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焦爐煤氣的綜合利用技術(shù)焦爐煤氣的綜合利用技術(shù) 焦爐煤氣的綜合利用技術(shù) 摘要：我國的焦化企業(yè)每年會生產(chǎn)一千多億立方米的焦爐煤氣，其中20%左右的焦爐煤氣直接放散燃燒。為了充分、合理利用焦爐煤氣這種資源，文章列舉了焦爐煤氣發(fā)電、制取氫氣、生產(chǎn)甲醇及直接還原鐵四種應(yīng)用技術(shù)進行分析，指出焦爐煤氣的綜合利用是發(fā)展的必然趨勢。 關(guān)鍵詞：焦爐煤氣；綜合利用；能源 中圖分類號：TQ 542 文獻標識碼：A 文章編號： The Comprehensive Utilization Technology of Coke Oven Gas Abstract：Our country's coked enterprise will produce more than 1000 hundred million cubic meters coke gas every year, 20% about coke gas will diffuse the combustion directly. For full, reasonable use coke gas this resources, the article enumerated the coke gas electricity generation, the system to take the hydrogen, the production methyl alcohol and the direct reduced iron four kind of applied technology carries on the analysis, pointed out that the coke gas the comprehensive utilization was the development inevitable trend. Key words：Coke gas; Comprehensive utilization; Energy 我國是世界鋼鐵大國之一，焦炭的產(chǎn)量也位居世界前列，且一直呈增長趨勢，2000 年的焦炭產(chǎn)量為1.22 億t，2006 年焦炭產(chǎn)量為2.33 億t，到2009 年增長到了3.53 億t。在生產(chǎn)焦炭的同時會產(chǎn)生大量焦爐煤氣，如果按照生產(chǎn)1 t 焦炭產(chǎn)生430 m3 焦爐煤氣計算， 2009 年我國全年焦爐煤氣發(fā)生量可達1517.9億m3，其中70%左右的焦爐煤氣用于企業(yè)自用、商用及城市居民用氣，剩余的焦爐煤氣則直接燃燒放散到大氣中，不僅造成了能源浪費，而且污染了周邊環(huán)境。據(jù)專家計算，我國每年燃燒放散到大氣中的焦爐煤氣量，相當(dāng)于國家“西氣東輸”設(shè)計年輸氣量的兩倍以上【1】。因此，焦爐煤氣的回收利用對實現(xiàn)我國資源的循環(huán)利用和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。 1 焦爐煤氣的組成 煙煤隔絕空氣加熱到950~1050℃，經(jīng)過干燥、熱解、熔融、黏結(jié)、固化、收縮等過程最終制得焦炭，這一過程叫高溫?zé)捊�。煉焦除了可以得到固體產(chǎn)品---焦炭外，還可以得到液體產(chǎn)品---焦油，氣體產(chǎn)品---荒煤氣（也稱粗煤氣）�；拿簹饨�(jīng)過電捕焦油器脫除焦油、濕法脫硫、酸洗脫氨、洗油脫苯后成為凈焦爐煤氣。凈煤氣的組成如表1-1所示【2】。 表1 凈焦爐煤氣的組成 名稱組成/% （H2）、（CH4）、（CO）、（N2）、（CO2）、（C n H m）、（O2） 干煤氣54~59 24~28 5.5~7 3~5 1~3 2~3 0.3~0.7 2 焦爐煤氣的利用 2.1發(fā)電 焦爐煤氣屬于中熱值煤氣，其低發(fā)熱值為17~19MJ/m3。常見的焦爐煤氣發(fā)電方式有蒸汽輪機發(fā)電、燃氣輪機發(fā)電和內(nèi)燃機發(fā)電三種【3】。 蒸汽輪機發(fā)電是鍋爐直接燃燒焦爐煤氣生產(chǎn)蒸汽，利用蒸汽輪機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。蒸汽輪機發(fā)電是一種傳統(tǒng)的煤氣發(fā)電技術(shù)，效率較低，但單機功率較大，適合建立大規(guī)模的燃氣電站。 燃氣輪機發(fā)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(zhuǎn)做功來驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。燃氣輪機發(fā)電，設(shè)備在性能及可靠性方面較差，發(fā)電效率不超過30%，采用燃氣和蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電時，發(fā)電效率高達45%，這是今后焦爐煤氣發(fā)電的發(fā)展趨勢。 內(nèi)燃機發(fā)電是用煤氣直接燃燒驅(qū)動燃氣輪機進行發(fā)電。其工作原理與汽車發(fā)動機相似，需要火花塞點火，由于內(nèi)燃機氣缸內(nèi)的核心區(qū)域工作溫度可以達到1 400℃，使其效率大大超過了蒸汽輪機和燃氣輪機。燃氣內(nèi)燃機的發(fā)電效率為30％～40％，一般可以達到35％。國內(nèi)焦爐煤氣內(nèi)燃發(fā)電機組單機功率一般在500～2000 kW，該種發(fā)電方式單機功率相對小，建站靈活，為目前國內(nèi)焦爐煤氣發(fā)電采用的主要方式。 2.2生產(chǎn)甲醇 當(dāng)今，甲醇已成為十分重要的有機化工原料之一，甲醇的深加工產(chǎn)品已達120余種。隨著能源結(jié)構(gòu)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(chǎn)業(yè)之一。 焦爐煤氣組分本身含有甲烷24%~28%，簡單的轉(zhuǎn)化就可以滿足甲醇合成氣的比例要求。