崔文华， 杨宇娇
（阳煤太化焦化投资有限公司，山西 太原 030021）
引 言
我国是世界第一大焦炭生产国，2014年，全国焦炭总产量达4.769亿t。作为产煤大省，山西省2014年的焦炭产量达8 722.25万t，占全国产量的18.29%。通常情况下，1t焦炭副产470m3（标准状态）焦炉煤气，除焦炉自身加热用48%外，约52%的焦炉煤气富裕［1］。按照2014年山西省年产焦炭8 700万t计算，每年约有210亿m3（标准状态）焦炉煤气富裕。众所周知，焦炉煤气一直是居民生活用气的主要来源，但随着城市的发展，带来了越来越严重的环境污染，人们也越来越意识到环境污染的严重性。近年来，居民生活用气逐渐被更加清洁和安全的天然气取代。加之，由于受市场不景气因素的影响，利用焦炉煤气联产甲醇和合成氨的产能部分闲置，导致每年有相当可观的焦炉煤气得不到很好的利用，不仅浪费了资源，而且造成了严重的环境污染。因此，焦炉煤气的综合利用得到越来越多的关注［2］。
1 焦炉煤气制天然气（LNG）的前景
按照我国目前的经济发展速度，未来，我国对天然气需求量将迅速增长，具体结果见图1。由图1趋势可知，我国天然气需求在逐年增长，天然气的缺口越来越大。因此，天然气工业在未来的数年内，仍将是发展潜力巨大的产业。
图1 中国天然气2011年-2015年天然气消费情况表
由图1可知，2011年，我国天然气的消费量为1 300亿m3；而到2014年，天然气的消费量增长到了1 800亿m3，增长了38.5%。而天然气的进口也由2011年的300亿m3增长到2014年的580亿m3，增长率为93.3%。虽然受我国经济回落等因素影响，2015年上半年，天然气的消费量为906亿m3，但同比仍增长1.4%。据预测，2015年，我国天然气表观消费量将达到2 000亿m3，天然气产量为1 350亿m3，而天然气进口也将达到650亿m3，占到总消费量的1／3。我国天然气对外进口的依存度将不断加大，天然气产业在未来数年将得到更大的重视。
利用焦炉煤气生产天然气，不仅可以有效、充分地消化焦炉煤气资源，而且可以开辟新的天然气来源，优化我国的能源结构，缓解国内天然气短缺问题［3］，且有助于改善环境，是实现节能减排、发展循环经济的重要内容之一。
2 项目介绍
本项目拟规划于山西省洪洞县赵城煤焦化园区。目前，该园区拥有焦炭生产能力200万t／a，年产焦炉煤气7.6亿m3，除焦炉加热自用和部分焦炉煤气供三维集团提氢装置提氢后使用外，相当可观的焦炉煤气待利用。山西三维集团有10万t／a聚乙烯醇、3.5万t／a白乳胶和3万t／a 1，4－丁二醇生产装置各1套，年需氢气约9 000万m3。本项目就是在利用园区焦化厂富余煤气和三维集团现有35 000m3／h和14 500m3／h 2套PSA 提氢装置以及水、电、气等公用工程的基础上，建设1套年产1亿m3的焦炉煤气制LNG生产装置。该项目的建成不仅可使园区内富余焦炉煤气全部得到高附加值的利用，减少污染的排放，不影响三维集团正常生产，而且能充分利用三维集团公用工程，提高设备利用率，增强企业竞争力和盈利能力。园区焦炉煤气组分比例见表1。
表1 园区焦炉煤气组分比例表
从表1可以看出，焦炉煤气中含有丰富的氢气和甲烷，而甲烷就是天然气的主要成分，部分氢气分离后供三维集团生产使用，CO和CO2通过甲烷化工序后转化为甲烷，使焦炉煤气得到充分的利用，不仅使能源得到了高附加值的利用，而且减少了温室气体的直接排放，对环境保护和资源循环利用具有深远的意义［4］。
3 工艺技术路线
