焦爐煤氣

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　　焦爐煤氣是指用幾種煙煤配成煉焦用煤，在煉焦爐中經高溫乾餾後，在產出焦炭和焦油產品的同時所得到的可燃氣體，是煉焦產品的副產品。一噸煤在煉焦過程中可產出730－780千克焦炭和300－340立方米焦爐煤氣以及35－42千克焦油。焦爐煤氣熱值高、燃燒快、火焰短、生成廢氣比重小。主要成分為甲烷、氫和一氧化碳等，可用作燃料和化工原料。

　　炯煤隔絕空氣加熱到950~1050℃，經過乾燥、熱解、熔融、黏結、固化、收縮等過程最終制得焦炭，這一過程叫高溫煉焦。煉焦除了可以得到固體產品—— 焦炭外，還可以得到液體產品——焦油、氣體產品—— 荒煤氣(也稱粗煤氣)。荒煤氣經過電捕焦油器脫除焦油、濕法脫硫、酸洗脫氨、洗油脫苯後成為凈焦爐煤氣。凈焦爐煤氣的組成如表1所示。

　　焦爐煤氣資源可分為三大類：

• 已利用資源

• 可利用資源(機焦爐已收集的煤氣資源)

• 潛在可利用資源(土焦、改良焦爐等還沒有收集的煤氣資源和現已利用將來被天然氣取代的煤氣資源)

　　1.發電

　　焦爐煤氣屬於中熱值煤氣，其低發熱值為17~19 MJ／m³。常見的焦爐煤氣發電方式有蒸汽輪機發電、燃氣輪機發電和內燃機發電3種 。

　　蒸汽輪機發電是鍋爐直接燃燒焦爐煤氣生產蒸汽，利用蒸汽輪機驅動發電機發電。蒸汽輪機發電是一種傳統的煤氣發電技術，效率較低，但單機功率較大，適合建立大規模的燃氣電站。

　　燃氣輪機發電是通過壓氣機渦輪將空氣壓縮，高壓的空氣在燃燒室與焦爐煤氣混合燃燒，使空氣急劇膨脹做功，從而推動動力渦輪旋轉做功來驅動發電機發電。燃氣輪機發電，設備在性能及可靠性方面較差，發電效率不超過30％，採用燃氣和蒸氣聯合迴圈發電時，發電效率高達45％，這是今後焦爐煤氣發電的發展趨勢。

　　內燃機發電是用煤氣直接燃燒驅動燃氣輪機進行發電。其工作原理與汽車發動機相似，需要火花塞點火，由於內燃機氣缸內的核心區域T作溫度可以達到1 400℃，使其效率大大超過了蒸汽輪機和燃氣輪機。燃氣內燃機的發電效率為30％ ～40％，一般可以達到35％。國內焦爐煤氣內燃發電機組單機功率一般在500～2000kW，該種發電方式單機功率相對小，建站靈活，為日前國內焦爐煤氣發電採用的主要方式。

　　2.生產甲醇

　　當今，甲醇已成為十分重要的有機化工原料之一， 甲醇的深加T產品已達120餘種。隨著能源結構的改變，甲醇又可以作為清潔能源或汽油的添加劑等，需用量十分巨大。甲醇合成已成為我國重要的產業之一。焦爐煤氣組分本身含有甲烷24％ 28％，簡單的轉化就可以滿足甲醇合成氣的比例要求。數據表明，2 000~2200m 焦爐煤氣可生產1t甲醇。通過對我國特定地區相同規模的焦爐煤氣、天然氣、煤為原料制甲醇的消耗成本投資比較可以發現，焦爐煤氣制甲醇具有明顯優勢。

　　3.生產氫

　　焦爐煤氣組分本身含有氫氣54％～59％，簡單的分離就可以獲得氫氣。採用變壓吸附技術(PSA)可從焦爐煤氣中提取高純度(99．9％左右)的氫氣。中國武鋼硅鋼廠、寶鋼冷軋廠、石家莊焦化廠一、邯鋼相繼建成了焦爐煤氣變壓吸附制氫裝置，制氫成本僅相當於電解水成本的1／3 1／4 。也可以將焦爐煤氣重整轉化為合成一氧化碳和氫氣，再通過水煤氣變換反應將焦爐煤氣轉化為氫氣。氫氣既可以作為能源，廣泛應用於航天、汽車製造等行業，又可以作為化丁原料，用於石油化工加氫裂解、生產雙氧水、合成氨等化工生產過程中。

