天然氣是一種十分清潔的一次能源，但是目天然氣消費量占我國一次能源消費比例只有3~4%,所占比例遠低于平均水平（25%），也低于亞洲平均水平（8.8%）。提高天然氣的再一次能源消費中占得比例，有助于我國環(huán)境保護。
        同時，我國天然氣市場處于快速發(fā)展期。國家發(fā)改委能源局油氣處預(yù)測在2016~2010年，天然氣需求增速將保持在年平均8%左右，且到2020年天然氣需求量可望超過3000億Nm³，市場缺口將達到900億Nm³。并且，我國天然氣價格也處于上升期。按熱值當量測算，國內(nèi)天然氣井口價格與原油價格比在0.24~0.4:1，而發(fā)達國家天然氣與原油比價通常在0.6:1，有50%以上的上調(diào)空間。
        與此同時，我國焦化企業(yè)在生產(chǎn)焦炭的同時副產(chǎn)大量的焦爐煤氣，除回爐加熱自用及民用（作為城市煤氣）、生產(chǎn)合成氨或甲醇外，每年富裕的焦爐煤氣約200億Nm³，熱值超過“西氣東輸”一期工程。富裕的焦爐煤氣燃燒排放或直接排放，既造成巨大的資源浪費，又造成嚴重的環(huán)境污染。因此，利用焦爐煤氣生產(chǎn)合成天然氣（SNG）,進而生產(chǎn)壓縮天然氣（CNG）或液化天然氣（LNG），可開辟新的清潔能源來源，同時將產(chǎn)生較明顯的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益與社會效益，對促進焦化與能源行業(yè)的技術(shù)進步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。
1.原理及工藝流程
1.1焦爐煤氣制合成天然氣原理
由于焦爐煤氣中CO荷CO2的總含量約為10%（v/v），多碳烴的含量為2~3%，以及約55%（v/v）的H2，所以可以利用甲烷化反應(yīng)生成甲烷，主反應(yīng)見反應(yīng)式（1）和（2）：

焦爐煤氣中還有少量O2，可與氫氣反應(yīng)生成水，見反應(yīng)式（3）

       從反應(yīng)式（1）（2）和（3）可知，這三個反應(yīng)都是很強的放熱反應(yīng)，在反應(yīng)過程中反應(yīng)熱可使甲烷化爐的溫度升高到650℃左右。這不僅使催化劑由于多碳烴裂解而結(jié)碳，還可能容易使不耐高溫的甲烷化催化劑燒結(jié)而失活。

1.2焦爐煤氣甲烷化制液化天然氣LNG的工藝流程
   甲烷化合成LNG主要含有三大工藝流程，凈化分離、甲烷化和深冷液化，其中甲烷化過程是技術(shù)的關(guān)鍵。

焦爐煤氣制LNG工藝流程
 

    1、 凈化分離

    主要采用干法和濕法，取出硫銨氯苯、焦油、精脫硫，獲得下一步化學反應(yīng)的標準化原料。凈化分離包括原料氣壓縮、預(yù)處理、二次升壓、有機硫水解、精脫硫等幾個工序。焦爐煤氣中含有焦油、苯、不飽和烯烴以及硫等雜質(zhì)，焦爐煤氣中的不飽和烯烴會在后續(xù)的焦爐煤氣甲烷化反應(yīng)中分解析碳而影響催化劑活性，由是無機硫和有機硫組成的混合硫化物也是甲烷化催化劑的毒物，會導致甲烷化催化劑永久性中毒失去活性，因此必須在凈化分離階段嚴格控制、脫除徹底。經(jīng)過精脫硫之后焦爐煤氣中混合硫的含量將被脫除至0.1ppm。

