焦炉煤气利用途径分析
焦炉煤气综合利用技术探讨
焦炉煤气综合利用技术探讨摘要：我国的煤炭资源丰富，是世界上焦炭产量最大的国家，约占世界焦炭生产总量的百分之六十，在生产焦炭的过程中会产生大量的焦炉煤气，是一种非常丰富的能源，如何高效利用焦炉煤气是各国研究的重要课题，对于营造低碳环境，创造经济效益具有很大的推动作用，实现资源的循环利用，对于我国经济的可持续发展具有很大的积极意义。
因此，本文对焦炉煤气综合利用技术进行探讨。
关键词：焦炉煤气；综合利用；技术焦炉煤气是炼焦过程中产出焦炭和焦油产品的同时得到的可燃气体，是炼焦副产品。
每生产1t焦炭，约副产400m3焦炉煤气，除一半用于焦炉自身加热外，还会剩余约200m3。
若不合理利用，既造成巨大的资源浪费，又造成严重的环境污染。
随着我国能源结构的调整及排放法规的日益严格，如何合理、高效、无污染地利用焦炉煤气，已成为目前社会关注的热点之一。
1焦炉煤气综合利用技术分析1.1传统的利用方式——加热燃料焦炉煤气的传统利用方式普遍用于燃料，作为不同加热设备的气体燃料，延用近百年的历史。
与固体燃料比较，有使用便捷、管道输送和传热效率高等优点，受到工业和民用的青睐。
利用焦炉煤气生产炭黑新工艺的研究就是以焦炉煤气为燃料，以煤焦油为原料，采用油——气技术路线。
工艺特点:采用新型反应炉，利用在线高温空气预热器和油预热器，强化反应条件，提高产品质量和收率，降低一次消耗。
利用焦炉煤气特性，结合炭黑生产技术特点，研究开发利用焦炉煤气作燃料生产炭黑的新工艺技术，扩大了炭黑生产的燃料范围;高效焦炉煤气喷嘴的研制，结合焦炉煤气特点，加长燃烧器长度，在燃烧器的配风结构上采用同向双旋流沟槽，两风道入风，增大燃烧器燃烧喷嘴的配风湍流程度，使燃烧火焰更加稳定;开发研制新型煤气型反应炉，加大反应面积，结合煤气燃烧均匀的特点，改进燃烧室结构。
1.2利用焦炉煤气发电利用富余焦炉煤气，选择可靠性高、可连续性生产的直燃式航空发电机组进行发电，减少能源浪费，减少温室气体甲烷的排放，保护环境。
煤气的生产原理和利用
煤气的生产原理和利用第一节焦炉煤气的生产、净化工艺及其利用焦炉煤气是炼焦用煤在高温炼焦生产过程中的副产品，即烟煤于隔绝空气的条件下在焦炉碳化室内加热至950-1050℃的整个结焦过程中释放出来的气态产物经净化而得到的气体产品。
一：焦炉煤气的生产、原理伴随着整个结焦过程都会有气态产物释放出来，但不同时期的气态产物组成和数量是不同的。
这与炼焦工艺操作条件如装炉煤性质和配比、加热制度等有关。
另外与气态产物的析出路径、影响其停留时间的因素如炉顶空间高度、碳化室高度、单/双集气管等均有关系。
炼焦用煤被装入焦炉碳化室后，在两侧燃烧室内燃烧的煤气的加热过程中，煤炭经过干燥、热解、熔融、固化、收缩变成焦炭。
在烟煤干馏的全过程中都有大量的气态产物析出，被称之为粗煤气或荒煤气。
1t干煤在炼焦过程中大约可产生净煤气300-350Nm3.1、煤热解机理煤在隔绝空气的条件下被加热，使煤中的有机物质在不同的温度下发生一系列的变化，结果生成了数量和组成不同的气态(煤气)、液态(焦油)和固态(焦炭)产物。
炼焦是以煤的热分解为基础的复杂物理和化学变化过程。
煤的热分解主要包括煤中有机物质的裂解，裂解产品中轻质部分挥发及残余部分的缩合、地核反应。
