蓬勃发展的同时，也出现了一些问题[10]。

(1)国内焦化行业不景气，开工率很低，焦炉煤气产量随之减少，直接导致一些项目原料气的供应不足，部分项目需考虑补充气源。

(2)焦炉煤气成分复杂、杂质较多，净化不彻底就会直接影响后续甲烷化工艺。许多早期项目设计经验不足，运行不够稳定，造成部分项目停产。

(3)焦炉煤气地域性强，产出的LNG多采用槽车运输，而LNG受当地消费情况影响较大，长距离运输会增加成本，影响项目效益。

5 结语

综上所述，焦炉煤气制LNG项目技术已经较为成熟，具备良好的发展及应用前景，当务之急应加大研发力度，总结前期项目经验，进一步完善工艺流程，使其更适合中国国情，从而推动焦炉煤气制LNG项目进一步发展，实现经济利益和社会利益最大化。

[1] 余黎明，白 颐. 我国天然气工业发展的机会和条件探析[J]. 化学工业，2009，27(12)：1-9，16.

[2] 姚维学，付再华，刘同飞,等．焦炉煤气的综合利用[J]．河北化工，2009，32(12)：34-36.

[3] 王清华. 焦炉煤气制甲醇与制天然气对比分析[J].中国石油和化工标准与质量,2013,12:18,26.

[4] 王树东,王 胜,李德伏. 一种焦炉煤气制甲烷工艺:CN,103131490A[P].[2013-06-05].

[5] Nikoo M K, Amin N A S. Thermodynamic analysis of carbon dioxide reforming of methane in view of solid carbon formation[J]. Fuel Processing Technology, 2011, 92(3):678-691.

[6] 赵 亮，陈允捷． 国外甲烷化技术发展现状[J]．化工进展，2012 ( s1) : 177-178．

[7] 钱红辉，丰恒夫. 我国焦炉煤气甲烷化利用技术的进展[J].金属世家, 2012(4)：78-80.

[8] 佚 名.西南院焦炉气甲烷化技术被评为石化行业清洁生产重点支撑技术[J]. 气体净化, 2016(4):43-43.

[9] 本刊通讯员. 中国2016年实现54亿m3焦炉气制LNG产能[J]. 化肥设计,2014(6):41.

[10]渠沛然. 焦炉煤气制LNG：还未叫好又叫座[N].中国能源报,2014-12-15(13).

(本文文献格式：王 芳 .焦炉煤气制LNG项目技术发展与应用现状[J].山东化工，2016，45(24)：72-74.)

2016-12-09

王 芳(1991—) 女，本科，工程师。从事石油天然气工程设计工作。

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