焦炉气制LNG工艺技术优化研究

杨 璐

(中海油山东化学工程有限责任公司，山东 济南 250101)

焦炉气制LNG工艺技术优化研究

杨 璐

(中海油山东化学工程有限责任公司，山东 济南 250101)

焦炉煤气制LNG是焦化行业的热点，其不仅可降低环境污染，还能带动能源产业结构调整。本文介绍了当前主要的焦炉煤气制LNG的工艺技术，并结合实际运行情况，从工艺流程及设备配置等方面对焦炉煤气制LNG的工艺进行了优化分析。

焦炉煤气； LNG；工艺流程；设备配置；优化

我国焦炭产量稳居世界第一，同时副产大量焦炉煤气，据统计，近年来我国约有500多亿m3的焦炉煤气没有被回收利用，而是直接燃烧后排放至大气中，造成能源浪费的同时，也污染了大气环境[1]。对焦炉气的综合利用成为国家发展低碳经济产业的重要环节之一，焦炉煤气制甲醇、焦炉煤气制天然气、焦炉煤气提氢、焦炉气发电等技术逐步发展并得以工业化生产[2]，其中尤以焦炉煤气制甲醇的技术最为成熟。

然而目前我国甲醇产能过剩，而天然气资源短缺，焦炉煤气制天然气不仅可降低环境污染，还能带动能源产业结构调整及技术进步，是当前较为热点的焦炉煤气再利用方法，焦炉煤气制天然气的方法主要分为两类：一类是将焦炉煤气甲烷化，另一类是将CH4从焦炉煤气中分离出来[3]；第二种方法流程较为简单、投资少，但是无法充分利用焦炉煤气中的CO2、CO等成分，因此本文主要对焦炉煤气甲烷化的工艺进行分析研究。

1 焦炉气制LNG工艺路线

1.1 技术原理

焦炉煤气成分较为复杂，主要为H2、CH4、CO2、CO，另外还含有H2S、CS2、COS、NH3、HCN、焦油、苯、萘、噻吩、硫醇、硫醚等物质[4]。

焦炉煤气甲烷化主要是其中的CO2、CO与H2在催化剂的作用下反应生成CH4，主反应式见公式(1)和(2)。

(2)

上述反应为强放热反应，每1% CO、CO2转化CH4可使温度升高60～70℃[5]，反应过程中可使反应器的温度升高至650℃以上。

1.2 工艺流程

目前主要有两种焦炉煤气制LNG的工艺，基本流程相似，因甲烷化反应温升较高，其主要区别在于甲烷化工艺。一种是高温甲烷化工艺，采用绝热式反应器，往往设三级或四级反应，并且在每级反应出口利用换热器或废热锅炉移走部分反应热；另一种是低温甲烷化工艺，采用等温反应器[6]，反应器温度维持在450℃以下。

2 工艺技术优化

某焦炉煤气制LNG工厂主要的工艺流程为：焦炉煤气利用变温吸附(TSA)脱除焦炉煤气中的焦油、苯、萘等杂质，继而利用脱硫槽及加氢反应脱除H2S和有机硫，净化后焦炉煤气在催化剂的作用下进行甲烷化反应，甲烷化后的天然气经干燥、脱汞后利用混合冷剂进行深冷液化，液化时副产的驰放气经脱氢、脱氮后得富甲烷气和富氢气，富甲烷气回收利用，富氢气送往火炬燃烧，液化后的LNG送入储罐储存，产生的BOG气体回收利用，如图1所示。

通过调研该工厂，发现焦炉煤气制LNG的过程中出现产品苯含量偏高、催化剂失活过快、装置能耗较高、生产不稳定等问题。针对实际运行的情况，从以下几个方面对焦炉煤气的工艺流程进行了优化。

图1 焦炉煤气制LNG工厂工艺流程

2.1 工艺流程优化

2.1.1 原料气预脱硫

产品中苯含量较高是由于预处理阶段脱苯的催化剂吸附不佳，未把苯脱除干净导致的，而脱苯催化剂吸附效果与焦炉气中硫含量密切相关。当焦炉煤气中的硫含量较高时，其中的硫单质会吸附在脱苯催化剂和脱萘催化剂表面，导致催化剂吸附效果不佳，装置脱除苯和萘的效果下降，从而导致苯含量超标。

因此，可在脱苯、脱萘开始前先进行预脱硫，通过设置氧化铁脱硫槽，使焦炉煤气中的H2S转化为Fe2S3·H2O，从而将进入脱苯、脱萘装置的焦炉煤气中的硫含量维持在较低的水平，从而避免催化剂吸附效果下降、产品苯含量高的问题。

2.1.2 甲烷化工艺优化

甲烷化反应催化剂失活过快与甲烷化反应器内温度偏高有关。甲烷化的反应温度较高时会伴随析碳反应的发生。析出的碳会沉积在催化剂的表面，从而导致催化剂的失活，另外，当温度过高时，也会导致催化剂烧结失活，因此抑制甲烷化反应深度或及时移除反应热，是甲烷化工艺的关键[4]。