热分解的结果，使煤中对热不稳定的部分---由缩合芳香核组成的煤炭大分子结构上的烷基侧链、官能团及连接单元之间的桥键不断裂解，挥发出煤气和焦油等化学产品;而煤的缩合芳香核大分子本身对热则相对稳定，随着加热温度的提高不断发生缩合、缔合反应，煤分子的缩合芳香核不断稠化，最终形成煤炭。
按照加热温度来划分，煤的热分解过程主要可以分为6个阶段：干燥阶段：常温-120℃，主要是蒸发脱除煤中游离的外在水分和内在水分。
(1) 脱吸阶段：120-200℃，脱去吸附在煤炭颗粒微孔结构中的CO、CO2和CH4等气体。
(2) 开始热解阶段：200-300℃，发生部分脱羧基反应，有热解水生成和蒸汽，开始分解并释放出CO、CO2和H2S等小分子气态产物，在近300℃时有微量焦油析出。
焦炉气的利用
焦炉煤气的综合利用--------------------------------------------------------------------------------[我的钢铁] 2008-09-17 12:12:54焦炉煤气作为钢铁产业的副产品具有极高的利用价值，特别是脱硫、脱氰后焦炉煤气的可燃分高、杂质低的特点更为明显，从而焦炉煤气可以广泛应用在以下方面：1、焦炉煤气用于发电。
常见有蒸气发电、燃气轮机发电、内燃机发电三种形式。
燃气轮机发电是用焦炉煤气直接燃烧，驱动燃气轮机以带动发电机发电，1m3的煤气可发电1.1-1.3Kwh；内燃机发电是用煤气直接燃烧驱动燃气轮机进行发电，1m3的煤气可发电1.3Kwh。
2、焦炉煤气用于生产化肥。
用焦炉煤气可以合成氨，用于制造化肥。
在合成塔内，30Mpa压力下可以合成氨，进而在20Mpa压力下和二氧化碳可以合成尿素。
数据表明，1720m3焦炉煤气可生产1t合成氨，生产成本低于用天然气做原料生产尿素，生产成本优势明显。
3、焦炉煤气用于生产甲醇。
焦炉煤气组分本身含有甲烷24%-28%，简单的转化就可以很容易满足合成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。
2×106m3的焦炉煤气就可以满足一条10万t甲醇生产原料需要，而制成的甲醇，掺入10%-15%的汽油中可以代替汽油，还可以进而制成液化气或和氢气相当的环境友好型燃料的二甲醚。
4、焦炉煤气用于生产氢。
焦炉煤气组分本身含有氢气50%以上，简单的分离就可以获得氢气。
通过焦炉煤气变压吸附制备的氢气既可以作为能源，又可以作为化工原料进而制备成苯类产品，还可以用于医学的过氧化氢（双氧水）制备。
如国内石家庄焦化厂就具备10万t/a 的过氧化氢生产线。
5、焦炉煤气用于生产直接还原铁。
焦炉煤气中的甲烷热分解可获得74%的H2和25%的CO，可以作为直接还原铁的还原性气体，能大大降低炼铁过程中对煤炭资源的依赖。
国内焦炉煤气现状及综合利用情况
国内焦炉煤气现状及综合利用情况一、焦炉煤气资源利用现状2022年全国焦炭产能预计3.7亿吨，焦炉煤气产量1500多亿方/年，全国约有焦化企业2000多家，其中1/3为钢铁联合企业，2/3为独立焦化企业；而独立焦化企业主要分布在山西、河南、山东、云南、内蒙等地，其中山西为世界上焦炭最大聚集地。
