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焦炉煤气的综合利用技术


焦炉煤气的综合利用技术

焦炉煤气的综合利用技术

摘要:我国的焦化企业每年会生产一千多亿立方米的焦炉煤气,其中20%左右的焦炉煤气直接放散燃烧。为了充分、合理利用焦炉煤气这种资源,文章列举了焦炉煤气发电、制取氢气、生产甲醇及直接还原铁四种应用技术进行分析,指出焦炉煤气的综合利用是发展的必然趋势。

关键词:焦炉煤气;综合利用;能源

中图分类号:TQ 542              文献标识码:A              文章编号:

The Comprehensive Utilization Technology of Coke Oven

Gas

Abstract:Our country's coked enterprise will produce more than 1000 hundred million cubic meters coke gas every year, 20% about coke gas will diffuse the combustion directly。 For full, reasonable use coke gas this resources, the article enumerated the coke gas electricity generation, the system to take the hydrogen, the production methyl alcohol and the direct reduced iron four kind of applied technology carries on the analysis, pointed out that the coke gas the comprehensive utilization was the development inevitable trend。

Key words:Coke gas; Comprehensive utilization; Energy

我国是世界钢铁大国之一,焦炭的产量也位居世界前列,且一直呈增长趋势,2000 年的焦炭产量为1.22 亿t,2006 年焦炭产量为2.33 亿t,到2009 年增长到了3.53 亿t。在生产焦炭的同时会产生大量焦炉煤气,如果按照生产1 t 焦炭产生430 m3 焦炉煤气计算, 2009 年我国全年焦炉煤气发生量可达1517.9亿m3,其中70%左右的焦炉煤气用于企业自用、商用及城市居民用气,剩余的焦炉煤气则直接燃烧放散到大气中,不仅造成了能源浪费,而且污染了周边环境。据专家计算,我国每年燃烧放散到大气中的焦炉煤气量,相当于国家“西气东输”设计年输气量的两倍以上【1】。因此,焦炉煤气的回收利用对实现我国资源的循环利用和经济的可持续发展具有重要意义。

1 焦炉煤气的组成

烟煤隔绝空气加热到950~1050℃,经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩等过程最终制得焦炭,这一过程叫高温炼焦。炼焦除了可以得到固体产品---焦炭外,还可以得到液体产品---焦油,气体产品---荒煤气(也称粗煤气)。荒煤气经过电捕焦油器脱除焦油、湿法脱硫、酸洗脱氨、洗油脱苯后成为净焦炉煤气。净煤气的组成如表1-1所示【2】。

1 净焦炉煤气的组成

名称组成/%

H2)CH4)CO)N2)CO2)C n H m)O2)

干煤气54~59 24~28    5.5~7 3~5 1~3 2~3 0.3~0.7

2 焦炉煤气的利用

2.1发电

焦炉煤气属于中热值煤气,其低发热值为17~19MJ/m3。常见的焦炉煤气发电方式有蒸汽轮机发电、燃气轮机发电和内燃机发电三种【3】。

蒸汽轮机发电是锅炉直接燃烧焦炉煤气生产蒸汽,利用蒸汽轮机驱动发电机发电。蒸汽轮机发电是一种传统的煤气发电技术,效率较低,但单机功率较大,适合建立大规模的燃气电站。

燃气轮机发电是通过压气机涡轮将空气压缩,高压的空气在燃烧室与焦炉煤气混合燃烧,使空气急剧膨胀做功,从而推动动力涡轮旋转做功来驱动发电机发电。燃气轮机发电,设备在性能及可靠性方面较差,发电效率不超过30%,采用燃气和蒸气联合循环发电时,发电效率高达45%,这是今后焦炉煤气发电的发展趋势。

内燃机发电是用煤气直接燃烧驱动燃气轮机进行发电。其工作原理与汽车发动机相似,需要火花塞点火,由于内燃机气缸内的核心区域工作温度可以达到1 400℃,使其效率大大超过了蒸汽轮机和燃气轮机。燃气内燃机的发电效率为30%~40%,一般可以达到35%。国内焦炉煤气内燃发电机组单机功率一般在500~2000 kW,该种发电方式单机功率相对小,建站灵活,为目前国内焦炉煤气发电采用的主要方式。

2.2生产甲醇

当今,甲醇已成为十分重要的有机化工原料之一,甲醇的深加工产品已达120余种。随着能源结构的改变,甲醇又可以作为清洁能源或汽油的添加剂等,需用量十分巨大。甲醇合成已成为我国重要的产业之一。

