焦炉煤气制取天然气技术及经济分析

2022-09-20

对于天然气而言, 它是一种清洁能源, 而且具有较高的附加值, 但是, 当下, 在我国, 在一次能源消费的结构中天然气的比例只有3.6%, 远远要比世界平均水平低。而且, 这几年, 天然气的价格在持续地上升, 若市场需求更进一步地增加, 则仍然会继续提高价格。

在焦化企业中, 一种主要的副产品就是焦炉煤气, 若利用焦炉煤气对天然气进行制取, 则可以对日益增长的市场要求进行满足, 同时还可以充分合理的对工业废气进行利用, 从而降低对环境的污染, 企业得到的经济效益也是巨大的。

一、发展焦炉煤气制取天然气的现状

我国已逐渐完成了对焦化行业结构所进行的调整, 这样就会置换出大量的焦炉煤气, 进而对能够利用的煤气资源进行了增加。对于焦炉煤气而言, 甲烷是其主要的成分, 故而, 一个主要的研究方向就是进行甲烷化或者分离提取甲烷。在国内, 西南化工设计院利用变压吸附法对甲烷进行提浓, 同时还对多功能、高效的催化剂进行了开发。

从目前的现状来看, 实施了焦炉煤气制取天然气的项目的企业都取得了可观的效果, 例如山西楼东的俊安煤气化有限公司, 每年能够对大量的焦炉煤气量进行处理, 进而生产出大量的天然气, 其采用的就是分离、甲烷化以及焦炉煤气净化等处于国内领先水平的技术。

当下, 在国内, 焦炉煤气制取天然气产业的发展呈现出十分强劲的势头。例如在山西省, 针对西南化工设计院, 其不仅已经和山西的一些能源化工企业进行了技术转让合同的签订, 还对多家焦化企业实施项目的可行性进行了分析研究。

二、焦炉煤气制取天然气的工艺过程

对于焦炉煤气制取天然气而言, 是有两种方法的, 一是直接对原料气中的甲烷进行分离提取;二是使净涤后的焦炉煤气发生甲烷化反应, 接着对甲烷进行分离。下面对第二种方法的工艺流程进行阐述。

1. 工艺流程图

如图1所示:

2. 净化和精脱硫

焦化厂对焦炉煤气初步的进行处理后, 微量的二硫化碳、COS、硫醇、噻吩、硫化氢、不饱和烯烃、Cl-、氨、萘、苯以及焦油等杂质仍然是存在的, 对于不饱和烯烃而言, 其会在后续的反应中对析碳进行分解, 从而对催化剂的活性产生影响。混合硫化物是由有机硫和无机硫组成的, 其在甲烷化催化剂中也是一种毒物, 故而, 会使甲烷化催化剂出现永久性中毒的现象, 进而失去活性。若想要使初步净涤后的焦炉煤气发生甲烷化反应, 则必须实施精脱硫, 这样才可以和进行甲烷化反应所需要的净化精度相符合。对于原料气净化而言, 其目的就是对焦炉煤气中的焦油、苯、氯、氨以及硫等杂质进行脱除, 确保后系统设备可以正常稳定地运行。对精脱硫而言, 其目的是为了和甲烷化催化剂对于氯和硫等毒物的要求相符合, 通常采用的是对镍钼或铁钼进行加氢, 对焦炉气内的有机硫进行转化, 使它们变为无机硫, 接着用氧化锌进行脱除, 直到达到0.1ppm。

3. 甲烷化

在整个工艺中, 核心部分就是甲烷化, 它可以利用甲烷化反应对焦炉煤气中的H2、CO2以及CO进行转化, 使之变为甲烷, 在甲烷化后, 可以使甲烷含量有8%-10%的提高, 同时CO2和CO都可以下降到低于10ppm。当下, 在我国的焦炉煤气制取天然气领域中, 有两种技术是应用比较广泛的, 即丹麦的托普索技术和英国的戴维技术, 下面将对推广最为成功的托普索技术进行阐述。

其工艺流程如下:对焦炉煤气进行净化后, 利用气气换热器和第二气气换热器进行换热, 在预热达到340℃后, 和过热蒸汽在喷射器内进行混合, 接着进入到第一甲烷化反应器内发生反应, 在出口处, 废热锅炉使一部分气体副产中压饱和蒸汽, 两级蒸汽过热器对另一部分进行换热, 使温度降到383℃, 接着进入到第二甲烷化反应器内, 进一步的发生反应, 在第二甲烷化反应器的出口处, 高温气体按顺序经过降温, 使温度在100℃。若蒸汽冷凝液在第一冷凝液分离器中没有发生反应, 则和第三甲烷化反应器中出口的气体进行换热, 直到温度达到255℃, 最后在第三甲烷化反应器中发生最终反应, 这时就把气体中全部的CO2和CO转化为甲烷, 而第三甲烷化反应器中出口的气体按顺序进行降温, 直到温度为40℃, 工艺冷凝液在第二冷凝液分离器中被分离出来后, 把其送到甲烷分离装置中, 进而把甲烷分离出来。

4. 分离和干燥

对于分离而言, 其目的是根据产品质量要求对进入膜分离或者变压吸附装置的甲烷化后的气体实施分离, 分别对富氢气体和富甲烷的天然气进行获取。当下, 在进行分离时, 主要的方法有膜分离法和变压吸附分离法等。对于甲烷气干燥而言, 主要的方法有溶剂吸收法、固体吸收法以及冷分离法等。

三、分析焦炉煤气制取天然气的经济性

通常情况下, 若天然气的产量是1亿Nm3/a, 则一个焦炉煤气制取天然气厂需要大约2亿元的投资, 其每年可以对2亿Nm3的焦炉煤气进行处理, 生产出1亿Nm3的天然气, 同时还副产出5.8万吨的蒸汽, 根据1.61元/Nm3的出厂价格对天然气进行计算, 根据1.25元/Nm3的完全成本对天然气进行计算, 全厂大约有1.75亿元的销售收入, 大约有3800万元的利润, 大约5年就可以对投资进行收回, 具有良好的经济效益。一个焦炉煤气制取天然气厂在建成1亿Nm3/a产量的天然气后, 每年能够使二氧化碳的排放减少17万吨, 使二氧化硫的排放减少600吨, 使粉尘的排放减少8万吨, 环境效益也很显著。

摘要：最近几年来, 我国已经把“准入”制度纳入焦化行业, 故而, 对于炼焦企业而言, 若想要得以生存和发展, 则关键就是要对焦炉煤气进行综合利用。现如今, 一些大型炼焦企业已经对焦炉煤气制取天然气的项目进行了建设, 这样不仅可以实现综合利用的目的, 还可以对经济效益进行提升。本文简要的对发展焦炉煤气制取天然气的现状进行了叙述, 对其的工艺流程也进行了介绍, 并分析了此项目的经济性。

关键词：焦炉煤气,制取技术,天然气,经济分析