作為世界最大的焦炭生成國，我國焦化企業(yè)每年會副產(chǎn)約1000億m3焦?fàn)t煤氣，除用于自身加熱及煤氣生成的，還有近300億m3剩余，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，給環(huán)境也造成了極大污染。而相對應(yīng)的，我國天然氣的資源稀少，存在很大缺口，從這點(diǎn)來講在焦?fàn)t煤氣甲烷化技術(shù)下將焦?fàn)t煤氣制成清潔的天然氣能源是國家規(guī)劃中的一個關(guān)鍵戰(zhàn)略布局。
1國內(nèi)焦?fàn)t煤氣及天然氣現(xiàn)狀分析
1.1焦?fàn)t煤氣的主要成分
焦?fàn)t煤氣作為焦炭生產(chǎn)過程中的一種副產(chǎn)品，隨著煉焦工業(yè)的迅速發(fā)展，其產(chǎn)生量也呈現(xiàn)出逐漸增長的趨勢。凈焦?fàn)t煤氣的主要成分如表1所示。
1.2焦?fàn)t煤氣甲烷化利用的可行性分析
焦?fàn)t煤氣中含有大量的氫氣、甲烷以及一氧化碳，通過甲烷化反應(yīng)，提高熱值，將大部分的氫氣與一氧化碳、二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷，之后進(jìn)行分離、提純，就可以得到甲烷體積分?jǐn)?shù)在百分之九十以上的SNG（合成天然氣），SNG經(jīng)過壓縮后就會成為CNG（壓縮天然氣），SNG經(jīng)過液化后就會成為LNG（液化天然氣）。液化天然氣是一種新興的清潔型能源，不僅具有性能高、熱值大等優(yōu)點(diǎn)，也可以在很大程度上節(jié)約遠(yuǎn)距離運(yùn)輸成本以及儲存空間，受到了越來越多的青睞，目前，有很多國家紛紛將液化天然氣作為首選燃料。
2焦?fàn)t煤氣甲烷化技術(shù)
焦?fàn)t煤氣通過凈化脫除苯、萘、重碳?xì)浠衔铩⒘蚧锖?，壓縮，換熱，再在催化劑作用下，進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，使COG中的一氧化碳、二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲烷，得到以甲烷為主的混合氣；然后使用PSA（變壓吸附）法、膜分離法或低溫精餾法，分離混合氣中的甲烷，制得SNG（合成天然氣）、CNG（壓縮天然氣）或LNG（液化天然氣）。
2.1耐高溫甲烷化工藝
此工藝主要通過三到四個甲烷化爐來完成，在溫度化學(xué)平衡限制理論下，在多個甲烷化爐內(nèi)通過換熱器進(jìn)行熱量的回收，當(dāng)甲烷化反應(yīng)達(dá)到平衡之后，通過過熱蒸汽來進(jìn)行離心壓縮機(jī)的驅(qū)動。此工藝設(shè)備簡單，投資少，熱量的利用率高，工藝操作擁有較大彈性。
2.2低溫甲烷化工藝
此工藝主要分耐硫及非耐硫兩種工藝，兩種工藝的區(qū)別主要為脫硫精度不同，耐硫工藝總硫使用量約為10×10-6，而非耐硫工藝則需要脫硫至0.1×10-6以下。低溫甲烷化工藝流程中，使用大量的原料氣來進(jìn)行循環(huán)，各工序下，反應(yīng)爐溫度需保持在450℃以下，確保甲烷化爐中CO及CO2含量小于3%，這樣才能更好控制甲烷化爐溫度。
2.3焦?fàn)t煤氣甲烷化
焦?fàn)t煤氣甲烷化是天然氣制備工藝中最總要的一道工序。在此工序中甲烷化主要發(fā)生了如下反應(yīng)：
CO+3H2 CH4+H2O（1）
CO2+4H2 CH4+2H2O（2）
在甲烷化反應(yīng)中，選擇性催化這種反應(yīng)最典型。應(yīng)用不同催化劑及催化工藝，就會生成不同產(chǎn)物，當(dāng)前微晶鎳用作甲烷化催化劑比較多。
2.4技術(shù)的比較
由于CH4的物理性質(zhì)和CO、CO2相近，傳統(tǒng)的變壓吸附法、膜分離法、低溫精餾法等很難一步脫除焦?fàn)t煤氣中的CO和CO2，若采用兩步法分別脫除，甲烷的收率則較低。甲烷化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，通過進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，將無用的CO和CO2轉(zhuǎn)化為甲烷，這樣既達(dá)到了脫除雜質(zhì)氣體的目的，又可以增加天然氣的產(chǎn)量，所以，該技術(shù)是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。但由于甲烷化反應(yīng)放熱量較大，操作溫度就較高，所以甲烷化反應(yīng)器的設(shè)備要求也較高，此外，還需將部分產(chǎn)品氣循環(huán)或采用多級甲烷化反應(yīng)器，增加了工藝的復(fù)雜性。非甲烷化技術(shù)的甲烷產(chǎn)率低于甲烷化技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單，技術(shù)成熟，投資和操作費(fèi)用低。
3焦?fàn)t煤氣甲烷化利用技術(shù)的進(jìn)展
目前，國內(nèi)掌握相關(guān)技術(shù)的主要有：中科院大連化學(xué)物理研究所、西南化工研究設(shè)計(jì)院、武漢科林精細(xì)化工有限公司、新奧集團(tuán)等，并陸續(xù)建成多套焦?fàn)t煤氣合成天然氣裝置。較早建成的裝置多采用國外技術(shù)，如2012年投產(chǎn)的內(nèi)蒙古恒坤化工有限公司LNG項(xiàng)目，采用英國DAVY-CRG技術(shù)，天然氣產(chǎn)量1.2億m’/a；2012年投產(chǎn)的內(nèi)蒙古烏海華油天然氣公司制LNG項(xiàng)目，采用丹麥TopsoeTREMPTM技術(shù)，天然氣產(chǎn)量3.3億m’/ao由于采用國外技術(shù)專利費(fèi)用較高，自2013年后建成的裝置多采用國內(nèi)自主研發(fā)的焦?fàn)t煤氣甲烷化技術(shù)。新奧集團(tuán)專業(yè)從事煤炭清潔能源領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)，2006年完成甲烷合成小試，2010年中試通過河北省項(xiàng)目成果鑒定，2013年首個采用新奧專利技術(shù)的河南京寶焦?fàn)t煤氣制LNG項(xiàng)目一次試車成功，并平穩(wěn)運(yùn)行至今。
綜上所述，我國焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量大，但是天然氣資源卻嚴(yán)重短缺，焦?fàn)t煤氣制天然氣適合我國當(dāng)前能源現(xiàn)狀，也是必須大力推廣的一種能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，這種技術(shù)同國家能源政策相符合，可對工業(yè)廢氣充分利用，節(jié)能減排，經(jīng)濟(jì)效益巨大。但是當(dāng)前焦?fàn)t煤氣甲烷化技術(shù)在我國發(fā)展還不成熟，工藝穩(wěn)定性及可靠性都需要進(jìn)一步驗(yàn)證，今后應(yīng)重點(diǎn)研究更為高效穩(wěn)定的催化劑，完善焦?fàn)t煤氣甲烷化工藝，讓其工藝水平不斷提高，力求在確保工藝可靠穩(wěn)定基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)效益最大化。
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