山西焦炭产能约占全国22%，近期坚持焦化并举，淘汰落后产能，实施总量控制（1.4亿吨），为焦炉气综合利用市场提供良好发展环境；全省焦化投资预计330亿，将继续规范吕梁、临汾两大焦化产业基地，完善30个产焦百万吨的重点企业，孕育良好的焦炉气制甲烷市场契机；2022年，将在介休、孝义等地建设十大焦炉气综合利用园，并在河津、清徐建设两个焦炉气制甲烷示范项目(形成规模10亿m3/a)；山西、河南、山东、云南、内蒙等地焦炉气资源丰富但离中心城市距离远，许多焦炉气被直接燃放，利用率低；焦炉气制甲醇和化肥由于市场受限和发电上网困难等因素影响，目前较好的利用途径是焦炉煤气甲烷化制天燃气。
焦炉煤气是指用炼焦用煤在炼焦炉中经高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所得到的可燃气体，是炼焦产品的副产品，未经净化处理的称之为荒煤气，经净化处理的称之为净煤气即本文所指的焦炉煤气。
焦炉煤气的热值约为17580kJ/m3～18420kJ/m3，天然气的热值约为35588kJ/m3，焦炉煤气的热值约为天然气热值的一半。
焦炉煤气的密度为0.45kg/m3～0.48kg/m3。
着火温度为600℃～650℃，具有燃烧速度快、着火快、火焰短的特点，理论燃烧温度为1800℃～2000℃。
每炼1吨焦炭，会产生430m3左右的焦炉煤气。
这些焦炉煤气中的一半用于企业自身回炉助燃，另外约200m3必须使用专门的装置进行回收净化处理，否则只能直接排入大气，或者燃烧排放（俗称“点天灯”）。
全国外供焦炉煤气预计就有700多亿立方米，有很多非钢焦化企业所产的焦炉煤气无法利用被“点天灯”而浪费了（这些企业一般远离城市中心），有约300亿立方米被白白排放掉。
焦炉煤气的使用流程
焦炉煤气的使用流程简介焦炉煤气是焦炉炼焦过程中产生的一种副产品，具有高热值和广泛用途的特点。
本文档将介绍焦炉煤气的使用流程，包括获取焦炉煤气、处理焦炉煤气、以及应用领域等内容。
获取焦炉煤气的主要方式•焦炉煤气是在焦炉炼焦过程中产生的，通过管道系统输送到指定的使用地点。
•焦炉煤气的产生是焦炉内煤块在高温下热解产生的副产物，通过煤气管道系统收集。
焦炉煤气的处理过程1.分离焦炉煤气中可能含有一定量的固体颗粒、液体和特定的高含硫化合物等杂质，首先需要进行分离。
常见的分离方法包括过滤、除尘和干燥等操作。
2.去除硫化物焦炉煤气中可能含有高浓度的硫化物，需要通过吸收、洗涤或催化氧化等方法进行去除。
以确保焦炉煤气的质量满足使用要求。
3.调整热值焦炉煤气的热值可能过高或过低，需要通过加热或降温的方式进行调整。
一般常用的方法是利用热交换器对焦炉煤气进行换热，以实现热值的调整。
4.储存和输送经过处理后的焦炉煤气需要储存和输送到指定的使用地点。
一般常用的储存方式包括将焦炉煤气压缩成液态储存或将焦炉煤气通过管道输送至目标地点。
焦炉煤气的应用领域•电力行业：焦炉煤气可以用作燃料，用于发电机组的燃烧，提供热能供给发电。
•炼油行业：焦炉煤气可以用作炼油厂的燃料，用于驱动设备和提供热能进行炼油过程。
•化工行业：焦炉煤气可以用作化工厂的原料，用于合成氨、合成甲醇等化学物质。
•钢铁行业：焦炉煤气可以用作炼钢过程中的燃料，提供能量和热源。
总结焦炉煤气的使用流程包括获取焦炉煤气、处理焦炉煤气和应用领域。
通过分离、去除硫化物、调整热值和储存输送等步骤，焦炉煤气可以得到净化和利用。
在电力、炼油、化工和钢铁等行业中，焦炉煤气发挥着重要的作用。
焦炉煤气 的有效利用