    2、甲烷化

    通過一氧化碳和二氧化碳與氫氣的化學反應(yīng)得到CH4。甲烷化的過程是一個強放熱的過程，反應(yīng)溫度為250℃-600℃，因此過程中控制反應(yīng)溫度和回收反應(yīng)熱量是整個工序的關(guān)鍵，否則容易引發(fā)爆炸等安全事故。同時，甲烷化過程中的催化劑至關(guān)重要，一方面催化劑的優(yōu)劣關(guān)系到轉(zhuǎn)換率高低，影響甲烷產(chǎn)量；另一方面高溫環(huán)境對甲烷的耐熱性能提出了較高的要求。目甲烷化技術(shù)國外代表性的工藝技術(shù)有丹麥托普索甲烷化、英國戴維甲烷化。國內(nèi)方面開展工作的有西南化工設(shè)計院、大連凱特利催化劑工程有限公司、新地能源工程技術(shù)有限公司、武漢科林精細化工有限公司、上海華西化工科技有限公司等。

    3、深冷液化

    深冷液化工序需要根據(jù)焦爐煤氣的處理量來決定深冷液化工序的選擇類型，對于較大規(guī)模的焦化廠，可采用混合制冷工藝MRC。得到的液化天然氣中主要是CH4和N2，且CH4含量大于96%。把氣體深冷至-162度，壓縮625倍，獲得液態(tài)天然氣（LNG），技術(shù)相對簡單和成熟。

1.3經(jīng)濟評價
       以一個年產(chǎn)100萬噸焦炭的焦化企業(yè)為例，除自用外，富于焦爐煤氣量約為2.5X104Nm³/h。若利用該甲烷化技術(shù)制合成天然氣，則可以得到合成天然氣SNG或壓縮天然氣CNG為10733Nm³/h，或液化天然氣9000Nm³/h。以焦爐煤氣價格為0.3元/Nm³計算，電為0.5元/Kwh，則合成天然氣的生產(chǎn)成本約為1.23元/Nm³，淵藪天然氣的生產(chǎn)成本約為1.32元/Nm³，液化天然氣的生產(chǎn)成本約為1.69元/Nm³.若按照天然氣售價為1.8元/Nm³，壓縮天然氣售價為2.5元/Nm³，液化天然氣售價為3.0元/Nm³，則年銷售毛利分別為4894萬元、10131萬元和9431萬元，經(jīng)濟效益良好。


1.4焦爐煤氣甲烷化合成LNG工藝過程氣體解決方案
       天禹智控根據(jù)焦爐煤氣甲烷化合成LNG工序，再結(jié)合國內(nèi)的氣體分析技術(shù)，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的焦爐煤氣制合成天然氣工藝過程氣體分析系統(tǒng)及煤氣分析儀來實時監(jiān)測工藝過程中氣體的含量進而優(yōu)化及控制工藝，以達到制天然氣工藝優(yōu)輸出 。目，因天禹智控氣體分析儀精度高、穩(wěn)定性好等過硬的品質(zhì)，驗證了設(shè)計的結(jié)構(gòu)合理性，得到了廣大用戶的一致好評，且綜合性能能夠滿足工業(yè)化應(yīng)用。

1.5結(jié)論
       焦爐煤氣經(jīng)過壓縮，TAS脫除萘苯等，再加氫轉(zhuǎn)化粗脫硫，精脫硫后使總硫含量降低到0.1ppm，然后利用甲烷化技術(shù)和分離技術(shù)，可以得到合成天然氣SNG和液化天然氣LNG。該合成天然氣完全符合國家規(guī)定的管道天然氣的標準GB17820-1999，且部分數(shù)據(jù)遠遠優(yōu)于該標準。結(jié)合武漢天禹智控對焦爐煤氣制合成天然氣工藝的研究與煤氣氣體分析系統(tǒng)的開發(fā)，說明使用煤氣分析系統(tǒng)可以比較大化的把煤氣轉(zhuǎn)化為合成天然氣，不僅原料的能量利用率比較高，而且工藝流程簡單，投資較小，經(jīng)濟效益較好。


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原創(chuàng)作者：武漢天禹智控科技有限公司