焦炉煤气组分本身含有甲烷24%~28%,简单的转化就可以满足甲醇合成气的比例要求。数据表明,2000-2200m3焦炉煤气可生产1t甲醇。通过对我国特定地区相同规模的焦炉煤气、天然气、煤为原料制甲醇的消耗成本投资比较可以发现,焦炉煤气制甲醇具有明显优势。以年产20万吨甲醇为例,三种原料的比较如表1-2所示。

2 不同原料合成甲醇的比较

原料类别煤天然气焦炉煤气

消耗   1.5 t/t 1000m3/t 2040m3/t

单价360元/t 0.7元/tm30.12元/tm3原料成本540元/t 700元/t 244.8元/t

完全成本1100元/t 1000元/t 800元/t 投资   6.0亿元   4.0亿元   4.5亿元

观察表1可以发现,焦炉煤气中除含有一定量的H2、CO、CO2外,还含有近30%的烃类气体(主要是CH4),而这些烃类气体只有通过转化才能用于合成甲醇。目前,焦炉煤气甲烷转化工艺主要有催化氧化转化法、非催化转化法、蒸汽转化法三种。由于催化氧化转化法流程短,投资低,目前国内常用,焦炉煤气制甲醇的工艺流程如图1所示【4】。

 

 

 

 

 

1 焦炉煤气纯氧催化转化法制甲醇工艺流程图

2.3生产氢

由表1可知,焦炉煤气组分本身含有氢气54%~59%,简单的分离就可以获得氢气。采用变压吸附技术(PSA)可从焦炉煤气中提取高纯度(99.9%左右)的氢气。中国武钢硅钢厂、宝钢冷轧厂、石家庄焦化厂、邯钢相继建成了焦炉煤气变压吸附制氢装置,制氢成本仅相当于电解水成本的1/3~1/4【5】。也可以将焦炉煤气重整转化为合成一氧化碳和氢气,再通过水煤气变换反应将焦炉煤气转化成为氢气。

氢气既可以作为能源,广泛应用于航天、汽车制造等行业,又可以作为化工原料,用于石油化工加氢裂解、生产双氧水、合成氨等化工生产过程。目前,国内石家庄焦化厂就有10万t/a的过氧化氢生产线。

2.4直接还原铁

直接还原铁(DRI-Direct Reduced Iron)又叫海绵铁,是精铁粉或氧化铁在炉内经低温还原形成的低碳多孔状物质,其化学成分稳定,杂质含量少,主要用作电炉炼钢的原料,也可作为转炉炼钢的冷却剂,如果经二次还原还可供粉末冶金用。

直接还原铁的生产工艺有煤基和气基两大类,目前工业上大多采用的是气基法。气基法使用的还原剂主要是天然气。天然气经重整后,主要成分CH4 分解为(CO H2),用来直接还原铁。但受地域限制及不断上涨的天然气价格的影响,其生产成本不断升高,而焦炉煤气中H2和CH4的体积分数分别为54%~59%和24%~28% ,热裂解后即可得到廉价的还原性气体(φ(H2   CO) >90% )。用焦炉煤气替代天然气生产DR I,既解决了气源问题,又使焦炉煤气得到了高效利用,因此该项目已经成为当前科研工作者们的研究焦点。

3 结语

焦炉煤气的综合利用前景十分广阔,从焦炉煤气中提炼出的数百种化工产品,不但延长了炼焦综合利用的产业链,还将焦炉煤气转化为高附加值的产品。但是,焦炉煤气的深度净化以及化工产品的提取、回收、利用等都涉及到了资金的投入,直接关系到企业的经济效益。因此新建工程必须先进行经济分析,采用的有效工艺流程,得到理想的经济收益。

参考文献

[1]姚维学,付再华,刘同飞等.焦炉煤气的综合利用[J].河北化工,2009,32(12):34-36.

[2]何建平主编.炼焦化学产品回收与加工[M].化学工业出版社,2005.

[3]张建隽.剩余焦炉煤气利用途径[J].河北化工,2009,32(6):25-27.

[4]李克兵,陈健.焦炉煤气和转炉煤气综合利用新技术[J].化工进展,2010,29:325-327.

[5]王瑾辉.变压吸附制氢技术在邯钢冷轧工程中的应用[J].冶金动力,2006,(1):53-56.


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