第３６卷第４期 ２０１３年 ８月 煤炭与化工 Ｃｏａｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｖ０ｌ＿３６ ＮＯ．４ Ａｕｇ． ２０１３ 对焦炉煤气的合理利用及前景 蒿云，鲍蒙 （河北生特瑞工程设计有限公司，河北石家庄０５００００） 摘 要：我国目前的机焦产量位居世界首位，而大规模的机焦生产，将面临一个十分重要的焦 炉气使用问题，如果将大量的焦炉煤气排放到空气中，必将造成大气严重污染，而且浪费宝贵 的化工资源。在这种背景下，通过对焦炉煤气实际应用的叙述，结合市场经济、环境等因 素，阐述了合理利用焦炉煤气制合成氨、尿素，联产甲醇的生产技术，分析了经济效益和社 会效益，展望了生产技术的发展前景，提出焦化行业要向高附加值化工行业方向发展。 关键词：焦炉煤气；应用；工艺技术；发展前景 中图分类号：ＴＱ５２２．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５—５９７９（２０１３）０４—０１４４—０３ Ｕｓｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｓｐｅｃｔ ０ｆ Ｃｏｋｅ ０ｖｅｎ Ｇａｓ ＨＡ０ Ｙｕｎ．ＢＡ０ Ｍｅｎｇ ｛Ｈｅｂｅｉ Ｃｅｎｔｕｒｙ ３ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｌｔｄ．，Ｓｈ￣ｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｅｏｋｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｉｓ ｂｉｇｇｅｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｄｄ，ａｎｄ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｃｏｋｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗｉｌｌ ｏｃｃｕｒ ａ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆｔｈｅ ＵＳｅＳ ｏｆｃｏｋｅ ｏｖｅｎ ｇａｓ，ｉｒａ ｌｏｔ ｏｆｃｏｋｅ ｏｖｅｎ ｇａｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅｄ ｉｎｔｏ ｈｅ ｔａｉｒ，ｈｅ ｓｅｒｉｏｕｓ ｐｔｏ￣ｕｆｉｏｎ ｗｉｌｌ ｂｅ ｃａｕｓｅｄ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｖａｌｕａｂｌｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｒｅ ａｗａｓｔｅｄ．Ｕｎｄｅｒ ｈｉｓｔ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｅ ｐｒａｃｔｔｉｃａｌ Ｈｓｅｓ ｏｆ ｃｏｋｅ ｏｖｅｎ ｇａｓ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｈ ｍａｔｒｋｅｔ ｅｃｏｎｏｍｙ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆａｃｔｏｒｓ，ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｍｍｏｎｉａ，ｕｒｅａ ａｎｄ ｍｅｔｈａｎｏｌ ｆｒｏｍ ｃｏｋｅ ｏｖｅｎ ｇａｓ ｗｅｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ，ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｓｏｃｉａｌ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｈｅ ｃｏｋｅ ｏｖｅｎ ｇａｔｓ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｗｈｉｃｈ Ｗａｓ ｃｏｋｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｔｕｒｎｉｎｇ ｉｎｔｏ ｈｉｇｈ ｖａｌｕｅ－ａｄｄｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｋｅ ｏｖｅｎ ｇａｓ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ０引 言 １ 焦炉煤气的应用 焦炉煤气作为炼焦产业的副产品具有极高的利 焦炉煤气又称焦炉气，是指用几种烟煤配制成 炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，产出焦炭 和焦油产品的同时所产生的１种可燃性气体，是炼 焦工业的副产品。焦炉气是混合物，含有氢气、甲 烷、一氧化碳、ｃ 以上不饱和烃等可燃组分，以 及二氧化碳、氮气、氧气等不可燃组分。由于可燃 成分多，属于高热值煤气，粗煤气或荒煤气。目前 我国焦化产业只注重焦炭生产而忽略化工产品回 收，焦炉煤气是炼焦行业最主要的副产品之一，其 中一半回炉燃烧（作为焦炉热源），其余焦炉煤气 必须使用特定的工艺装置生产其他化工产品。由于 数量巨大，以至大量的煤气直接排入空气中，不仅 污染环境，且造成资源的极大浪费。 收稿日期：２０１３—０６—１７；责任编辑：牛冬静 用价值，特别是脱硫、脱氰后焦炉煤气的可燃分 高、杂质低的特点更为明显，其应用主要表现在以 下几个方面： （１）焦炉煤气用于发电。常见有蒸气发电、 燃气轮机发电、内燃机发电３种形式。燃气轮机发 电是用焦炉煤气直接燃烧，驱动燃气轮机以带动发 电机发电，１ ｍ３的煤气可发电１．１—１－３ ｋｗ·ｈ；内 燃机发电是用煤气直接燃烧驱动燃气轮机进行发 电，１ ｍ 的煤气可发电１＿３ ｋＷ·ｈ。 （２）焦炉煤气用于生产化肥。用焦炉煤气可 以合成氨，用于制造化肥。在合成塔内，３０ ＭＰａ 压力下可以合成氨，进而在２０ ＭＰａ压力下与二氧 作者简介：蒿云（１９８５一），女，河北石家庄人，助理工程师。Ｅ—ｍａｉｌ：ｈａｏ．ｙｕｎ．ｙｘ＠１６３．ｔｏｍ １４４ 蒿云等：对焦炉煤气的合理利用及前景 ２０１３年第４期 化碳可以合成尿素。数据表明，１ ７００ ｍ３焦炉煤气 可生产１ ｔ合成氨，生产成本远远低于用煤或天然 气作原料生产尿素，生产成本优势明显。 （３）焦炉煤气用于生产甲醇。焦炉煤气组分 本身含有甲烷２４％～２８％，简单的转化就可以很 容易满足合成甲醇合成气的比例要求。数据表明， ２ ０００～２ ２００ ｍ３焦炉煤气可生产１ ｔ甲醇。２×１０６ ｍ３的焦炉煤气就可以满足１０万ｔ甲醇生产原料需 要，而制成的甲醇，掺入１０％～１５％的汽油中可 化工溶剂，并且是合成多种化工产品不可缺少的重 要中间体，甲醇下游产品多，可加工成甲醛、醚 类、酯类产品，随着国际石油价格的逐步攀高，以 甲醇为原料生产乙烯，显示出了其明显的价格优 势。甲醇是生产五大工程塑料之一的聚甲醛主要原 料。近几年，在国内外甲醇作为汽油添加剂的技术 得到广泛应用，可达国际环保尾气排放要求。国外 已研究出以甲醇为主要原料配制增强辛烷值新型汽 车用动力醇，更是拓展了甲醇的应用空间。根据焦 以代替汽油，进而制成了液化气或和氢气相当的环 境友好型燃料的二甲醚。 （４）焦炉煤气用于生产氢。焦炉煤气组分本 身含有氢气５０％以上，简单的分离就可以获得氢 气。通过焦炉煤气变压吸附制备的氢气既可以作为 能源，又可以作为化工原料进而制备生成苯类产 品，还可以用于医学的过氧化氢（双氧水）制备。 （５）焦炉煤气用于生产直接还原铁。焦炉煤 气中的甲烷热分解可获得７４％的Ｈ２和２５％的ＣＯ， 可以作为直接还原铁的还原性气体，能大大降低炼 铁过程中对煤炭资源的依赖。 ２生产技术路线 ２．１设计思想 我国目前的机焦产量位居世界首位，而大规模 的机焦生产，将出现焦炉气出路问题，如果将大量 的焦炉煤气排放到空中，必将造成大气严重污染，而 且浪费宝贵的化工资源。如果用来发电，不仅成本 高，入电网费用高，而且也使这一化工资源未得到 合理有效的利用。在这种背景下，结合市场经济、 环境等因素，充分利用炼焦副产的焦炉气来进行合 成氨联产甲醇，使焦化工程成为既环保又有经济效 益的项目。建设１套焦炉煤气生产合成氨装置与同 等规模的以煤为原料气化生产合成氨的装置相比， 次Ｊ陛投资要更经济，企业生产成本更低，对于煤 焦化行业的拉长产业链、建设循环可持续发展经济 型企业十分有利。 根据国家产业政策和行业发展规划，尿素作为 重要的支农化工产品，属于重点基本建设和技术改 造的产业，尿素作为高浓度无公害、无污染化肥是 农业生产的主要氮肥来源。尿素生产作为基础化工 产业，在国民经济发展中起着举足轻重的作用。除 应用于农业施肥外，随着环保意识的增强及环保要 求的提高，建筑行业、木材加工行业所用添加剂、 胶粘剂越来越多的依赖于尿素产品。 甲醇是１种重要的化工原料，也是广泛使用的 炉煤气进行开发利用的产品市场应用分析，将炼焦 的副产品焦炉煤气通过生产装置合成氨、尿素并联 产甲醇，使副产的焦炉煤气得到合理的利用，减少 了对环境的污染，实现了节能减排的目的。并且生 产技术路线有个显著特点，就是甲醇和氨的产量， 可以根据市场的需求量，很灵活地调整氨醇产量的 比例。这样焦炉气经转化制合成氨和甲醇，就可以 实现项目的低成本、高收益。 ２．２工艺流程 工艺流程如图１所示。 氧气 焦炉煤气—— ｌ净水Ｉ—— Ｉ纯氧转化ｌ——斗Ｉ变换ｌ Ｊ， 匾 困一匝丽 一圈 土 精甲醇送至储槽 液氨送至储槽卜Ｉ塑塑ｌ＿＋匿圃－＋尿素产品 ｔ 氮气 图１工艺流程示意 由炼焦装置产生的焦炉煤气送入气柜后，经过 清洗塔除尘，再进行间接冷却，进入静电除焦器， 将绝大部分水蒸气、焦油、萘等除去，满足后续工 序的要求。 对焦炉煤气净化后经鼓风机加压再对焦炉气进 行脱硫处理，首先采用栲胶法进行湿法脱硫，可以 使焦炉气中的硫化氢氧化成单质硫，再对焦炉气进 行精脱硫，有机硫在钴钼催化剂的作用下与氢反应 转化为硫化氢，硫化氢再被氧化锌吸收而达到精脱 硫的目的。气体中的硫化氢通过干法精脱硫脱除至 １０ 以下。 由于焦炉煤气中的甲烷的含量约占２３％～ ２８％，可通过对甲烷的催化转化，故用空分装置提 供纯氧，将焦炉煤气中的甲烷转化为一氧化碳，提 高原料气中有效气体的含量。 为了净化原料气，变换后的原料气送至脱碳， １４５ ２０１３年第４期 煤炭与化工 第３６卷 需要进一步将大部分的二氧化碳脱除。目前脱碳方 法很多，工业上常用的是采用聚乙二醇二甲醚（简 称ＮＨＤ脱碳剂）吸收法。变换气中二氧化碳进入 脱碳塔被ＮＨＤ溶液吸收，经压缩送至甲醇合成塔 合成甲醇。吸收二氧化碳后的ＮＨＤ富液进行闪蒸， 回收高纯度的二氧化碳供生产尿素使用。ＮＨＤ贫 液将由空气气提再生，进行循环使用。 脱碳后的原料气经压缩后进人甲醇合成，甲醇 合成气在铜系催化剂的作用下，反应生成甲醇。粗 甲醇可采用最常用的两塔精馏和三塔精馏工艺进行 精制，合格后送精醇储槽。 在进行氨合成之前需经过醇烃化进一步将少量 的一氧化碳、二氧化碳脱除，以减少其对合成触媒 的不利影响。