3.2将焦炉煤气用于发电，是近几年来焦炉煤气的主要利 用途径之一。我国焦炉煤气发电一般有三种方式：蒸气发 电、燃气轮机发电和内燃机发电。对于独立焦化厂而言， 在利用焦炉煤气发电时，多采用的是燃气内燃机技术，其 设备投资较小且焦炉煤气成本低，所以经济效益显著。而 对于国内大中型钢铁企业而言，在利用焦炉煤气发电时， 多采用的是燃气一蒸气联合循环发电技术(CCPP)，该技术 的基本原理是将剩余的焦炉煤气和回收的高炉煤气经净化、 混合、加压后送往燃气轮机燃烧、膨胀做功，带动燃气轮 发电机组发电。同时燃气轮机排放的高温烟气加热余热锅 炉，产生蒸汽，带动蒸汽轮机发电机组，形成联合循环发 电。燃气一蒸汽联合发电是热能资源的高效梯级综合利用， 其发电效率高达45％以上，实现了钢电联产，目前我国 的济钢、宝钢、太钢、沙钢、通钢、鞍钢、马钢、邯钢、 安钢、涟钢等多家钢厂都在使用该技术。
3.7作为化工原料生产合成气 近年来随着科技的进步与广大企业的勇于探索，焦 炉煤气的应用领域拓展到制化肥、甲醇一二甲醚、 提取甲烷制液化气和合成甲烷等。
以加快经济转变方式，建设环境友好型社会的总 体布局来看，我国焦炉煤气的利用也应完成其逐 步的转型，由目前多用做燃料的途径逐渐向技术 密集和利用效率更高的途径进行发展，促进焦炉 煤气利用效益的最大化，对于钢铁企业来说，要 结合自身企业的实际生产状况，合理的选择和开 发焦炉煤气的利用技术，以利于钢铁行业的节能 减排，对于独立的焦化企业，在资金充裕以及用 大量焦炉煤气的前提下也应该优先发展煤化工产 品。
3.1加热燃料 焦炉煤气的传统利用方式是作为不同加热设备的 气体燃料，与固体燃料相比较，有使用便捷、可 以管道输送和传热效率高等优点，受到工业和民 用的亲睐。 工业燃气：焦炉煤气作为气体燃料，可用于焦炉 加热、轧钢加热炉、高炉热风炉、烧结点火等。 民用燃气：焦化厂生产的焦炉煤气经过净化后， 作为燃气可供当地居民使用。但是，近几年来随 着西气东输工程的实施，沿线大中城市作为民用 燃料的焦炉煤气将逐渐被天然气替代。
焦化行业焦炉气七大综合利用节能技术
焦化行业焦炉气七大综合利用节能技术随着焦化行业的发展，焦炉煤气除部分返回焦炉加热外，剩余主要作为城市煤气，还有相当数量的焦炉煤气会通过火炬燃烧放空。
据估计每年约有350×108m3以上的焦炉煤气未被有效利用而付之一炬，这不仅造成环境污染，还浪费了大量能源。
根据焦炉煤气的特点（含氢量高），我国焦化行业应进一步开发出符合企业特点的应用技术，进而实现煤气资源的优化开发利用，增加焦炉煤气的利用价值，增强炼焦行业的整体竞争力。
近年来，我国焦炉煤气利用程度不断提高，在开发利用技术方面进行了一系列探索，本文总结出七种常用的焦炉煤气综合利用节能技术。
一、焦炉煤气用作气体燃料焦炉煤气是优质的中热值气体燃料，其热值为17兆焦~19兆焦/标准立方米，煤气的主要成分（体积百分比）为氢55％~60％、甲烷23％~27%、一氧化碳5％~8％，含两个以上的碳原子的不饱和烃2％~4％，以及少量的二氧化碳、氮、氧等。
由于我国油气资源缺乏，为解决大中城市民用燃气紧张的问题，20世纪80年代焦炉煤气曾一度广泛应用于民用燃气领城。
目前，在天然气还没有通达而焦化行业有一定基础的地区，焦炉煤气仍是民用煤气和其他工业生产的主要气体燃料提供者。
如我国景德镇等地将焦炉煤气用作陶瓷厂窑炉的加热燃料，生产出优质的陶瓷制品。
此外，焦炉煤气还可用作水泥和玻璃等工业生产的燃料。
