焦炉煤气转化利用现状

《焦炉煤气转化利用现状》由会员分享，可在线阅读，更多相关《焦炉煤气转化利用现状（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、焦炉煤气转化利用现状摘 要 ：焦炉煤气是大吨位能源资源和化工原料, 充分利用对环境保护 和经济发展有着重大作用。分析了我国焦化工业及焦炉煤气的利用现 状，介绍了焦炉煤气作为燃料、合成气和苯加氢装置的氢源等面的使 用现状: 指出了焦炉煤气在燃气发电、合成甲醇和生产海绵铁用还原 性气体等领域的应用前景。关键词：焦炉煤气 转化利用 现状1 焦化工业和焦炉煤气利用现状1.1 焦化工业概况焦化是中国煤炭化工转化的最主要方式。在煤的非燃料利用中 , 炼焦用煤占 70%以上,数量最大。中国从 1991年焦炭产量达到 7350 万 t 跃居世界产焦第一位以来,焦化工业一直快速发展。2004 年 , 中国 焦炭

2、产量2.09亿t,耗煤5.3亿t。中国焦炭产量占全球焦炭生产总量 的 49.7%。中国是世界上第一焦炭生产大国。中国焦炭出口遍及世界主要地区 ,对世界焦炭市场影响较广。2003年从中国进口焦炭量在50万t以上的国家有:日本291万t、巴 西214万t,印度118万t、意大利117万t、美国91万t、比利时76 万t、荷兰72万t、法国64万t、南非61万t。2003年中国焦炭出 口贸易量约占全球焦炭出口贸易量的 56.44%左右。 2004年中国出口 焦炭1501万t,比2003年增长2.0%。几年来中国保持全球第一位焦 炭贸易大国。中国焦炭消费量稳定在1.51.9亿to 2003年焦炭消费达

3、1.63亿 t,2004年焦炭消费1.94亿to中国焦炭消费居全球之首。焦炭是我国 国民经济各部门尤其是钢铁工业的主要原材料。1999年钢铁工业消费 的焦炭产量约占国民经济各部门焦炭消费总量的 74%。2003年钢铁 工业消费焦炭13580万t,占全国消费焦炭量的83.3%。中国是全球第 一位焦炭消费大国。2004年底中国焦炭生产企业 1304家,焦炉 2710座,总生产能力 2.4亿 t,在建焦炉245座，总生产能力1.2亿t,焦炭总生产能力在近两年内将 达到 3.6亿 t 。2004年我国焦炭总消费量为1.94亿t。根据2005年 14月份粗钢增产 24.8%估算,2005年粗钢产量将达到

4、 3.39 亿t,按焦比0.674估计,2005年需焦炭量约2.28亿t。但是 2005年焦炭生产能力可能达到3.3亿t,焦炭生产能力比需 求量超 28.18%。近几年,焦化行业盲目扩张,产能过剩,焦化 行业面临压力,需认真调整。1.2 焦炉煤气利用状况随着焦化工业的迅速发展,焦炉煤气已成为一种大吨位 能源和化工资源。焦炉煤气产率与入炉煤的挥发分相关 ,随挥发分增加焦炉煤气产 量也增加，每吨干煤产生的净煤气量为 300400Nm3。一般情况下 1.301.40t干煤生产1t焦炭。吨焦的产气量约为470Nm3。2004年全 国焦炭产量达2.0873亿t,焦炉煤气的资源总产量达980亿Nm3。焦炉

5、煤气资源可分为三大类:（1）已利用资源（2）可利用资源（机焦炉已收集的煤气资源）（3）潜在可利用资源（土焦、改良焦炉等还没有收集的煤气资源和 现已利用将来被天然气取代的煤气资源）不同类型焦化企业所产生煤气的利用状况不同。根据焦化企业 煤气利用状况,焦化企业可分成四种类型:（1）钢铁企业附属焦化企业（2）以城市煤气气源焦化企业（3）以生产焦炭为主的独立焦化企业（4）土焦改良焦焦化企业钢铁企业附属焦化企业和城市煤气气源焦化企业是我国焦化企业 的中坚。我国钢铁企业附属焦化企业大多采用复热式焦炉且用高炉煤 气加热,焦化过程生产的焦炉煤气都被用于轧钢等需高热值煤气的工 艺中。国务院发展研究中心信息网报道