數(shù)據(jù)表明，2000-2200m3焦爐煤氣可生產(chǎn)1t甲醇。通過對我國特定地區(qū)相同規(guī)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(fā)現(xiàn)，焦爐煤氣制甲醇具有明顯優(yōu)勢。以年產(chǎn)20萬噸甲醇為例，三種原料的比較如表1-2所示。 表2 不同原料合成甲醇的比較 原料類別煤天然氣焦爐煤氣 消耗 1.5 t/t 1000m3/t 2040m3/t 單價360元/t 0.7元/tm30.12元/tm3原料成本540元/t 700元/t 244.8元/t 完全成本1100元/t 1000元/t 800元/t 投資 6.0億元 4.0億元 4.5億元 觀察表1可以發(fā)現(xiàn)，焦爐煤氣中除含有一定量的H2、CO、CO2外，還含有近30%的烴類氣體（主要是CH4），而這些烴類氣體只有通過轉(zhuǎn)化才能用于合成甲醇。目前，焦爐煤氣甲烷轉(zhuǎn)化工藝主要有催化氧化轉(zhuǎn)化法、非催化轉(zhuǎn)化法、蒸汽轉(zhuǎn)化法三種。由于催化氧化轉(zhuǎn)化法流程短，投資低，目前國內(nèi)常用，焦爐煤氣制甲醇的工藝流程如圖1所示【4】。
圖1 焦爐煤氣純氧催化轉(zhuǎn)化法制甲醇工藝流程圖 2.3生產(chǎn)氫 由表1可知，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。采用變壓吸附技術(shù)(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、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(dāng)于電解水成本的1/3～1/4【5】。也可以將焦爐煤氣重整轉(zhuǎn)化為合成一氧化碳和氫氣，再通過水煤氣變換反應(yīng)將焦爐煤氣轉(zhuǎn)化成為氫氣。 氫氣既可以作為能源，廣泛應(yīng)用于航天、汽車制造等行業(yè)，又可以作為化工原料，用于石油化工加氫裂解、生產(chǎn)雙氧水、合成氨等化工生產(chǎn)過程。目前，國內(nèi)石家莊焦化廠就有10萬t/a的過氧化氫生產(chǎn)線。 2.4直接還原鐵 直接還原鐵(DRI-Direct Reduced Iron)又叫海綿鐵，是精鐵粉或氧化鐵在爐內(nèi)經(jīng)低溫還原形成的低碳多孔狀物質(zhì)，其化學(xué)成分穩(wěn)定，雜質(zhì)含量少，主要用作電爐煉鋼的原料，也可作為轉(zhuǎn)爐煉鋼的冷卻劑，如果經(jīng)二次還原還可供粉末冶金用。 直接還原鐵的生產(chǎn)工藝有煤基和氣基兩大類，目前工業(yè)上大多采用的是氣基法。氣基法使用的還原劑主要是天然氣。天然氣經(jīng)重整后，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(chǎn)成本不斷升高，而焦爐煤氣中H2和CH4的體積分數(shù)分別為54%~59%和24%~28% ，熱裂解后即可得到廉價的還原性氣體(φ(H2 CO) >90% )。用焦爐煤氣替代天然氣生產(chǎn)DR I，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(jīng)成為當(dāng)前科研工作者們的研究焦點。 3 結(jié)語 焦爐煤氣的綜合利用前景十分廣闊，從焦爐煤氣中提煉出的數(shù)百種化工產(chǎn)品，不但延長了煉焦綜合利用的產(chǎn)業(yè)鏈，還將焦爐煤氣轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)品。但是，焦爐煤氣的深度凈化以及化工產(chǎn)品的提取、回收、利用等都涉及到了資金的投入，直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此新建工程必須先進行經(jīng)濟分析，采用的有效工藝流程，得到理想的經(jīng)濟收益。 參考文獻 [1]姚維學(xué)，付再華，劉同飛等．焦爐煤氣的綜合利用[J]．河北化工，2009，32(12)：34-36． [2]何建平主編．煉焦化學(xué)產(chǎn)品回收與加工[M]．化學(xué)工業(yè)出版社，2005． [3]張建雋．剩余焦爐煤氣利用途徑[J]．河北化工，2009，32(6)：25-27． [4]李克兵，陳�。範t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣綜合利用新技術(shù)[J]．化工進展，2010，29：325-327． [5]王瑾輝．變壓吸附制氫技術(shù)在邯鋼冷軋工程中的應(yīng)用[J]．冶金動力，2006，(1)：53-56．
河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�在國內(nèi)有10余條焦爐尾氣回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線業(yè)績，處理量有200-600噸石灰、鋁礬土、鐵礦每天產(chǎn)能，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格從φ2.0---φ4.0米，長度40米--60米的。在國內(nèi)安鋼、舞鋼、日照鋼鐵、唐山、邯鄲、成都、有大量成功案例，可技術(shù)轉(zhuǎn)讓，可出售設(shè)備，產(chǎn)品。 河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�專業(yè)致力于資源再利用、石灰、鋁礬土等行業(yè)，生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)率可提高10%以上，產(chǎn)量提高5%～10%，能耗降低20%左右，產(chǎn)能達到50-500t/d，更加節(jié)能環(huán)保。如有需求，可直接咨詢18637113703(微信同號)，華冠環(huán)保科技公司為您竭誠服務(wù)，隨時歡迎前來參觀!
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