二、利用焦炉煤气发电由于焦炉普遍采用了高效的烟气余热回收技术，约有50％~55％的焦炉煤气富余，我国许多焦化企业将剩余的焦炉煤气用于发电。
焦炉煤气发电有三种方式，分别为蒸汽发电（热电联产）、燃气轮机发电和内燃机发电，目前这几种发电方式在国内均有应用，技术成熟。
如果焦化企业与高电耗生产匹配或与发供电企业联营，且上网电价合适，焦炉煤气用于发电可作为优先选择的技术路之一。
其运行与管理简便，生产作业间长，可采取多种方式，企业收益稳定。
1、蒸汽发电，热电联产供热与发电兼用蒸汽发电由锅炉-凝气式气轮机-发电机组成。
浅析焦炉煤气的利用现状及发展前景
浅析焦炉煤气的利用现状及发展前景浅析焦炉煤气的利用现状及发展前景冯路叶摘要:焦化是我国煤炭化工转化的最主要方式，焦炉煤气是重要的能源和化工原料。
本文重点分析了我国焦化行业及焦炉煤气的利用现状, 介绍焦炉煤气的综合利用途径, 提出了以焦炉煤气为基础发展化工、工业燃料、热电联产等项目的广阔前景。
关键词:焦炉煤气; 现状; 综合利用；发展前景1 炼焦工业和焦炉煤气利用现状1.1 炼焦工业概况我国是世界上焦炭产量最大的国家，2010年焦炭产量约为3.8亿t，约占世界焦炭总产量的60%，全国约有焦化企业2000多家，其中1/3为钢铁联合企业，2/3为独立焦化企业，而独立焦化企业主要分布在山西、河南、山东、云南、内蒙等地，为焦炉煤气综合利用市场提供了良好发展环境。
所产生的焦炉煤气量巨大，如何高效、合理地利用这些煤气，是关系环保、资源综合利用、节能减排的重大课题。
1.2焦炉煤气利用现状焦化是我国煤炭化工转化的最主要方式。
2010年我国新投产焦炉57座，新增产能约3371万吨。
其中炭化室高6米及以上的顶装焦炉和炭化室高5.5米及以上的捣固焦炉48座、产能3020万吨，占新增总产能的89.59%。
以2010年我国焦炭产量为例进行估算，按吨焦产420 m3焦炉煤气计算，2010年我国焦化产业产生的焦炉煤气产量约为1596亿m3，除去焦炉用于自身加热所消耗的40% (约638亿m3)，剩余958亿m3，基本用作燃料进行各种加热或燃烧产生蒸汽发电或简单地进行化产回收处理。
有许多非钢焦化企业所产的焦炉煤气无法利用被“点天灯”浪费（这些企业一般远离城市），约有300亿m3被白白排放掉。
同时, 随着国家西气东输工程的实施, 城市民用焦炉煤气将被天然气取代, 这一部分焦炉煤气也将成为待利用的资源。
2 焦炉煤气的组成与净化2.1焦炉煤气的组成焦炉煤气的组成非常复杂，典型焦炉煤气各组分的体积分数见表1，从表中数据可以看出:焦炉煤气含H2量高, 还含有部分CH4, CO2 和N2等，其它组分还有( g/ m3): NH3 0.05, H2S 0.2～0.02,BTX 3.0 ,焦油0.05,萘0.3等等。
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收稿日期:2010-05-19李昊堃(1985- ),硕士生;100081北京市海淀区。
焦炉煤气利用途径分析李昊堃 沙永志(钢铁研究总院炼铁室)摘 要 通过对焦炉煤气用于加热、发电,制造氢气、甲醇,生产直接还原铁和高炉喷吹进行比较,结合钢铁企业的实际情况,得出钢铁企业焦炉煤气的合理应用是用于高炉喷吹。
