1、國內(nèi)焦?fàn)t煤氣的綜合利用現(xiàn)狀摘要:本文介紹了焦?fàn)t煤氣制備甲醇、氫氣、液化天然氣（LNG）以及作為還原鐵的還原劑的綜合利用前景，對焦?fàn)t利用技術(shù)進(jìn)行了比較,指出了大型的煉焦企業(yè)發(fā)展焦?fàn)t煤氣制備甲醇的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞:焦?fàn)t煤氣綜合利用甲醇煤焦化又稱煤炭高溫干餾。是以煤為原料，在隔絕空氣條件下，加熱到950C左右,經(jīng)高溫干餾生產(chǎn)焦炭，同時獲得煤氣、煤焦油并回收其它化工產(chǎn)品的一種煤轉(zhuǎn)化工藝。焦化是煤化工的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),2010年全國焦炭產(chǎn)能預(yù)計3.7億噸,焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量1500多億方,全國約有焦化企業(yè)2000多家，其中1/3為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，2/3為獨(dú)立焦化企業(yè)。國務(wù)院發(fā)展研究中心信息網(wǎng)報道，1990年、1995年和

2、2000年鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的焦?fàn)t煤氣利用率分別達(dá)到97.21%、98.14%和98.00%。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的煤氣資源屬已利用資源。對于獨(dú)立的焦化廠，除焦?fàn)t自身加熱需消耗50%55%的焦?fàn)t煤氣外，外送煤氣因受到天然氣、液化氣的挑戰(zhàn),正在積極開發(fā)焦?fàn)t煤氣的綜合利用技術(shù)。可以預(yù)計隨著技術(shù)的進(jìn)步、科技的發(fā)展和國家經(jīng)濟(jì)實力的提高，焦?fàn)t煤氣的應(yīng)用前景將會越來越廣。1焦?fàn)t煤氣的綜合利用1.1焦?fàn)t氣制備甲醇甲醇(CH30H)在一種在常溫常壓下無色透明、易流動、易揮發(fā)的可燃液體。甲醇可以作為有機(jī)化工原料和溶劑使用，廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成、涂料、染料、醫(yī)藥和國防等工業(yè)，是僅次于芳烴和烯烴的第三大重要有機(jī)原料。此外，甲醇還是

3、一種清潔型燃料，其本身可直接替代汽油作為發(fā)動機(jī)燃料，也可以和汽油摻混，在現(xiàn)有的汽車發(fā)動機(jī)上使用還可用于制造甲醇燃料電池。因此，發(fā)展焦?fàn)t氣制備甲醇，可緩解我國的石油儲備和需求之間的矛盾12,就國計民生問題來講具有重要的意義。1.2焦?fàn)t煤氣制取氫氣氫能是一種清潔且無污染的新型能源，代表著未來能源的發(fā)展方向。氣候變化等環(huán)境問題和近年來興起的燃料電池技術(shù)是氫能經(jīng)濟(jì)概念產(chǎn)生的基礎(chǔ)。目前，有關(guān)氫氣的制備、儲存、分配和利用等方面的問題引起了全世界研究的熱點(diǎn)，許多國家及國際研究機(jī)構(gòu)都制定了相應(yīng)的研究計劃和方針。液氫是世界公認(rèn)的未來最理想的清潔能源其燃燒過程只產(chǎn)生水蒸氣并且可釋放大量熱量。液氫是火箭用氫氧發(fā)動機(jī)

