近年來, 我國(guó)對(duì)焦化行業(yè)實(shí)施“準(zhǔn)入”制度，焦?fàn)t煤氣的綜合利用成為煉焦企業(yè)生存與發(fā)展的關(guān)鍵。一些大型的煉焦企業(yè)建設(shè)了焦?fàn)t煤氣制甲醇項(xiàng)目，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為大型煉焦企業(yè)綜合利用焦?fàn)t煤氣找到了新方法。但中小焦化企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)較小，焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量少，成本優(yōu)勢(shì)不明顯，多家企業(yè)聯(lián)合又困難，影響了焦化企業(yè)對(duì)焦?fàn)t煤氣的綜合利用。
一、焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)LNG的技術(shù)特點(diǎn)
1) 可以省去甲烷轉(zhuǎn)化工序，大大節(jié)省投資成本。
2) 由于新工藝擁有獨(dú)立的循環(huán)制冷系統(tǒng)，操作彈性非常大，適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定。
3) 產(chǎn)生的氫氣可以利用氫氣鍋爐為全廠提供動(dòng)力和熱力，這方面的技術(shù)已經(jīng)非常成熟。有經(jīng)濟(jì)實(shí)力的企業(yè)還可以配套合成氨等裝置，相對(duì)投資少，效益更高。并隨著氫氣利用技術(shù)的日益發(fā)展可以生產(chǎn)液氫產(chǎn)品等。
4) 產(chǎn)品市場(chǎng)好。預(yù)計(jì)未來15年中國(guó)天然氣需求將呈爆炸式增長(zhǎng)，2010年，中國(guó)天然氣需求量將達(dá)到1000×109 m3，產(chǎn)量約800×109 m3,缺口將達(dá)到200×109 m3 ；到2020年天然氣需求量將超過2000×109 m3 ，而產(chǎn)量?jī)H有1000 ×109 m3, 50％將依賴進(jìn)口。
5) 整套方案中工藝流程短，操作簡(jiǎn)單。處理量1 ×106 m3 /d的生產(chǎn)裝置，只需要40～50操作工，非常適合中小型焦化企業(yè)對(duì)焦?fàn)t煤氣的綜合利用。
二、焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)LNG聯(lián)產(chǎn)氫氣工藝路線
液化天然氣是天然氣經(jīng)過預(yù)處理，脫除重質(zhì)烴、硫化物、二氧化碳、水等雜質(zhì)后，在常壓下深冷到－162℃液化制成，液化天然氣是天然氣以液態(tài)的形式存在，其體積僅為氣態(tài)時(shí)的1/625。天然氣液化后可以大大節(jié)約儲(chǔ)運(yùn)空間和成本，運(yùn)輸方式更為靈活，而且提高了燃燒性能。隨著低溫分離技術(shù)的發(fā)展，LNG的原料氣已經(jīng)多元化，煤層氣（礦井瓦斯）、合成氨放散氣、焦?fàn)t煤氣等富含甲烷的氣體都可以作為L(zhǎng)NG的原料。
1、工藝流程簡(jiǎn)介
焦?fàn)t煤氣綜合利用制取LNG裝置由焦?fàn)t煤氣升壓粗脫硫、脫苯、脫萘及焦油、有機(jī)硫水解催化轉(zhuǎn)化、脫二氧化碳、精脫硫、脫水、膜分離脫氫、預(yù)冷、液化精餾、LNG儲(chǔ)運(yùn)、氮?dú)庋h(huán)制冷系統(tǒng)、氫氣回收利用和公用工程等單元組成。
焦?fàn)t煤氣經(jīng)加壓粗脫硫后進(jìn)入預(yù)處理過程，在此除掉煤氣中的苯、萘及焦油等雜質(zhì)后，壓縮至較高壓力后進(jìn)入水解脫硫工序，經(jīng)水解脫除硫化氫，并利用N-甲基二乙醇胺（MDEA）溶液除掉二氧化碳等酸性氣體后，經(jīng)吸附過程脫掉殘余硫化物、汞、水分、高碳(C5以上化合物）即可進(jìn)入膜分離裝置。經(jīng)過膜分離裝置的焦?fàn)t煤氣組分主要為甲烷、還有少量H2、N2、CO。經(jīng)過膜分離裝置得到的焦?fàn)t煤氣降溫至－170℃后，進(jìn)入低溫精餾塔，液態(tài)甲烷將在精餾塔底部排出，裝入液態(tài)甲烷槽車。H2、N2、CO等將從精餾塔頂部抽出，復(fù)熱后送蒸汽鍋爐燃燒以產(chǎn)生動(dòng)力用蒸汽。整個(gè)系統(tǒng)的絕大多數(shù)冷量由一個(gè)閉式氮?dú)馀蛎浿评溲h(huán)或氮?dú)饧淄榛旌衔锱蛎浿评溲h(huán)提供。
對(duì)膜分離產(chǎn)生的高純氫氣，進(jìn)行綜合回收利用，以下方案可以選擇。
方案一：氫氣直接進(jìn)入氫氣鍋爐，產(chǎn)生蒸汽，為脫碳、脫水單元再生提供熱量，推動(dòng)蒸汽輪機(jī)，為原料氣壓縮機(jī)和循環(huán)制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)提供動(dòng)力，以及全廠供暖，從而大大降低生產(chǎn)能耗。