关键词 焦炉煤气 喷吹 高炉Analysis on the utilization of coke oven gasL iH aokun Sha Yongzh i(Cen tra l Iron and Steel Research I nstitute)Abstract T he reasonab l e applica ti on of the coke oven gas i n stee l co m pany is to i nject it into t he b last furnace .T he coke oven gas can be appli ed to heati ng ,generati on ,mak i ng hydrogen gas ,producing carb i no ,l d irectly reduci ng iron and i njecti ng i nto b l ast f urnace .K eyword s COGi n j esti on b last furnace2009年全国累计生产焦炭3 45亿t 。
按吨焦产420m 3焦炉煤气计算,焦炉煤气产量为1449亿m 3。
如此之大的焦炭生产量,所产生的焦炉煤气如果能够得到充分合理的利用,所带来的经济效益和环境效益都将是巨大的。
因此,对焦炉煤气的各种利用途径进行分析,使焦炉煤气发挥最大的价值已成为亟待解决的问题。
焦炉煤气(简称COG )是炼焦过程中,在产出焦炭和焦油产品的同时所得到的可燃气体,是炼焦过程中最重要的副产品。
其成分除大量的氢、甲烷外,其它组分相当复杂,随原料煤不同有较大变化,另外还与焦炉的操作等条件有关。
宝钢典型的焦炉煤气组成(体积分数,%)如下:H 252 3~55 6,C H 427 1~30 4,CO 7 5,CO 22,O 20 1,C n H m 2 8,N 24 9,H 2O 饱和。
微量杂质成分:H 2S <10m g /m 3,焦油<5m g /m 3,萘<200m g /m 3,有机硫<200mg /m 3,H C N <150mg /m 3,含苯轻油<2000m g /m 3,NH 3<100mg /m 3,吸收油雾200~300mg /m 3[1]。
1 焦炉煤气的利用途径分析焦炉煤气可采用多种方式进行利用,目前主要的利用方式有如图1六种。
1 1 加热燃料焦炉煤气的传统利用方式是作为不同加热设备的气体燃料,与固体燃料相比较,有使用便捷、可以管道输送和传热效率高等优点,受到工业和民用的青睐。
工业燃气:焦炉煤气作为气体燃料,可用于焦炉加热、轧钢加热炉、高炉热风炉、烧结点火等。
但随着企业内能量利用率的提高和替代燃料(如高炉煤气)的使用,加热所需要的焦炉煤气量将不断减少。
民用燃气:焦化厂生产的焦炉煤气经过净化后,作为燃气可供当地居民使用。
但是,近几年来随着西气东输工程的实施,沿线大中城市作为民用燃料的焦炉煤气将逐渐被天然气替代(例如北京居民用燃气已全部采用天然气)。
所以,37V ol 29 No 6Nov 2010冶 金 能 源ENERGY FOR METALLURGI CAL I N DUSTRY图1 焦炉煤气的主要利用途径这部分焦炉煤气的需求量也在逐渐减少。
综上所述,虽然目前作为加热燃料仍是焦炉煤气的主要利用途径之一,但其焦炉煤气的需求量正在逐渐下降。
1 2 用于发电将焦炉煤气用于发电,是近几年来焦炉煤气的主要利用途径之一。
我国焦炉煤气发电一般有三种方式:蒸气发电、燃气轮机发电和内燃机发电[2]。
