焦炉气制LNG工艺
蔚龙、何振勇、张生
（新地能源工程技术有限公司）
摘要：为了实现焦炉气的最大效率应用，开展焦炉气制LNG工艺研究，在充分试验的基础上，提出焦炉气制LNG的各种最新工艺，结果表明焦炉气制LNG是焦炉气应用比较理想的方案。
关键词：焦炉气 LNG 低温分离 MRC 甲烷化
0 引言
焦炉煤气又称焦炉气，是炼焦过程中副产的可燃气体，主要由氢气（体积分数55%-60%）和甲烷（23%-27%）构成，另含有少量一氧化碳、二氧化碳、氧气、氮气等。1吨焦炭副产400立方米焦炉气，除了部分用于焦炉自身加热用，还会产生约200-300方的剩余焦炉气。以2011年全国焦炭产量4.28亿吨计，国内一年可供综合利用的焦炉气产量高达800-1000亿方。焦炉气属于中热值气体（17900kJ/方），对比天然气（36220kJ/方），按照西气东输两线420亿方的输气能力计算，全国每年外排焦炉气的发热量相当于西气东输的发热量，有很高的利用价值。
目前国内焦炉气主要用作供热或发电，部分用于生产尿素、甲醇等化工产品和炼钢，一些企业开始兴建焦炉气制LNG项目，从经济效益来看，焦炉气制LNG、氢气和尿素最高，制甲醇和CNG效益良好，制管道天然气、供热和发电较低；从投资数额来看，制尿素最高，制LNG、甲醇和CNG适中，制普通天然气、氢气和发电最低。
图1：焦炉煤气上下游产业链
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图2：几种焦炉气综合利用方案的经济效益
近年来由于甲醇、尿素行业竞争激烈、市场趋于饱和，焦炉气制LNG因此成为焦炉气综合利用的发展方向。
1 焦炉气制LNG
通过近几年的技术研发，我公司在焦炉气制LNG工艺方面已经申请了14项国家专利，并获得了国家专利局授权。
目前，我公司已经在焦炉气制LNG技术方面，取得重大突破，2011年，在河北省廊坊市，我公司建设了一套用于焦炉气制LNG的中试装置（制冷采用混合制冷技术、分离采用低温精馏技术），此装置采用我公司自主研发的工艺，对甲烷、氮气、氢气进行低温分离、液化。装置稳定运行后，经以顾安忠教授为组长的专家组现场考查，各项指标达到并超过预期目的，获得专家组高度评价并顺利通过了国家863的验收。通过实验，我们对工艺包进行了修正完善。之后，我公司陆续承建了河南宝丰、唐山古冶、黑龙江鹤岗、云南曲靖、唐钢五套焦炉气制LNG装置，河南宝丰焦炉气制LNG项目（焦炉气每小时27000标方，制LNG每小时12000标方）已经联合试运转成功，古冶项目已进入单体调试阶段预计2013年10月进行联合试车。
5个项目采用的工艺均略有不同，都是根据每个项目的具体情况及业主的不同要求，有针对性地设计。
图3-图5为其中5个项目的流程，所有的项目均采用了甲烷化工艺，对焦炉气中的CO、 2
CO2、H2进行了甲烷转化，大幅度提高了LNG的产能。河南宝丰项目、唐山古冶项目采用汽轮机拖动，黑龙江鹤岗项目、云南曲靖、河北唐钢项目采用电机拖动，富氢尾气返回焦化厂当做焦炉加热燃料，替换出更多的焦炉煤气；河北唐钢项目采用了补碳工艺，将焦炉气中的氢气全部转化为甲烷，LNG产量更高。
2 低温分离工艺
低温分离工艺我们可采用双塔精馏流程及闪蒸+单塔精馏流程两种流程，如河南宝丰项目、唐山古冶项目、黑龙江鹤岗项目均采用双塔精馏流程，此种流程的优势是分离彻底，甲烷回收率可达99%以上，LNG中氢气含量低于10ppm，氮气含量低于1%；对于分离精度要求不是很高时，我们采用闪蒸+单塔精馏流程，如黑龙江鹤岗、云南曲靖均采用此种流程，甲烷回收率约为93%，但此种流程简单，不用给精馏塔提供单独的冷能。
由于我们的低温分离技术采用了优化入塔温度、变塔径、塔顶单独提供冷源等措施，充分利用MRC的高效制冷能力，使整个流程能耗较国内同行低10%左右，同时由于只采用单级混合制冷技术，流程简单，操作简便。尤其闪蒸+单塔精馏技术由于不需单独的塔顶冷凝冷量，共用MRC冷量，流程更加简便，可操作性极高，开停车方便。
3 焦炉气直接制LNG工艺
为了满足不同客户的需求，我公司还开发出不经焦炉气甲烷化而直接液化分离的流程（此种流程特别适用于高纯氢有销售的工厂），并申请了专利，此流程主要包括焦炉气增压、脱油脱萘、高温脱硫、脱酸、脱水、液化分离、PSA制氢。
结论：基于我们在焦炉气制LNG方面积累了丰富的经验，并有丰富的开车经验，使焦炉气制LNG成为较好的焦炉气利用方案。
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图3：宝丰项目流程
图4： 鹤岗、曲靖、古冶项目流程
图5：唐钢项目流程
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焦炉气制LNG工艺