6、,1990年、1995年和 2000年钢 铁联合企业焦化厂的焦炉煤气利用率分别达到 97.21%、98.14%和 98.00%。2005年焦炉煤气利用率目标是 99.00%。钢铁企业附属焦化 厂的煤气资源属已利用资源。 2003年,钢铁企业附属焦化厂生产焦炭 5570万t。按2004年机焦增长比例17.42%估算,2004年钢铁附属化厂 生产焦炭6540万t,产焦炉煤气约307.4亿Nm3,可以认为这部分焦 炉煤气已全部利用。城市煤气气源焦化企业是以供城市煤气为目标而建的大型机焦 企业。大型机焦炉所产焦炉煤气约 48%用于焦炉自身加热,（部分焦化 厂用焦炉煤气和水煤气混合气进行焦炉自身加热 ）

7、,其余部分 52%外 输用作城市民用燃料。大中城市煤气气源焦化厂生产的煤气一般供不 应求。这部分煤气资源也是已利用资源。2003年城市煤气气源焦化厂 的焦炭产量为1788万t,以2004年机焦增产17.42%估算,2004年产 焦炭2099万t,产煤气约98.7亿Nm3。目前，城市煤气气源厂的98.7 亿 Nm3 煤气为已利用资源。但是,随着西气东输工程的实施,城市民 用焦炉煤气将被天然气取代，其中外输煤气51.3亿Nm3将成为待利用 资源。但焦炉自身加热用煤气约47.4亿 Nm3 仍为已利用资源。独立焦化厂约有 48%的焦炉煤气用于自身加热,约 52%的焦炉煤气剩余。2004年独立焦化厂机焦

8、产量约10064万t,产焦炉煤 气426.5亿Nm3,其中，自身加热用煤气205亿Nm3,剩余煤气221.5 亿 Nm3 中用于发电、合成氨、合成甲醇、金属镁和建材生产消费约 20亿 Nm3, 其余 201.5亿 Nm3 煤气被浪费 （外排点天灯）,所以独立 焦化厂已利用资源 225亿 Nm3, 可利用煤气资源 201.5亿 Nm3。2004年土焦和改良焦产量3140万t,产煤气147.6亿Nm3。土法 炼焦及大多数改良焦炉不回收煤气和化学产品,除炼焦自身加热所需 煤气 70.8亿 Nm3 外,剩余煤气为待利用煤气,其量为 76.8亿 Nm3。总之,目前我国年煤气资源 980亿 Nm3, 年已

9、利用煤气701亿 Nm, 年浪费焦炉煤气278.3亿Nm3。在浪费资源中目前可利用资源201.5 亿 Nm3, 潜在可利用资源 76.8Nm 随着天然气进市还有 51.3亿 Nm3 焦炉煤气待开发利用。2 焦炉煤气的应用前景由于焦炉煤气是高热值燃料，在钢铁联合企业中，焦炉煤气作为 轧钢厂的燃料使用，因需求量大曾使焦炉煤气供应紧张。但近几年来， 钢铁联合企业普遍采取节能降耗措施，充分回收利用高炉煤气和转炉 煤气，不仅顶替了大量的焦炉煤气，还使焦炉煤气由短缺转变为过剩。 对于独立的焦化厂或煤气厂，除焦炉自身加热需消耗 5055的焦 炉煤气外，外送煤气因受到天然气 液化气 的挑战，正在积极开发焦 炉

10、煤气的综合利用技术。可以预计随着技术的进步、科技的发展和国 家经济实力的提高，焦炉煤气的应用前景将会越来越广。2.1 焦炉煤气用于发电。焦炉煤气可通过蒸汽、燃气轮机和内燃机 等 6 种方式发电。蒸汽发电机组由锅炉、凝汽式汽轮机和发电机组 成。即以焦炉煤气作为蒸汽锅炉的燃料产生高压蒸汽，带动汽轮机和 发电机组发电。此技术成熟可靠， 已在国内焦化行业中广泛应用。 但也存在系统复杂、占地大和启动时间长等问题。2.2 焦炉煤气生产甲醇。焦炉煤气中的氢含量超过50，只要将焦 炉煤气中的甲烷转化成CO和H即可满足甲醇合成气的要求。因氢气2还有富余，可由高炉煤气或转炉煤气提供CO和CO，为焦炉煤气合2成甲醇