可通过在焦炉煤气中掺入较低温度的水蒸气来抑制甲烷化反应的深度[7]，同时，可设置多级甲烷化反应器，并且通过控制入口焦炉煤气温度使每级反应器的出口气体温度不高于450℃[8]，通过该优化，可有效降低甲烷化反应器温度，保证催化剂的使用寿命，同时可以扩大反应器材质的选择范围。

在甲烷化反应过程中，为降低反应器温度，一般将部分气体换热降温后循环，近日，新开发了一种无须气体循环，通过合理进行每级出口反应气体换热及补入水蒸气的方法来控制反应器温度，该工艺流程减少了气体循环所用的动力设备，降低了设备故障率，有利于工厂的平稳运行。

2.1.3 驰放气回收利用

液化工段副产的驰放气经PSA装置脱氢、脱氮处理后得富甲烷气及富氢气，富甲烷气经风机增压后返回系统，而一般情况下，富氢气则直接放火炬燃烧，造成了资源的浪费。

经分析，可将富氢驰放气作为TSA预处理工段脱苯塔、脱萘塔的再生气，并最终返回焦化厂，使资源得到充分利用。原TSA预处理工段的再生气为预处理后的焦炉气，采用该优化工艺后，降低了能量的损耗。

优化的工艺流程见图2所示。

图2 工艺流程优化

2.2 设备配置优化

焦炉煤气制LNG项目主要的动力设备为压缩机，压缩机的正确选型及配置是生产平稳运行的关键。目前用于焦炉煤气再利用行业的压缩机为往复式压缩机、螺杆式压缩机及离心式压缩机。

2.2.1 焦炉气压缩机

焦炉煤气含有焦油、苯、萘、H2S等杂质，极易造成往复式压缩机冷却器、阀门片等部件堵塞，也易对离心压缩机叶轮造成致命损伤，而螺杆压缩机运行中可采用喷水工艺[9-10]，可在很大程度上避免了焦炉煤气杂质堵塞压缩机的现象，因此需在焦炉煤气净化前增压时，推荐使用螺杆式压缩机。

螺杆式压缩机本身无易损件，一般认为其可长周期运转，很多情况下不设置备机，然而应尽量避免单台螺杆压缩机打气量过大的情况。根据实际运行情况，当打气量过大时可能会出现轴故障、压缩机振动剧烈的情况，因此考虑增设备用压缩机，气量较大时开启备用压缩机，或者正常操作时设置两台压缩机各50%负荷运行。

2.2.2 冷剂压缩机

在天然气液化时，需要通过压缩机对混合冷剂增压，理论上往复式压缩机及离心式压缩机均可满足工艺要求，气量较大时，可考虑多台往复式压缩机并联运行。两类压缩机的主要特点如表1所示。

表1 往复式压缩机及离心式压缩机对比

虽然往复式压缩机技术比较成熟，但实际运行中，往复式压缩机气阀、活塞环等易损件多，每隔一段时间就要进行维护，影响工厂的平稳生产，另外，往复式压缩机泄漏量较大，在运行中需不断补充混合冷剂，而离心式压缩机日常维护量小，且通过干气密封可大大减小泄漏量，另外，离心压缩机内部无需润滑，可对介质进行无油压缩，避免了介质带油的缺点。因此冷剂压缩机建议采用离心式压缩机，并根据工厂情况考虑设置备机。

3 结论

随着天然气需求的增长以及对焦化产业环保要求的提高，焦炉煤气制LNG日益引起人们的关注，而在焦炉煤气制LNG工厂实际运行中，可能出现产品苯含量偏高、催化剂失活过快、装置能耗较高、生产不稳定等问题，因此，本文从焦炉煤气预脱硫、甲烷化工艺、焦炉煤气脱氮及驰放气回收等方面对焦炉煤气制LNG的工艺流程进行了优化分析，并且结合运行情况，提出了焦炉煤气压缩机及混合冷剂压缩机的选型建议。

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(本文文献格式：杨 璐.焦炉气制LNG工艺技术优化研究[J].山东化工，2016，45(24)：93-95.)

Study on Process Optimization of Coke Oven Gas to Liquefied Natural Gas

Yang Lu

(CNOOC Shandong Chemical Engineering Co., Ltd., Jinan 250101，China)

Coke oven gas to liquefied natural gas become hotspot of coke industry, which not only can reduce the environmental pollution,but aslo can promote to adjust the energy structure. This paper describes main production processes of coke oven gas to natural gas, besides, on the basis of studying practical operating condition, proposes optimization of coke oven gas to liquefied natural gas from the aspects of process and equipment configuration.

coke oven gas; LNG; process; equipment configuration; optimization

2016-12-08

杨 璐(1990—)，女，山东滨州人，从事石油化工设计工作。

TQ522.6

A

1008-021X(2016)24-0093-03