高炉煤气与焦炉煤气的综合利用
高炉煤气与焦炉煤气的综合利用
张策邢春良
山西工业设备安装公司山西同世达煤化工集团有限公司
摘要：本文主要论述了高炉煤气与焦炉煤气通过变压吸附制甲醇的工序消耗及经济性以及焦炉煤气提氢后解析气深冷制LNG的经济性。提出了钢铁企业高炉煤气及焦炉
煤气综合利用的一种新途径。
关键词：高炉煤气焦炉煤气甲醇 LNG
一、前言
传统钢铁企业中，焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气除部分用于自身加热外，大部分采用通过发电的形式进行回收利用，随着近年来国家节能减排政策的实施，如何以循环经济发展理念为指导原则，充分挖掘能源等方面的潜力，提高资源的利用效率，最大限度的减少污染物的排放，成为众多钢铁企业新的课题。
二、高炉煤气与焦炉煤气
高炉煤气，主要成分是CO，它是碳一化学品合成气的主要组成。每生产1吨生铁，产生高炉煤气约2400－2800标立方米，其中有1200标立方米高炉煤气被热风炉利用，剩下的1300标立方米左右需合理利用，十分宝贵。
高炉煤气成份
焦化煤气是制取焦炭的副产品。在900-1000℃高温下，隔绝空气煤分解，每吨煤产生焦化煤气350到380立方米，每立方米热值为4000—4300千卡，焦化煤气的主要成分是氢气和甲烷。
焦炉气组成
做为钢铁企业，焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气数量巨大，目前虽利用三气发电回收了热能，但效果有限，环境效果也差，需改变利用思路，利用投资少、技术成熟的工艺方案将高炉煤气中有效成分CO及焦炉煤气中的甲烷和氢气资源综合利用，生产甲醇等高附加值的碳一化工产品，增加企业的经济效益，减少温室气体的排放，保护环境。
三、综合利用方案
变压吸附是利用吸附剂对气体的吸附具有选择性，即不同的气体（吸附质）在吸附剂上的吸附量有差异和一种特定的气体在吸附剂上的吸附量随压力变化而变化的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。具有流程简单、投资少、能耗低、自动化程度高、吸附剂寿命长等优点，且操作灵活、经济合理。循环过程由DCS自动控制，装置弹性大，能适应气量和组成的较大幅度波动。针对钢厂高炉煤气和焦炉煤气的特点，可利用变压吸附工艺将其中有效成份提取出来，再加以利用。
3．1．1高炉煤气变压吸附提取CO
原料气压缩后进入PSA系统。PSA由两部分组成即PSA－1、PSA －2。在PSA－1主要是脱除CO2，出口端得到半成品气，被吸附的杂质组份通过逆放,冲洗得到解吸。
从PSA-1出来的半成品气进入PSA－2。PSA－2主要是脱除N2，被吸附的组份通过逆放、抽空得到解吸。逆放和抽空的气体作为产品
输出界区； PSA－2的吸附废气作为PSA－1的冲洗气。
物料衡算表 CO收率≥65%
主要设备：吸附器I、吸附器II、原料气压缩机、PSA2真空泵消耗：每Nm3的产品气消耗电0.35 KW，新鲜水0.4L
3.3.2焦炉煤气变压吸附
本工序采用二种不同的吸附工艺，变温吸附工艺和变压吸附工艺。焦炉煤气首先经变温吸附工艺除去焦炉煤气中的高碳烃和高沸点组份，达到预净化焦炉煤气的目的，再经变压吸附工艺除去其它杂质组份，得到99.80%的产品氢气。
焦炉煤气经预处理后，达到焦油含量≤5mg/Nm3、萘含量≤50mg/Nm3后气，送入压缩工序加压后进入变压吸附系统。从吸附器顶部出来的产品氢气送入合成工序，解析气去深冷装置另行处理。
物料衡算表
主要设备：粗脱萘器、精脱萘器、吸附器、真空泵、原料气压缩机。
消耗：每Nm3的氢气消耗电0.28 KW，新鲜水2.3L。
3.3.3焦炉煤气提氢解析气制LNG
焦炉气变压吸附提氢后解析气，其主要成份为CH4，这部分气体如果单纯用于燃烧或其它，将造成严重浪费，根据目前国内天然气的消费及市场情况，可将这部分气体深冷制LNG。