　　4.直接還原鐵

　　直接還原鐵又被稱為海綿鐵，是精鐵粉或氧化鐵在爐內經低溫還原形成的低碳多孔狀物質，其化學成分穩定，雜質含量少，主要用作電爐煉鋼的原料，也可作為轉爐煉鋼的冷卻劑，如果經二次還原還可供粉末冶金用。直接還原鐵的生產 藝有煤基和氣基兩大類，日前工業上大多採用的是氣基法。氣基法使用的還原劑主要是天然氣 天然氣經重整後，主要成分CH₄分解為(CO + H₂)，用來直接還原鐵。但受地域限制及不斷上漲的天然氣價格的影響，其生產成本不斷升高，而焦爐煤氣中H₂和CH₄的體積分數分別為54％~59％和24％~28％ ，熱裂解後即可得到廉價的還原性氣體[(H₂ + CO)含量>90％]。用焦爐煤氣替代天然氣生產直接還原鐵，既解決了氣源問題，又使焦爐煤氣得到了高效利用，因此該項目已經成為當前科研工作者們的研究焦點。

　　我國焦化行業技術裝備水平近年來得到前所未有的提高，抓好焦爐煤氣資源化再利用的研發利用工作，具有不可替代的前景優勢。

　　1.充足的煉焦煤氣資源

　　一般每生產1 t焦炭，可產生400 m³左右的焦爐煤氣，2007年我國3．358億t的焦炭，意味著同時生產出至少1 320×10⁶m³的焦爐煤氣，其體積是西氣東輸天然氣體積量的11倍多，至少含有660×10⁶m³寶貴的氫氣，其利用價值是可想而知的。我國煤焦油目前加工深度不夠，業內人士估計煤瀝青將會出現過剩局面，煤焦油正好為加氫制取柴油提供源源不絕的原料來源。

　　隨著我國焦化產業結構調整的完成，鋼鐵企業能源“鏈”的優化，會有大量煉焦煤氣被置換出來，更增加了可利用的煤氣資源，如何利用好我國豐富的焦爐煤氣資源優勢，有著極其重要的意義，做好焦爐煤氣綜合利用工作是煉焦企業可持續發展的必然選擇。

　　2.巨大的國內市場消費空間

　　我國國民經濟持續高速增長，化工產業和汽車消費的快速發展，給以煤化工深加工工業帶來了少有的市場空間，開發焦爐煤氣資源的深度利用是最佳選擇。隨著國際原油價格持續走高，國內燃料油供需壓力日益增大，開拓新的石油補充領域，焦爐煤氣制氫、煤焦油加氫制油工藝必將具有旺盛的市場需求前景。

　　以甲醇來說，甲醇是是重要的新一代能源，市場潛力巨大，甲醇的產業鏈很長，催化部分氧化法生產甲醇的工藝已經成熟可靠，發展焦爐煤氣制甲醇具有廣闊的前景。低比例甲醇汽油的國家標准將於2008年底完成，我國已成為世界第二大甲醇消費國，預計到2010年，我國甲醇需求量會超過3 OOO萬t／a。

　　二甲醚作為民用燃料具有較大的發展潛力，國家建設部發佈的《城鎮燃氣用二甲醚》產品標準，自2008年1月1日起實施，可作為單獨的管道燃氣氣源正式進入城鎮作為替代燃料推廣，對緩解我國進口石油液化氣的需求壓力將起到巨大作用。蘭州、西安等地的計程車已使用上了二甲醚燃料，2002年全國二甲醚總產量不到2萬t，2005年達30萬t，平均增長率達到了96％，中煤集團300萬t／a二甲醚示範工程也已開工，上海二甲醚公交車已進入商業化階段，2008年將完成100輛二甲醚燃料示範車輛的改造，發展二甲醚替代柴油對我國石油替代戰略有更為現實的意義。

　　3.技術開發多樣化拓寬了焦爐煤氣資源化利用領域

　　我國煤化工科研工作者經過多年卓有成效的探索，在煉焦煤氣綜合利用開發的工藝路線優化、關鍵設備製造上已有所突破，首鋼和北京鋼鐵研究總院建立了焦爐煤氣直接還原制海綿鐵小型試驗裝置，旨在進行相關試驗，確定合理的工藝參數；兩步法合成二甲醚技術的攻關工程也已啟動，第二化工研究設計院在煤系甲醇的技術上已實現了30萬t／a的規模，上海勝幫石油化工技術公司設計的陝北騰龍煤電集團20萬t／a煤焦油加氫裝置正在實施中，這些都加快了我國焦爐煤氣資源化應用的進程。

　　氫能技術已經被列入我國。十一五”規劃，加大焦爐煤氣制氫技術的研發，充分利用極其豐富的焦爐煤氣資源的優勢，大力發展氫能，以替代燃油和改善對環境的污染。