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摘要：焦炉煤气制LNG是焦化行业的热点，其不仅可降低环境污染，还能带动能源产业结构调整。笔者在下文中主要介绍了焦炉煤气LNG预处理净化工艺，阐述以焦炉煤气为原料，经过压缩、预处理和净化、甲烷化反应、深冷液化等工序生产LNG，表明预处理及净化工艺是整个流程中非常重要的一环。焦炉煤气制LNG技术的发展能够回收工业焦炉煤气，缓解天然气短缺问题，具有较好的社会效益、环境效益和经济效益。
关键词：焦炉煤气；LNG；预处理；净化工艺
引言：我国焦炭产量稳居世界第一，同时副产大量焦炉煤气，据统计，近年来我国约有500多亿m3的焦炉煤气没有被回收利用，而是直接燃烧后排放至大气中，造成能源浪费的同时，也污染了大气环境。对焦炉气的综合利用成为国家发展低碳经济产业的重要环节之一，焦炉煤气制甲醇、焦炉煤气制天然气、焦炉煤气提氢、焦炉气发电等技术逐步发展并得以工业化生产。
1 焦炉煤气液化制LNG的发展
随着我国对节约能源及环保要求的不断提高，成功开发出焦炉煤气回收利用的新技术显得尤为重要。我国天然气资源相对短缺，焦炉煤气甲烷化合成LNG开辟了焦炉煤气高效利用的新途径，不仅能带动焦化和能源产业的技术进步，还能解决焦炉气排放造成的环境污染和资源浪费问题。随着焦炉煤气制取LNG技术不断成熟，焦炉煤气制取LNG在我国也取得成功应用，将焦炉煤气经过压缩、预处理和净化、甲烷化反应、深冷液化等工序生产液化天然气（LNG），使焦炉煤气中的有效组分得到综合利用，节约能源并减少大量的甲烷、SO以及焦油、萘、氨等有害物质排放，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益。
2 焦炉煤气液化制LNG流程分析
对焦炉煤气制作LNG设备中，设计概念为每小时可以处理焦炉煤气3万m3，可以将工艺生产概括性的分为以下几个单元，第一单元就是对生产原材料进行压缩处理，第二单元可以对焦炉煤气进行脱硫处理，第三单元就是进行甲烷合成，第四方面就是对合成气进行低温液化分离处理。其中第三单元与第四单元是焦炉煤气液化制LNG的关键与核心所在。
3 焦炉气制LNG工艺路线
3.1 技术原理
焦炉煤气成分较为复杂，主要为H、CH、CO、CO，另外还含有HS、CS、COS、NH、HCN、焦油、苯、萘、噻吩、硫醇、硫醚等物质。
焦炉煤气甲烷化主要是其中的CO、CO与H在催化剂的作用下反应生成CH，主反应式见公式（1）和（2）。
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CO+3H→CH+HO H2980=-206.2kJ/mol （1）
CO+4H→CH+2HO H2980=-165.0kJ/mol （2）
上述反应为强放热反应，每1%CO、CO转化CH可使温度升高60～70℃，反应过程中可使反应器的温度升高至650℃以上。
3.2 工艺流程
目前主要有两种焦炉煤气制LNG的工艺，基本流程相似，因甲烷化反应温升较高，其主要区别在于甲烷化工艺。一种是高温甲烷化工艺，采用绝热式反应器，往往设三级或四级反应，并且在每级反应出口利用换热器或废热锅炉移走部分反应热；另一种是低温甲烷化工艺，采用等温反应器，反应器温度维持在450℃以下。由于焦炉煤气成分复杂，除含有CH、H、CO、CO、C+，还含有HS、苯、萘、氨、焦油、HCN、N、O等，焦炉煤气的典型组成，焦炉煤气含有的HS等气体可使的甲烷化反应催化剂中毒而失活。同时，焦炉煤气中N含量相对较高，N存在影响LNG的品质，增加压缩工序能耗，需在生产过程中脱除。因此，对原料气进行预处理净化和脱氮处理工艺是焦炉煤气制LNG工艺流程中重要的一个环节。
4 焦炉煤气预处理及净化工艺
近来，国内焦炉煤气预处理领域开发较成功的为吸附法预处理工艺，其原理是利用多孔、高比表面积的吸附剂和脱硫剂，使焦炉煤气依次通过来实现净化操作。该工艺有变压吸附和变温吸附两种方法，可以同时脱除焦炉煤气中大部分焦油、萘、HS、HCN、苯和有机硫。净化工艺一般就是除去焦炉煤气中的硫等杂质，一般选择湿法脱硫和干法脱硫相结合的工艺除去硫。
上述工艺基本能够满足工艺对于硫的要求，但是HCN，O，以及不饱和烃很难有效的去除干净。结合具体情况，来自焦化厂经过处理后焦炉煤气相对来说比较干净，但对苯、萘含量较高的焦炉煤气，需要进一步进行除油处理。可利用压缩机等加压至0.9MPaG，温度40℃，利用变温吸附（TSA）脱除焦炉煤气中苯、萘、焦油、HCN等杂质，出TSA时副产约10%的吹扫气（富苯、萘、焦油、HCN等杂质），副产吹扫气可直接回焦化厂做燃料气燃烧。剩余的预处理气进入净化工段，利用脱硫剂先除去无机硫化氢，后经加热器温度升高到325℃左右，后进入一级加氢转化器，其反应是在铁钼催化剂作用下有机硫与氢气反应转化为无机硫，此时氧气与氢气反应生成水，HCN与氢气反应生成NH，不饱和烃与氢气加成生产饱和烃，反应为放热反应，反应后温度变为420℃。后经冷却器温度降至300℃，进入二级加氢转化器，在镍钼催化剂作用下残余的有机硫与氢气进一步加成转化为无机硫，后进入氧化锌精脱硫槽进行精脱硫处理，经过处理使总硫含量达到0.1×10-6，生成的氨及焦炉煤气本身中的氨经水洗塔水洗后基本除去，净化后的焦炉煤气可满足甲烷化的要求。
结束语：随着天然气需求的增长以及对焦化产业环保要求的提高，焦炉煤气制LNG日益引起人们的关注，而在焦炉煤气制LNG工厂实际运行中，可能出现产品苯含量偏高、催化剂失活过快、装置能耗较高、生产不稳定等问题，本文主要根据预处理净化工艺进行分析。但是现在技术中还存在一些问题，望企业能够根据现实情况选取成熟可靠的技术进行科学合理的应用。
参考文献
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[3].曹海滨.焦炉煤气液化制LNG工艺及生产研究[J].化工设计通讯，2016（06）：3-3.
论文作者:昝晓明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/25
标签：焦炉论文; 煤气论文; 甲烷论文; 工艺论文; 焦油论文; 氢气论文; 反应器论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;