蔚龙、何振勇、张生
（新地能源工程技术有限公司）
摘要：为了实现焦炉气的最大效率应用，开展焦炉气制LNG工艺研究，在充分试验的基础上，提出焦炉气制LNG的各种最新工艺，结果表明焦炉气制LNG是焦炉气应用比较理想的方案。
关键词：焦炉气 LNG 低温分离 MRC 甲烷化
0 引言
焦炉煤气又称焦炉气，是炼焦过程中副产的可燃气体，主要由氢气（体积分数55%-60%）和甲烷（23%-27%）构成，另含有少量一氧化碳、二氧化碳、氧气、氮气等。1吨焦炭副产400立方米焦炉气，除了部分用于焦炉自身加热用，还会产生约200-300方的剩余焦炉气。以2011年全国焦炭产量4.28亿吨计，国内一年可供综合利用的焦炉气产量高达800-1000亿方。焦炉气属于中热值气体（17900kJ/方），对比天然气（36220kJ/方），按照西气东输两线420亿方的输气能力计算，全国每年外排焦炉气的发热量相当于西气东输的发热量，有很高的利用价值。
目前国内焦炉气主要用作供热或发电，部分用于生产尿素、甲醇等化工产品和炼钢，一些企业开始兴建焦炉气制LNG项目，从经济效益来看，焦炉气制LNG、氢气和尿素最高，制甲醇和CNG效益良好，制管道天然气、供热和发电较低；从投资数额来看，制尿素最高，制LNG、甲醇和CNG适中，制普通天然气、氢气和发电最低。
图1：焦炉煤气上下游产业链
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图2：几种焦炉气综合利用方案的经济效益
近年来由于甲醇、尿素行业竞争激烈、市场趋于饱和，焦炉气制LNG因此成为焦炉气综合利用的发展方向。
1 焦炉气制LNG
通过近几年的技术研发，我公司在焦炉气制LNG工艺方面已经申请了14项国家专利，并获得了国家专利局授权。
目前，我公司已经在焦炉气制LNG技术方面，取得重大突破，2011年，在河北省廊坊市，我公司建设了一套用于焦炉气制LNG的中试装置（制冷采用混合制冷技术、分离采用低温精馏技术），此装置采用我公司自主研发的工艺，对甲烷、氮气、氢气进行低温分离、液化。装置稳定运行后，经以顾安忠教授为组长的专家组现场考查，各项指标达到并超过预期目的，获得专家组高度评价并顺利通过了国家863的验收。通过实验，我们对工艺包进行了修正完善。之后，我公司陆续承建了河南宝丰、唐山古冶、黑龙江鹤岗、云南曲靖、唐钢五套焦炉气制LNG装置，河南宝丰焦炉气制LNG项目（焦炉气每小时27000标方，制LNG每小时12000标方）已经联合试运转成功，古冶项目已进入单体调试阶段预计2013年10月进行联合试车。
5个项目采用的工艺均略有不同，都是根据每个项目的具体情况及业主的不同要求，有针对性地设计。
图3-图5为其中5个项目的流程，所有的项目均采用了甲烷化工艺，对焦炉气中的CO、 2
CO2、H2进行了甲烷转化，大幅度提高了LNG的产能。河南宝丰项目、唐山古冶项目采用汽轮机拖动，黑龙江鹤岗项目、云南曲靖、河北唐钢项目采用电机拖动，富氢尾气返回焦化厂当做焦炉加热燃料，替换出更多的焦炉煤气；河北唐钢项目采用了补碳工艺，将焦炉气中的氢气全部转化为甲烷，LNG产量更高。
2 低温分离工艺
低温分离工艺我们可采用双塔精馏流程及闪蒸+单塔精馏流程两种流程，如河南宝丰项目、唐山古冶项目、黑龙江鹤岗项目均采用双塔精馏流程，此种流程的优势是分离彻底，甲烷回收率可达99%以上，LNG中氢气含量低于10ppm，氮气含量低于1%；对于分离精度要求不是很高时，我们采用闪蒸+单塔精馏流程，如黑龙江鹤岗、云南曲靖均采用此种流程，甲烷回收率约为93%，但此种流程简单，不用给精馏塔提供单独的冷能。
由于我们的低温分离技术采用了优化入塔温度、变塔径、塔顶单独提供冷源等措施，充分利用MRC的高效制冷能力，使整个流程能耗较国内同行低10%左右，同时由于只采用单级混合制冷技术，流程简单，操作简便。尤其闪蒸+单塔精馏技术由于不需单独的塔顶冷凝冷量，共用MRC冷量，流程更加简便，可操作性极高，开停车方便。
3 焦炉气直接制LNG工艺
为了满足不同客户的需求，我公司还开发出不经焦炉气甲烷化而直接液化分离的流程（此种流程特别适用于高纯氢有销售的工厂），并申请了专利，此流程主要包括焦炉气增压、脱油脱萘、高温脱硫、脱酸、脱水、液化分离、PSA制氢。
结论：基于我们在焦炉气制LNG方面积累了丰富的经验，并有丰富的开车经验，使焦炉气制LNG成为较好的焦炉气利用方案。
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图3：宝丰项目流程
图4： 鹤岗、曲靖、古冶项目流程
图5：唐钢项目流程
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