4、的良好燃料，在我國,液氫已成為不可缺少的火箭燃料，其用量隨著發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量的增多而迅速增加，現(xiàn)已達(dá)到了一定規(guī)模的用量8。在一些能源相對富集的地區(qū)，可以把氫氣液化后運(yùn)輸?shù)交ず褪蜔捴频裙S中作為原料使用，這些都是氫氣比較有前景的工業(yè)用途。而焦?fàn)t氣中含氫的體積分?jǐn)?shù)可達(dá)60%,因此利用焦?fàn)t煤氣為原料制備液氫是焦?fàn)t煤氣非常值得發(fā)展的利用途徑34。1.3焦?fàn)t煤氣綜合利用新工藝制液化天然氣（LNG）液化天然氣是一種清潔、高效的新能源。由于進(jìn)口LNG有助于能源消費(fèi)國實現(xiàn)本國能源供應(yīng)多元化，可保障其能源安全，而出口LNG有利于天然氣資源豐富的國家有效開發(fā)資源、增加國家外匯收入、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因而液化天然氣

5、進(jìn)出口貿(mào)易正成為全球能源市場的新熱點(diǎn)56。當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)還在持續(xù)快速發(fā)展，但是經(jīng)濟(jì)的能源動力卻非常緊缺。我國的能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)依然依靠煤炭工業(yè)為主，而石油以及天然氣工業(yè)所占的比例非常小，可以說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于整個能源世界的平均水平。伴隨我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，我國對于能源的需求將會持續(xù)大幅增長，大力發(fā)展焦?fàn)t煤氣綜合利用新工藝-制液化天然氣將對優(yōu)化我國的能源結(jié)構(gòu)有重要作用。我國已經(jīng)加大了液化天然氣產(chǎn)業(yè)布局的總體建設(shè)，正在規(guī)劃和實施的沿海液化天然氣項目有：浙江、上海、遼寧、廣東、福建、山東、江蘇。這些LNG項目將構(gòu)成我國的沿海液化天然氣接收站與其輸送管網(wǎng)體系。除廣東、福建兩地的工程全面進(jìn)入正式施工建設(shè)階段外，

6、其余地方的項目多處在前期的預(yù)算準(zhǔn)備階段。在我國內(nèi)陸，建成的液化天然氣衛(wèi)星站已超過46個、調(diào)峰站達(dá)到2座、已建成的液化天然氣工廠有2座,正在建設(shè)中的LNG工廠有4座,規(guī)劃中的LNG接收站在全部建成后，液化天然氣總儲存中轉(zhuǎn)能力可達(dá)1800萬噸/年。按照我國的LNG使用計劃，2010年國內(nèi)LNG生產(chǎn)能力將達(dá)到900億立方米到2020年將達(dá)到為2400億立方米。隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，我國能源需求與資源不足的矛盾日益顯現(xiàn)了出來。為加大我國焦?fàn)t煤氣的利用力度，緩解能源緊張的局勢、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，同時改善環(huán)境和安全生產(chǎn)條件，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所已經(jīng)和太原理工天成科技股份有限公司于2008年4月協(xié)商簽署了

7、戰(zhàn)略合作協(xié)議構(gòu)架，共同實施新工藝在焦?fàn)t氣綜合利用的示范工程”項目。該示范工程在國內(nèi)屬首創(chuàng)，符合國家能源產(chǎn)業(yè)政策要求和山西省構(gòu)建新型工業(yè)和能源基地的要求，符合山西省焦煤行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需求。該項目主要是根據(jù)焦?fàn)t氣的特點(diǎn)，采用目前國際先進(jìn)的低溫液化分離技術(shù)制得液化天然氣以及液氫，其新工藝的產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)為：（1）LNG產(chǎn)品指標(biāo)：甲烷純度（C1+C2+C3）99%回收率96%氮含量0.7%一氧化碳含量0.5%液氫產(chǎn)品指標(biāo)：液氫純度99.999%雜質(zhì)總含量10ppm）仲氫濃度9%。該項目的實施對山西省煤炭行業(yè)的利用及焦?fàn)t煤氣的高效綜合利用將起到積極的示范和推廣作用，同時也解決了山西省焦化行業(yè)密集區(qū)產(chǎn)

