示范先行 国产化焦炉煤气制LNG获突破

——走近河南京宝新奥焦炉煤气制LNG项目

□ 本刊记者 吴军

　　今年3月，工业和信息化部发布《焦化行业准入条件（2014修订版）》，要求新（改、扩）建的焦化企业，常规焦炉企业生产能力不低于100万吨，并同步配套建设煤气净化（含脱硫、脱氨）和煤气利用设施。焦炉煤气作为焦化厂的副产物，以往通常被用于焦炉自身加热，城市煤气供应、发电，或生产合成氨、甲醇、二甲醚等化工产品。然而，随着合成氨、甲醇等传统化工产品产能的总体过剩，传统焦炉煤气综合利用已经无法获得较好的经济效益，从而导致大量焦炉煤气资源浪费，更加剧了环境污染的风险和压力。

　　如何更好地对焦炉煤气进行科学合理的综合利用？日前，本刊实地走访考察了位于河南宝丰县的河南京宝新奥新能源有限公司（以下简称“京宝新奥”）焦炉煤气制液化天然气（LNG）项目。作为国内首家利用完全自主知识产权建设，且稳定运行一年多的焦炉煤气制LNG项目，京宝新奥项目的成功运行不仅为企业带来了良好的经济效益，更是为整个焦炉煤气综合利用开辟了一条既环保、又经济的发展之路，对整个行业而言都具有良好的示范效应……

 

环保、效益倒逼焦炉煤气寻找新出路

　　我国是世界上最大的焦炭生产国。据统计，当前全国约有焦化企业2000多家，其中2/3为独立焦化企业。焦炉煤气是炼焦行业最主要的副产品之一，每炼一吨焦炭，可产生430m3左右的焦炉煤气，其中一半回炉助燃，另外约200m3焦炉煤气必须使用专门的装置进行回收。

　　焦炉煤气可用于城市煤气供应、发电，又可作为化工原料生产合成氨、甲醇等。由于我国天然气工业的崛起，西气东输工程已经贯通，天然气已逐渐代替焦炉煤气管道气成为民用的主要燃料，焦炉煤气的城乡应用逐步萎缩；化工方面，当前我国焦炉煤气主要用于生产合成氨、甲醇等，然而随着大型合成氨、甲醇项目的陆续上马，我国甲醇、合成氨产能已然过剩，市场前景黯淡。许多焦化厂炼焦产生的焦炉煤气不能全部利用消化，只能选择直接燃烧排放，这样不仅造成了大量的能源浪费，而且污染周边环境。据计算，我国每年燃烧到大气中的焦炉煤气量，相当于国家“西气东输”设计年输气量的两倍以上。在环保和经济效益的双重压力下，焦化企业必需寻找新的利用途径，以解决大量富余的焦炉煤气问题。

 

焦炉煤气制LNG实现清洁高效利用

　　我国天然气资源相对短缺，利用焦炉煤气甲烷化合成天然气工艺不仅能带动焦化和能源产业的技术进步，还能解决焦炉煤气排放造成的环境污染和资源浪费问题。日前记者走访的京宝新奥已经率先实现了焦炉煤气制LNG的产业化稳定运行。

　　据京宝新奥总经理徐东介绍，京宝新奥焦炉煤气制LNG项目于2011年5月开工建设，并于2013年4月顺利投产。该项目总投资3.2亿元，采用新奥所属新地能源工程技术公司完全自主研发的技术和工艺，以平煤神马集团河南京宝焦化有限公司130万吨捣固焦综合利用项目副产的焦炉煤气为原料，在经过压缩、脱硫净化、甲烷合成、分离液化等工序将焦炉煤气中的CO和CO2转化为CH4后液化精馏提纯，生产出合格的LNG产品，项目设计年产LNG约为1亿标方。徐东向记者介绍了目前装置的运行情况，自投产以来，装置已连续稳定运行400多个日夜，年实际产量已达到约4.83万吨（7000多万Nm3）。按照目前的运行情况，每生产1Nm3 LNG的成本约为2.2元，项目满负荷运转后每年将可实现纯利润4000余万元。