将合成甲醇之后的合成气在铁基催化 剂作用下，一氧化碳、二氧化碳与氢气反应生成甲 醇等多元醇和烷烃化物。再经压缩送至氨合成塔。 同时，空分装置中的氮气通过氮气压缩机一并送至 氨合成塔，进行氨的合成。 生成的合成氨气体与脱碳过程中回收的二氧化 碳经净化后在合成塔中生产尿素。尿素生产采用水 溶液全循环法，使未反应的ＮＨ。和ＣＯ：以气态形 式与尿素水溶液分离后，用水吸收成为水溶液，通 过泵返回合成塔，形成全循环。从循环中得到的尿 素水溶液，送往蒸发工序，浓缩为几乎无水的高温 熔融尿素，通过造粒工序得到尿素产品。 ２．３经济效益和社会效益分析 ２．３．１市场方面 在竞争激烈的氮肥市场中，面对无烟煤价格的 不断飚升、运输费用不断上涨，企业要生存发展就 应向规模、管理和技术３个方面要效益。氮肥厂的 最大费用为原料费用，占全部费用的７０％左右。 而利用焦化企业自身的剩余的廉价焦炉煤气作为合 成氨的气头来源，生产尿素，联产甲醇，焦化厂的 焦炉煤气成本与煤造气相比，充分显示了以焦炉煤 气作为合成氨原料气的成本优势。 所得产品作为氨醇工业的基础，并为下游产品 如脲醛树脂、以尿素为基体的复混肥、三聚氰胺一 甲醛树脂、三聚氰酸及其衍生物、尿囊素、缩二 脲、尿烷、磷酸脲、异丁叉二脲、乳清酸、甲醛、 醋酸、ＤＭＦ、甲基叔丁基醚、甲醇制氢、甲醇掺混 汽油、甲醇制烯烃等产品做好原料的保证，同时为 当地农业发展提供可靠的肥料保证。 ２．３．２节能方面 氮肥企业是高度连续性和技术密集性企业，而 造气车间是合成氨生产龙头车间，是两煤一电的重 １４６ 要消耗基地，生产成本和能耗占很大的比例，我国 煤炭资源比较丰富，但优质、清洁和炼焦煤资源相 对较少。煤炭工业承担着支撑经济社会发展的重 任。短时间、高强度、大规模占用煤炭资源发展煤 化工产业，既影响电力等行业的平稳发展，也加速 了煤炭资源消耗，不利于煤炭工业可持续发展。 原料气的生产需要大量的煤炭资源，而将产品 气头来源从紧缺的煤炭资源改为焦化的副产品，用 焦炉煤气来供应，在节约了白煤量消耗的同时，充 分利用了焦炉煤气本身的能源，变废为宝；积极地 相应了国家的号召，大力推动了焦化行业清洁生 产，使焦炉煤气得以综合利用，给企业带来效益。 在产品的生产工艺技术选择方面，以降低系统能耗 为原则，将产品的成本降低，从而使企业的收益最 大限度得到了提高。 ２．３．３环境保护方面 合理利用焦化的副产品资源，减少了对环境的 污染。给企业节约了焦炉煤气排放前的环保投资费 用。传统的合成氨工业的煤造气生产工艺给环境治 理带来了极大的负担，而采用焦炉煤气为原料气， 即解决了焦炉煤气的净化，减少了对大气污染物的 排放量，又避免了煤造气对环境的污染。 ３ 结 语 合理利用焦炉煤气合成氨、尿素联产甲醇，从 根本上解决了焦炉气的去向问题，变废为宝，为企 业带来较好的经济效益，实现了对焦化企业富余焦 炉气的综合利用，符合国家有关产业政策和行业规 划以及环保要求。－４－＇￣应做好以下几方面工作：适 应市场对产品需求的多变性，以长远解决生产企业 的生存问题；产品作为生产原料，通过进一步的加 工，发展下游产品，延伸产品的产业链，做到真正 意义上的焦化行业向高附加值化工行业方向的转 化；树立循环经济理念，优化配置生产要素，努力 实现经济、社会、生态环境和资源的协调发展。 参考文献： 【１】 陈五平．无机化工工艺学［Ｍ】．北京：化学工业出版社，２００２． 【２】 郑文华，张兴柱．焦炉煤气的使用现状与应用前景【Ｊ】．燃料与 化工，２００４，３５（４）：１—３． ［３】李昊堑，沙永志．焦炉煤气利用途径分析【Ｊ】．冶金能源， ２０１０，２９（６）：３７—４ｏ． 【４］ 王太炎．焦炉煤气开发利用的问题与途径【Ｊ】．燃料与化工， ２００４，３５（６）：１—３． ［５】崔文科．尿素下游产品的开发应用【Ｊ】．化工科技市场， ２０１０。３３（３）：２０—２４．