8、生的焦?fàn)t煤氣排放對周圍環(huán)境產(chǎn)生的嚴(yán)重污染問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。1.4焦?fàn)t煤氣作為直接還原鐵的還原劑直接還原鐵是電爐煉鋼的重要原材料，它不僅可以代替廢鋼作為鐵料,而且可以減小廢鋼回收過程中有產(chǎn)生的有毒有害雜質(zhì)帶來的危害，有利于冶煉優(yōu)質(zhì)的鋼材。此外，直接還原鐵還可以用作轉(zhuǎn)爐煉鋼中的冷卻劑使用7。在高爐煉鐵的過程中不可避免的存在著生產(chǎn)成本高和對環(huán)境污染的兩大難題，這兩大難題的難以解決直接促進(jìn)了直接還原鐵生產(chǎn)工藝的發(fā)展。焦?fàn)t煤氣可以作為最直接的還原煉鐵的高效還原劑使用，粗焦?fàn)t氣中H2和CH4體積分?jǐn)?shù)分別按55%和25%計，當(dāng)CH4發(fā)生熱裂解后,H2和CO的體積分?jǐn)?shù)分別約為74%和25%，可以

9、用焦?fàn)t氣直接來還原鐵，這種方法效果可以好于天然氣的熱裂解氣體的還原效果。工業(yè)上現(xiàn)有的直接還原煉鐵的各種工藝技術(shù)已經(jīng)相對成熟，主要分為以下兩種：一種是天然氣作為還原劑來使用的氣基豎爐生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)的生產(chǎn)量約占直接還原鐵總產(chǎn)量的92%;另一種是以煤炭作還原劑的煤基回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝，其生產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的8%。目前我國的直接還原鐵產(chǎn)量僅為21萬t/a左右，而實際需求量已超過500萬噸，國內(nèi)直接還原鐵的需求基本上全部依賴進(jìn)口，其價格較高。用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵可有效解決我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對直接還原鐵的需求，并可減緩焦?fàn)t氣直接排放對環(huán)境的污染問題，實現(xiàn)了資源的重復(fù)利用。2焦?fàn)t煤氣利用技術(shù)對比隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工

10、業(yè)水平的不斷提高，研究者們不斷的研發(fā)出了焦?fàn)t氣利用的新技術(shù)，但是我們不能忽視的是：傳統(tǒng)的焦?fàn)t氣利用技術(shù)仍有存在的價值和優(yōu)勢。這些技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過多年的實踐，比較成熟,而在企業(yè)中利用率較高，占有非常重要的地位，其作用不可忽視3,8。對這些技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行充分的分析，將更加有利于焦?fàn)t氣的高效利用，焦?fàn)t氣綜合利用技術(shù)的對比見表1。3結(jié)語近些年來，隨著我國焦化行業(yè)準(zhǔn)入”制度的實施，煉焦企業(yè)越來越注重焦?fàn)t煤氣的綜合利用。焦?fàn)t煤氣制甲醇項目在越來越多的大型煉焦企業(yè)廣泛應(yīng)用，這種方法，提高了工作效率，節(jié)約了成本,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是對于中小型企業(yè)來說，他們的生產(chǎn)規(guī)模相對較小，焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量少，成本優(yōu)勢不明顯

11、，目前進(jìn)行企業(yè)聯(lián)合模式仍存在一些問題,影響了焦化企業(yè)對焦?fàn)t煤氣的綜合利用。發(fā)展焦?fàn)t氣制備甲醇的優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)。在不可再生能源一煤炭資源日益匱乏的今天，如何減少煤炭的消耗,已成為整個能源世界廣泛討論的話題。傳統(tǒng)工藝中采用煤作為基礎(chǔ)原料生產(chǎn)甲醇，據(jù)測算,20萬噸的煤炭氣化合成生產(chǎn)甲醇的工藝中年消耗標(biāo)煤達(dá)到375364噸,而采用焦?fàn)t氣工藝合成甲醇，直接省去了煤炭的氣化過程，使甲醇生產(chǎn)的綜合利用能耗大大降低。直接采用用焦?fàn)t煤氣來合成甲醇產(chǎn)品(20萬噸)工藝每天只耗標(biāo)煤320585噸。煤炭氣化合成甲醇工藝與傳統(tǒng)工藝相比，年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤量為：34779噸標(biāo)煤8。在焦炭的生產(chǎn)過程中，每生產(chǎn)240萬噸焦炭可產(chǎn)生焦