(1)蒸汽轮机发电根据国内煤气锅炉对燃料的要求,当燃料的发热量 12 56M J/m3时,即可使锅炉稳定燃烧,一般的焦炉煤气均能满足这一要求[3]。
其优点是对燃料气体要求比较低,缺点是工艺复杂,建设周期比较长,必须消耗大量的水资源,占地比较多,能源利用效率太低。
因此,目前仍在使用这一技术发电的企业并不多。
(2)燃气轮机发电燃气-蒸气联合循环发电技术(CCPP)是我国大中型钢铁联合企业正在积极推广的技术,其优点是可混烧高、焦、转炉煤气,发电效率高,停启灵活,建设周期短,占地少,用水量仅为燃煤电厂的1/3左右。
缺点是对煤气的各项指标要求严格,特别是含杂质的转炉煤气燃烧后会对发电设备有很强的腐蚀性,而且低热值煤气燃气轮机设备复杂、控制严格、维护费用高,大大超出常规。
以某燃气发电项目为例,甲、乙两站总投资25 5亿元,其中直接进口设备5 09亿元,由于进口设备多,特别是关键技术的引进,相应地增加了运行中的维护和备件备品费用,使发电成本居高不下[4]。
(3)燃气内燃机发电燃气内燃机的工作原理与汽车发动机一样,需要火花塞点火,由于内燃机是将燃料的热能直接转换为机械能,所以在小型机组中其效率大大超过了蒸汽轮机和燃气轮机。
比较常见的机型一般可以达到35%。
燃气内燃机最突出的优点是发电效率比较高,其次是设备集成度高,安装快捷,对气体的品质要求不高,对于风扇水箱式机组用水量很少,设备的单位千瓦造价也比较低。
综上所述,对于独立焦化厂而言,在利用焦炉煤气发电时,多采用的是燃气内燃机技术,其设备投资较小且焦炉煤气成本低,所以经济效益显著。
而对于国内大中型钢铁企业而言,在利用焦炉煤气发电时,多采用的是燃气-蒸气联合循环发电技术(CCPP),普遍存在设备一次性投资大、维护及备件费用高、电价居高不下等问题。
由此看来,对于钢铁企业内部的焦化厂发电并不是利用焦炉煤气的最佳途径。
1 3 焦炉煤气生产纯氢焦炉煤气中氢气资源相当丰富,氢气的体积百分含量超过50%。
目前利用焦炉煤气制氢的方法主要有深冷法和变压吸附法。
深冷法是利用焦炉气中各主要成分冷凝温度的不同,以深度冷冻部分冷凝的方法使氢与其它气体组分分离,最后用液氮洗以脱除气体中剩余的CO和C H4,最终得到的气体中含有83%~ 88%的氢,其余为氮。
深冷法是COG制氢应用最早、技术最成熟的方法,适宜于焦炉气的综合利用,它不仅能回收氢气,还能回收C H4、C O 等。
但其缺点是所用设备复杂且需在高压下操作,这使得深冷装置投资大、运转费用高、投资38冶 金 能 源ENERGY FOR M ETALLURG I C AL I NDUSTRYVo l 29 N o 6Nov 2010回收期长,因此难以被大多数焦化厂接受。
变压吸附法(PSA 法)是利用气体组分在固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性,通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯。
PSA 法利用焦炉煤气生产纯H 2,在我国已有多年的历史,其生产技术成熟,经济合理,特别是与水电解法制H 2比较,效益更显著。
据统计,水电解法生产H 2耗电6 5k W h /m 3,而利用焦炉煤气生产H 2,仅耗电0 5k W h /m 3,生产规模为1000m 3/h 的制氢装置,每年节约电费500~800万元,相当于1000m 3/h PSA 法制H 2的总投资。