11、提供了最佳气源。以焦炉煤气为原料制取甲醇的工艺流程。甲 烷转化的反应：CH +O CO +2H4 2 2 2CH +H0C0+3H4 2 2CH +CO 2C0+2H4 2 2防积碳反应：c+h2o-co+h甲醇合成反应：C0+2H2CH30HC02+3H2CH3OH+H2O2.3 用焦炉煤气还原生产海绵铁。由于高炉存在生产成本高和环境污染严重等 难题，因此促进了直接还原铁生产工艺的发展。直接还原铁的生产技术已非常成 熟，可分为两大类，一类用天然气作为还原剂的气基竖炉生产工艺，产量约占还 原铁总产量的92；另一类是以煤为还原剂的煤基回转窑生产工艺，其产量约占 8。2002年，全世界直接还原铁产

12、量约 4500万 :，相当于世界生铁总产量的7.46。直接还原铁生产技术的关键是还原性气体的制备，而焦炉煤气中氢和甲烷含量分别超过50和20，只需将焦炉煤气中甲烷热裂解，即可制得廉价的还原性气体，直接还原生产海绵铁。早在20世纪60年代,本钢第二焦化厂率先开发 成功了焦炉煤气热裂解后用于生产合成氨和尿素的技术，说明用焦炉煤气热裂解 技术制备直接还原铁所需的还原性气体是可行的。2004年初，我国某钢铁企业在 墨西哥的直接还原铁厂进行了焦炉煤气直接还原铁的工业试验，我们期盼着世界 上第一套以焦炉煤气直接还原铁的生产装置早日试验成功。2.4焦炉煤气制氢。焦炉煤气含氢55%60%，采用变压吸附技术（P

13、SA）可从焦炉煤气中提取高纯度 （99.9%左右）的氢。也可将焦炉煤气重整转化为合成气(C0+H2),再通过水煤气变换反应C02+H20fC0+H2,将焦炉煤气转化成为H2气。氢 气是重要的化工原料之一。氢气可用于石油化工加氢裂解。氢可用于粗苯加氢精 制过程，以生产高质量的苯、甲苯、二甲苯(BTX)等产品。在电子工业中,氢是制 取半导体材料硅的重要材料。气象上氢用于探空气球。氢已成为运载火箭 航天器的重要燃料之一。可达到零排放的无污染高效氢燃料电池动力汽车已投入 试验运行, 世界各大汽车公司已陆续推出该类型汽车样本。中国自行研制的氢燃 料 电 池 汽 车 亦 将 完 成 。 氢 的 应 用 日

14、 益 扩 大 。 用变压吸附方法从焦炉煤气中提氢技术已成熟。西南化工设计院等国内多家公司 都能提供成套制氢设备和完善的服务；单机提氢能力达到1万m3/h,氢气纯度保 证 99.95%以上,最高的可达到 99.995%,可以适合各种不同的场合。从焦炉煤气 中提氢,较之其他制氢方法在制造成本上也有着显著的优势。中煤焦化控股有限 责任公司已运行一套 500m3/PSA 制氢装置。每立方米纯氢的加工费用仅为 0.23元,如果把煤气消耗也计入成本，氢的制造成本约0.75元/m3,低于电解水制氢的成本,与烃类水蒸气转化制氢、含氢化合物裂解制氢等方法相比同样具有较强 的竞争力。3 结束语(1) 随着焦化工业

15、的发展和西气东输工程的实施,焦炉煤气已成为大吨位能源 资源和化工原料, 充分利用这一资源对环境保护和经济发展有重大促进作用。2) 焦炉煤气利用是焦化产品的深加工,其经济效益能促进焦化工业的健康发 展。但从整体来看项目投资大,建议政府和相关部门在焦炉煤气的利用方面给予 政策支持。(3) 焦炉煤气含H2高，是宝贵的化工原料和氢源。焦炉煤气用于化工合成和提 氢经济效益高。提倡焦炉煤气化工利用和作为氢源利用。(4) 以焦炉煤气和气化煤气为源的多联产有广阔的发展前景。参考文献 :1 张永发，王鹏，谢克昌中国焦化工业实现可持续发展的思考J.山西能源与 节能,2005,2:13-17.2 刘治.我国能源和焦化行业发展产业政策方向C.第一届中国煤焦化国际论 坛暨2005北方焦炭联合体年会，北京,2005.3 郑文华,于振东.当前我国炼焦生产的新技术C.第一届中国煤焦化国际论 坛暨 2005北方焦炭联合体年会， 北京，2005.4 张永发.洁净焦化技术的研究开发现状和趋势C.第一届中国煤焦化国际论 坛暨 2005北方焦炭联合体年会， 北京，2005.5 焦化设计资料编写组.焦化设计手册M.北京:冶金工业出版社，1978.