12、爐煤氣41000萬立方米/年,如果將這些廢氣作為燃燒能源使用，按照0.1元/m3計算可帶來4100萬元的經(jīng)濟(jì)效益。假設(shè)可生產(chǎn)得到甲醇20萬噸，按照2000元/噸計算，可帶來4億元的經(jīng)濟(jì)效益。從這個角度來講，焦?fàn)t氣制備甲醇不僅增強(qiáng)了企業(yè)的抗風(fēng)險能力，更為社會創(chuàng)造了高附加值的產(chǎn)品1,9。在各種化工基礎(chǔ)生產(chǎn)中幾乎都會用到甲醇，隨著經(jīng)濟(jì)全球化的加劇和工業(yè)水平的不斷提高，甲醇的應(yīng)用更加廣泛，需求也隨之增大。作為發(fā)展中國家的中國，工業(yè)生產(chǎn)對甲醇的需求更為嚴(yán)峻。焦?fàn)t煤氣制造甲醇技術(shù)的廣泛應(yīng)用，一方面有效彌補(bǔ)了煤制甲醇的種種弊端，同時，還有效緩解了甲醇需求的壓力，為工業(yè)生產(chǎn)提供了有效保證；另一方面，可將焦?fàn)t氣

13、這種廢氣變廢為寶，節(jié)約了資源，增加了社會效益。焦?fàn)t氣中存在含量較多的有機(jī)硫類、噻吩類以及萘等有毒有害的化學(xué)物質(zhì)，比較落后的處理方法是直接排放到大氣當(dāng)中，或這作為燃料用來采暖燃燒，這樣的處理方式對大氣環(huán)境帶來了很大污染。河北旭陽年產(chǎn)240萬噸焦?fàn)t項目，一年可以產(chǎn)生的焦?fàn)t氣總量約為41000萬立方米，這些焦?fàn)t氣中的有毒有害化學(xué)物質(zhì)的份額可以占到0.01%,折算下來相當(dāng)于向大氣中每年排放4.1萬立方米的有毒有害化學(xué)物質(zhì)其中有機(jī)硫約占3.7萬立方米，這就是這一地區(qū)經(jīng)常發(fā)生酸雨的最根本原因。如果可以采用循環(huán)經(jīng)濟(jì)的方式來生產(chǎn)甲醇，將有毒有害的化學(xué)物質(zhì)固化后集中處理，不但保護(hù)了環(huán)境，且可造福后輩子孫。參考文

14、獻(xiàn)1吳創(chuàng)明.焦?fàn)t氣制備甲醇的工藝技術(shù)研究J.煤氣與熱力,2008,28(1):36-42.賀力荃.焦化聯(lián)產(chǎn)甲醇項目生產(chǎn)及其環(huán)境影響的若干問題J.干旱環(huán)境監(jiān)測，2009,23(2):91-95.蔣善勇，張凱，胡祥訓(xùn)，等.焦?fàn)t煤氣綜合回收利用J.廣東化工,2011,38(5):15-21.M.Modesto,S.A.Nebra.AnalysisofarepoweringproposaltothepowergenerationsystemofasteelmillplantthroughtheexergeticcostmethodJ.Energy,2006(31):1-17.AkiraTsunoda,HiromiShimoda,TatsuoTakaishi.MITSUBISHIlean-burngasenginewithworldshighestthermalefficiencyJ.MITSUBISHITechnicalreview,2003,40(4):1-6.山西天浩化工有限公司.用焦?fàn)t氣年產(chǎn)十萬噸甲醇項目J.山西汽車,2002(4):2838.JohnH.Scott.Thedevelopmentoffuelcelltechnologyforelectricpowergeneration:FromNASAsmannedsp