方案二：利用氫氣生產(chǎn)液氫產(chǎn)品，從膜分離得到的純氫壓縮后進(jìn)入PSA純化，以得到99.999％的高純氫，這部分氫作為原料氫進(jìn)入液化冷箱，首先進(jìn)入液氮槽降溫至70K，在此溫區(qū)進(jìn)行一次正仲氫轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后的氫氣進(jìn)一步被冷卻到30K后減壓進(jìn)入液氫儲(chǔ)槽，在此過程中再進(jìn)行一到兩次正仲氫的轉(zhuǎn)化。制冷系統(tǒng)采用氫作為制冷循環(huán)工質(zhì)，利用膨脹機(jī)膨脹制冷。
其他：也可以根據(jù)工廠的經(jīng)濟(jì)實(shí)力將氫作為化工原料生產(chǎn)新的化工產(chǎn)品。
2、 焦?fàn)t煤氣低溫分離生產(chǎn)LNG的優(yōu)勢(shì)
1) 運(yùn)輸成本優(yōu)勢(shì)。原來的LNG生產(chǎn)廠由于靠近天然氣氣田，而市場(chǎng)大多在內(nèi)地，所以運(yùn)輸成本不可忽視。而焦化廠大多在內(nèi)地，接近市場(chǎng)，運(yùn)輸成本將大幅降低。
2) 能耗方面優(yōu)勢(shì)，雖然原料氣中含有大量的氫氣、氮?dú)獾龋窃谝夯埃蟛糠謿錃鈱⒈惶崆懊摮?，不參加甲烷低溫分離，所以能耗不會(huì)很高，如果采用MRC制冷流程，能耗還會(huì)進(jìn)一步降低。另外，工藝中氫氣被回收利用作為大機(jī)組的動(dòng)力，不僅解決了氫氣的綜合利用, 而且大大降低了綜合能耗。
3) 原料成本優(yōu)勢(shì)。天然氣液化采用的天然氣井口價(jià)格在0.9元／m3左右，美國(guó)現(xiàn)在井口價(jià)已經(jīng)達(dá)到1.99元／m3，而焦?fàn)t煤氣的價(jià)格相對(duì)比較低，生產(chǎn)成本主要是能耗成本，所以生產(chǎn)出來的LNG在價(jià)格上也非常有競(jìng)爭(zhēng)力，即使將來LNG工廠生產(chǎn)能力變大，相對(duì)于以天然氣為原料的LNG廠也有很大的優(yōu)勢(shì)。
4) 政策方面的優(yōu)勢(shì)。國(guó)家大力支持節(jié)能減排，鼓勵(lì)企業(yè)對(duì)焦?fàn)t煤氣綜合利用。另一方面2007年8月30日國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)正式頒布《天然氣利用政策》，明確表示“禁止以大、中型氣田所產(chǎn)天然氣為原料建設(shè)液化天然氣項(xiàng)目”，限制了天然氣液化廠的建設(shè)，減少了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。
三、經(jīng)濟(jì)分析
1) 投資分析。經(jīng)過綜合的估算，建設(shè)一座LNG產(chǎn)量為10×105 m3 /d的液化分離工廠，投資大概在15000萬元左右，主要設(shè)備有原料氣預(yù)處理裝置、原料氣壓縮機(jī)組、原料氣凈化裝置、膜提氫裝置、液化冷箱、氮?dú)鈮嚎s機(jī)、膨脹機(jī)、LNG儲(chǔ)罐、公用工程及其全廠控制系統(tǒng)，氫氣回收部分由選擇的回收方案來確定。投資僅相當(dāng)于甲醇項(xiàng)目的一半。另外當(dāng)處理量較小時(shí)，可以采用往復(fù)壓縮機(jī)組，節(jié)約設(shè)備投資，但是運(yùn)行成本相對(duì)會(huì)提高。
2) 收益分析。根據(jù)含氧煤層氣液化成本核算，液化成本在1.0元／m3（如果將機(jī)組改為蒸汽輪機(jī)，液化成本還可進(jìn)一步降低），目前LNG出廠價(jià)按照2.5元／m3計(jì)算，這樣利潤(rùn)在1.5元／m3左右，年利潤(rùn)約4950萬元。收回成本時(shí)間約3年。所以焦?fàn)t煤氣綜合利用制取LNG項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上是可行的。
四、結(jié)論
在大型焦化企業(yè)興建焦?fàn)t煤氣制甲醇、化肥項(xiàng)目的同時(shí)，對(duì)于生產(chǎn)規(guī)模在百萬噸以下的中小型煉焦企業(yè)也應(yīng)該積極想辦法，提高中國(guó)煉焦企業(yè)對(duì)焦?fàn)t煤氣的綜合利用水平。利用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)LNG是中小型煉焦企業(yè)綜合利用焦?fàn)t煤氣的一個(gè)好方法，具有相對(duì)投資小、產(chǎn)品市場(chǎng)好、風(fēng)險(xiǎn)低、能耗低、裝置操作彈性大和投資回報(bào)率高等優(yōu)點(diǎn)。