　　在实现良好经济效益的同时，该项目的实施也符合国家节能减排的要求，大幅降低了焦炉煤气形成的污染，预计每年可少排放二氧化碳18万吨，二氧化硫700多吨，具有重要的示范意义和标杆效应。据悉，该项目并已成功入围资源节约和环境保护2013年中央预算内投资备选项目。

 

焦炉煤气制LNG持续升温

　　京宝新奥项目的持续稳定运行，无疑为焦炉煤气制LNG的可行性提供了鲜活的佐证。据亚化咨询统计，目前我国处于运行、建设和积极前期工作中的焦炉气制混合天然气（LNG-SNG）项目共有35个，总产能1737万m3/天。其中绝大部分以液化天然气（LNG）为产品方案，32个项目配置了天然气液化装置，LNG产能占SNG总产能的94%；其余以压缩天然气（CNG）为产品方案，直接销售或进入天然气管网。

　　截至2014上半年，我国已投产焦炉气制LNG项目9个，总产能400万m3/天；除京宝新奥外，目前，国内已建成的焦炉煤气制天然气装置还包括：内蒙古恒坤化工有限公司，焦炉煤气年处理量设计能力为1亿m3；云南富源华鑫能源开发有限责任公司焦炉气制混合天然气（SNG），年处理量设计能力为0.5亿m3 等。2014下半年将新增投产焦炉气制LNG项目7个，至2014年底中国焦炉气制LNG总产能将达740万m3/天。

　　这些项目的相继上马，无疑标志着我国焦炉煤气制LNG的热潮已然来临。

 

关注整体系统奠定稳定生产基石

　　在探讨京宝新奥装置稳定运行的秘诀时，新地能源工程技术公司（以下简称“新地公司”）北京技术研发中心总经理常俊石向记者介绍了该套装置的技术特点，并反复强调了关注从焦炉气净化到液化整个系统的重要性。

　　焦炉煤气的成份除了CO、CO2、H2等主要成分以外，还含有各种硫化物等杂质，而若在甲烷催化合成之前净化不达标将引起催化剂中毒从而影响后续工段。新地能源在净化阶段采用了组合净化与超级净化相结合的方式，使进入甲烷合成系统的焦炉煤气总硫含量控制在5ppb以下。

　　甲烷合成技术是焦炉气合成天然气的核心技术之一，利用甲烷合成催化剂使CO和CO2加氢转化为甲烷。新地公司的焦炉气合成甲烷催化剂是以镍为活性组分的预还原型高温甲烷合成催化剂，具有良好的耐水合、耐高温、抗积炭性能，高活性和高选择性，在焦炉气合成天然气工艺条件下，选择性大于99.9%，一年工业运行数据表明合成天然气出口CO2浓度小于50ppm。此外，预还原型高温甲烷合成催化剂具有甲醇转化为甲烷以及碳二以上烃类转化为甲烷的高活性，可以使焦炉气中的这些烃类杂质完全转化为甲烷，从而提高焦炉气利用率和降低工艺废水COD，有利于节能环保。同时，催化剂经自主研发的预还原工艺处理，使用过程中不需还原，可以直接投料生产，能有效缩短开车周期和节省还原费用，提高生产效率，降低开车风险，降低对设备和管道材质的要求，减少投资。高温型甲烷合成催化剂还可以配套甲烷合成工艺副产高品位的蒸汽，是工艺节能的关键之一。

　　而在合成反应器的设计上，新地公司开发了绝热型反应器和换热型反应器及其优化组合，使用系统循环液等手段控制反应温度，开发出了三段串并联甲烷合成的特色工艺，实现小循环比或无循环压缩机工艺操作，使合成工段能耗最低；同时副产高品位蒸汽，最大限度降低生产能耗和生产成本。此外，工艺操作弹性大，抗焦炉气成分波动能力强。