但焦炉煤气生产纯H 2存在必须具备管道输送的固定用户的限制,一旦用户发生变化,很难维持正常生产,只能转产。
目前国内利用PSA 法以焦炉煤气为原料生产氢气的钢铁公司如表1所示。
表1 利用PSA 法以焦炉煤气为原料生产氢气的钢铁公司公 司制氢量/m 3 h -1武汉钢铁集团公司1000,1000,1500攀枝花钢铁集团公司600本溪钢铁集团公司1000,1200鞍山钢铁集团公司1000,1000,1000马鞍山钢铁集团公司1000济南钢铁集团总公司600邯郸钢铁集团公司800综上所述,虽然利用焦炉煤气生产氢气的技术成熟且经济合理,但受氢气产量的限制,其焦炉煤气消耗量并不大。
因此,制氢气并不能作为钢铁企业利用焦炉煤气的主要途径。
1 4 合成甲醇焦炉煤气组分中甲烷含量(体积分数)为24%~28%,只需将甲烷转化成一定比例的C O 和H 2,即可大体满足合成甲醇的合成气比例要求,合成甲醇的主要反应如下:CO+2H 2=C H 3OH +Q CO 2+3H 2=C H 3OH +H 2O +Q煤气中甲烷及高碳烃转化成合成气后,在6 0M Pa 压强下即可完成甲醇合成,流程短,反应速度快,焦炉煤气利用率高,一般2000~2200m3焦炉煤气生产1t 甲醇。
云南曲靖大为炼焦制气厂8万t/a 焦炉煤气制甲醇装置已投产4年多,目前国内在建项目有30余个,共计产能481万t 。
但是,目前利用焦炉煤气生产甲醇的焦化厂多为独立焦化厂。
对于钢铁企业而言,要利用焦炉煤气合成甲醇主要存在以下两方面问题:!需要有充足的焦炉煤气富余量。
生产1t 甲醇需消耗2000~2200m 3的焦炉煤气,一个年产10万t 甲醇的项目每小时焦炉煤气的消耗量为25000m 3。
∀投资规模较大。
一个年产20万t 甲烷的项目,总投资高达4亿元。
1 5 生产直接还原铁理论上讲,焦炉煤气不需要经过热裂解,就可直接供给气基竖炉生产海绵铁。
其工艺过程为:将焦炉煤气和竖炉顶气混合而成的还原气在加热炉中加热,然后直接通入到直接还原炉中生产直接还原铁(DR I)。
在此过程中,焦炉煤气作为还原过程的还原气,而高炉煤气则作为燃料用于加热还原气体[5]。
然而,利用焦炉煤气生产直接还原铁,虽然技术上可行,但距离规模化、产业化应用还有一定的距离。
焦炉煤气生产DR I 没有发展起来,有两大主要原因:(1)焦炉煤气资源问题对于钢铁企业内部的焦化厂而言,焦炉煤气主要用于钢铁厂内热能平衡,其富余的焦炉煤气量不足以供应DR I 的生产需求。
而对于独立焦化企业而言,焦炉煤气约40%~50%用于加热焦炉,其剩余气量也很难满足DR I 生产的需要。
近几年来,虽然焦炭生产能力大幅度提高,产生了大量富余焦炉煤气。
然而,根据M idrex 法换算,生产1t DR I 需要约700m 3焦炉煤气,年产100万t DR I 需7亿m 3焦炉煤气,相当于一个300万t 的焦化厂一年产生的全部焦炉煤气量。
无论是钢铁厂中的焦化厂还是独立焦化厂,目前都很难在一个地点集中7亿m 3的焦炉煤气。
(2)富铁矿资源问题生产DR I 是固态还原,与高炉炼铁相比,不能排渣,因此要求铁矿品位在66%以上。
中国没有高品位铁矿,要生产直接还原铁必须依赖人造富矿或进口高品位铁矿,而这大幅增加了生产DR I 的成本,为焦炉煤气生产直接还原铁制造了障碍。