目前，焦炉煤气制LNG工艺基本成熟，其流程［2］为焦炉煤气经预处理、提氢或补碳、变换、甲烷合成、液化分离得到LNG。其具体生产方法如下：首先，进行预处理湿法脱硫；然后，采用加氢转化精脱硫等净化工艺，将原料气中有机硫等杂质脱除，使原料气中杂质含量降低到工艺要求；净化后的焦炉煤气经甲烷合成装置，使焦炉煤气中的CO和CO2与H2反应全部生成甲烷；反应后的气体经脱碳、脱水、液化等工段分离出LNG。具体工艺技术路线见图2。
图2 焦炉煤气制LNG工艺
由于本项目要保证三维集团生产所需氢气的供应，因此造成焦炉煤气中氢资源的不足。同时，甲烷化反应为强放热反应［4］，为保证甲烷化装置的稳定运行，需将原料气中CO转化为CO2，在甲烷化反应过程中，可以有效地减少由于原料气CO变化引起的温度波动，同时，也有效地利用了碳资源，减少了碳排放和环境污染。由于不同项目的实际情况不同，部分项目由于富裕氢气无法有效利用，需外购CO2作为碳源的补充，使富裕氢气得到充分利用，但目前CO2市场较为短缺，CO2采购具有一定困难，因此，项目的不同也决定了焦炉煤气制天然气工艺的不同。
4 经济性分析
本项目主要利用焦化厂富余焦炉煤气发展LNG项目，不仅有助于企业节能减排，控制污染的排放，而且有利于企业的可持续发展，也为焦化企业焦炉煤气综合利用产生示范作用。
目前，因企业转型发展，三维集团部分公用工程得不到很好的利用，处于半负荷状态，严重影响到了企业的盈利能力。本项目借助于三维集团现有生产设施，富裕产能完全能够满足本项目需求。表2为三维集团主要生产装置投资对比表。由表2可知，仅固定资产投资可节省3 000余万元。
表2 主要生产装置投资对比表
本项目预计年产LNG 9 120万 m3（出厂价按3.0元／m3计），氢气9 600万 m3（出厂价按1.0元／m3计），仅此2项，年收入可达3.7亿元。与同类企业主要产品对比如第32页表3。
本项目在保证三维集团正常生产中氢气需求的情况下剩余气体进行甲烷化生产，不需考虑副产品氢气的销售问题，本项目销售收入仍高于补碳项目，具有明显的优势。
表3 本项目与同类企业产品对比表
本项目按照充分利用闲置设备的实际条件，结合生产消耗的电0.64元／度、蒸汽100元／t、焦炉煤气0.45元／m3的结算价格，按照投资3.8亿、市场LNG结算价格3.0元／m3计算，目前，仅LNG一项的年利润可达4 500万元，不包括供三维氢气和副产蒸汽的收入。而同类项目利润约为4 800万元。
由表2和表3分析可知，项目的建设与厂址选择、设施配套及工艺选择有着密切的联系。
5 结论
1）本项目的实施可使焦炉煤气资源清洁、高效利用，符合国家相关政策，也符合园区企业循环利用互补的可持续发展战略，还可延伸焦化企业产业链，加快企业转型发展，成为企业新的经济增长点。
2）从经济性角度考量，不仅投资少，而且有效地利用了园区闲置资源，将园区内企业紧紧联系在一起，增强了企业抗风险和盈利能力，为煤焦化与精细化产业联合发展开辟了一条示范性的道路。
3）本项目利用三维集团闲置设备制天然气，具有明显的区位优势和盈利能力，不仅有利于环境保护，而且有利于周边相关企业的共同发展。
4）虽然焦炉煤气制天然气作为朝阳产业得到了国家的鼓励发展，但设施配套、厂址选择、原辅材料价格以及产品销售和工艺路线选择，都决定着一个企业的盈利能力，因此，焦炉煤气的利用应根据具体实际情况加以高效利用，而不是盲目跟风发展。
［1］ 杨力，董跃，张永发，等.中国焦炉煤气利用现状及发展前景［J］.山西能源与节能，2006（1）：2－4.
［2］ 王秀林，王成硕，浦晖，等.焦炉煤气制LNG技术和经济性分析［J］.中国石油和化工标准与质量，2012，32（2）：37－50.
［3］ 辛军.焦炉煤气甲烷化制LNG工业化装置运行技术分析［J］.煤化工，2014，42（6）：19－20.
［4］ 毛建新.焦炉煤气制甲醇与液化天然气工艺的比较［J］.现代工业经济和信息化，2012（2）：59－60.