　　针对焦炉气的深度分离，新地能源开发出以混合制冷液化、双塔精馏、高压闪蒸与低压精馏等多种技术，在混合冷剂配比、入塔温度、低压塔再沸器热源、高低压塔冷凝器冷源等方面进行优化，使装置能耗较国内其他技术低10%以上，产品LNG甲烷浓度达到99.9%以上。

　　常俊石指出，尽管甲烷化是焦炉煤气制天然气最为核心的技术，但是如果没有整个工艺流程中其他工段的精雕细琢，没有操作工人的娴熟技术，将很难实现整体的稳定运行。

 

　　采访后记：在一天的采访过程当中，记者跟随徐东总经理与常俊石总经理的讲述深刻感受了京宝新奥从零开始的艰辛，实践、摸索、改进、创新时刻伴随着京宝新奥的成长。正是这种碶而不舍、敢于创新的精神，为我国焦炉煤气的清洁化利用和国产技术的进步树立了旗帜鲜明的标杆。我们有理由相信，通过京宝新奥的示范效应，不久的将来，我国焦炉煤气的清洁化利用将打开全新的局面。

 

链接：

关于LNG

　　液化天然气（LNG）主要成分是甲烷，常温下不能通过加压将其液化，而是经过预处理，脱除硫化物，裂解重烃、吸附微量二氧化碳和水等杂质后，液化深冷到-162℃，液体密度：430kg/m3，气体化后密度 (常压)：0.688kg/m3，气液体积比：625，汽化潜热：121.87Kcal/kg，热值（气态）：9200Kcal/m3，辛烷值ASTM：130(研究法)。

 

    由LNG的性质可以看出它有六大优点：

    1. LNG体积比同质量的天然气小625倍，因此可用汽车轮船很方便地将LNG运到没有天然气的地方使用；

    2. LNG储存效率高、占地少、投资少，10m3的LNG就可供1万户居民1天的生活用气；

    3. LNG作为优质的车用燃料，与汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长、燃料费用低、环保性能好等优点。它可将汽油汽车尾气中HC减少72%，NOX减少39%，CO减少90%，SOX、Pb降为零；

    4. LNG汽化潜热高，汽化过程中的冷量可回收利用；

    5. 由于LNG气化后密度很低，只有空气的一半，稍有泄露立即飞散开来，不致引起爆炸；

    6. 由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城市污染。

　　目前，LNG已被广泛用于发电、化工原料、新型汽车燃料、民用燃料等领域。在能源供需矛盾突出、国际油价长期居高不下，全球对更清洁能源天然气的需求增长强劲的今天，LNG作为清洁能源占一次性能源的比重将会越来越大。

关于京宝新奥

　　2010年，新奥能源与平煤神马集团河南京宝焦化有限公司达成合作，双方合资成立京宝新奥能源有限公司。该公司以京宝焦化公司富余焦炉煤气为原料，依托国内先进的捣固炼焦新工艺和化产回收工艺，配套熄焦、消烟除尘及生化污水处理技术，实现焦炉煤气的甲烷化处理，达到清洁生产、环保节能的标准。2011年5月，京宝新奥焦炉煤气制LNG项目正式投建。

关于新地公司

　　新奥集团新地能源工程技术有限公司始建于1999年，总部位于河北省廊坊市经济技术开发区。主要从事市政工程、煤化工、气化采煤、电力等领域的研发、设计、制造、施工和工程总承包业务，是一家在能源清洁综合利用领域最具代表性的高新技术企业。公司拥有专业的科研机构和一支高水平的研发团队，承担了煤基催化、气化、甲烷化，燃气净化、液化及系统能效等多项科技攻关任务，获得国家专利十余项，并形成多项具有自主知识产权的专有技术，在燃气领域成为技术发展、应用和建设的引领者，在煤化工、气化采煤领域走在行业的技术前沿。