焦炉气提氢后解析气先经过脱碳装置，将解析气中CO2脱除至50—100PPM，再经分子筛脱水、脱汞，活性炭脱除芳香烃和重烃，最后经过液化装置液化后低温分离得到高纯度的液体。
根据冷冻解析气的主要成份，其中CO比例占79%以上，这部分气体可送入高炉煤气变压吸附系统提取CO。达到气体全部利用。
主要设备：原料气压缩机、脱碳塔、再生塔、吸附塔、脱汞塔、低温精馏塔、增压透平膨胀机、氮甲烷循环压缩机、LNG贮槽、消耗：每Nm3的LNG消耗电1KW/h，新鲜水7.2L
四、经济分析
1）投资分析根据甲醇产量10万吨/年，配套LNG约273.8m3/d 设计经过综合估算：
A、高炉煤气变压吸附提取CO产品气约需求量为12900Nm3/h,原料高炉煤气约需55000 Nm3/h，变压吸附后解析气中主要成份为N2，可送锅炉进行回收，装置界区内软、硬件总投资约8000万元；
B、焦炉煤气变压吸附提氢装置，原料焦炉气需30000Nm3/h，产品氢气量约为17300 Nm3/h，提氢后解析气主要成份为CH4，可通过冷冻液化生产LNG，装置界区内软、硬件总投资约1200万元。
C、焦炉气变压吸附提氢后的12700 Nm3/h解析气，CH4含量为50%左右，通过深冷配套生产273.8m3/d的LNG，产量可达装置界区内投资约9500万元。
10万吨/年的甲醇装置采用该方案进行设计，与目前相同规模的焦炉气生产甲醇装置相比，在工艺上可减少空分、CH4转化等工序，投资需两亿多，仅相当于同等规模甲醇项目的一半多费用。
2）、收益分析：根据成本核算，吨甲醇成本在1200——1300元／吨(如果将机组改为蒸汽轮机，成本还可进一步降低)，目前甲醇出厂价按照2200元／吨计算，这样利润在1000元／吨左右，甲醇年利润非常可观。液化LNG如果不计原料气成本，其只有消耗电的成本，成本优势非常明显。
五、结论
随着人们对环境的日益关注和能源的日益紧缺，钢厂三气利用的呼声日益高涨，在大型焦化企业兴建焦炉气制甲醇、化肥项目的同时，钢铁企业也应该积极的想办法，提高三气的综合利用水平。
钢铁企业利用高炉煤气和焦炉煤气生产甲醇配套生产LNG，实现了资源由燃料化利用过渡为资源化利用，是中小型钢铁企业废气综合利用的一个好方法，具有相对投资规模小，产品市场好、风险低、能耗低、装置操作弹性大和投资回报率高等优点。
Comprehensive utilization of blast furnace gas and coke oven gas
Zhangce Xingchunliang
Industrial equipment installation company in Shanxi province
Shanxi tongshida coal chemical industry group Co., LTD
Abstract:This paper discusses the blast furnace gas and coke oven gas by pressure swing adsorption (methanol process cost and efficiency and coke oven gas lift
hydrogen gas cryogenic system after analysis of LNG.Put forward a new method
of comprehensive utilization of blast furnace gas and coke oven gas.
Key words: Blast furnace gas Coke oven gas LNG Methanol
作者简介：张策，1971年4月出生，毕业于太原理工大学，现为山西财经大学工商硕士，山西省工业设备安装公司第三分公司项目经理，电话：139********
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