焦炉煤气制液化天然气工艺步节选

焦炉煤气制液化天然气的工艺步骤

焦炉煤气是炼焦的副产品。其主要成分为氢气、甲烷、烃类、一氧化碳和二氧化碳,是一种良好的化工原料和高热值燃料。但其所含杂质(如各种形态硫、焦油、苯、萘、氨和氰化氢等)种类繁多，成分复杂，严重影响了其使用范围。新《环保法》及同时上岗的《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)，让煤化工行业迎来了一场前所未有的环保风暴。如何解决好焦炉煤气的综合利用，成为摆在焦化企业面前亟待解决的难题。

与此同时，天然气作为清洁能源越来越受到青睐，很多国家都将液化天然气列为首选燃料。天然气在能源供应中的比例迅速增加，尤其液化天然气正以每年约12%的速度增长，成为全球增长最迅猛的能源行业之一。

而焦炉煤气的主要成分为氢气、甲烷、烃类、一氧化碳和二氧化碳，可以通过甲烷化合成反应将焦炉煤气中的一氧化碳、二氧化碳和氢气转化为甲烷，并通过深冷液化工艺生产出高品质的液化天然气的技术成为解决焦炉煤气综合利用难题的有效途径。即可以解决焦化工业的污染问题，实现焦化工业的清洁生产，同时又可以提高焦炉煤气产品的附加值，具有化害为利、治理环境和变废为宝，创造效益的双重功效。将焦炉煤气变成液化天然气，中间要经过焦炉煤气净化、甲烷合成和天然气液化3道工序，其中每个单独工序都有一定的技术难度。而如果要以焦炉煤气为原料合成甲烷再深冷液化为液化天然气，需要3道工序串联起来作为一个系统考虑，而不是各段工艺的简单叠加，前后的衔接协调配合尤为重要。净化、甲烷合成及液化工艺技术方案如下：

焦炉煤气制液化天然气第一步：净化

焦炉煤气组成十分复杂，除常规低沸点气体组分外，还含有高沸点的大分子物质，如苯、萘、焦油等。大分子物质在吸附剂上吸附后呈毛线凝聚现象，附着能力较强，采用常压解析方法很困难。只有采用变温吸附技术才能使其从吸附剂上彻底解吸出来。脱除萘及焦油和苯系统的再生气经蒸汽加热后进入吸附塔作为再生热源。加热再生后的吸附塔用上述净化气体冷吹，冷吹后的气体送出界区。

经变温吸附装置脱除焦油、苯、萘后，净化焦炉煤气经压缩机增压后送至加氢脱硫工段。为了保证脱硫精度、延长催化剂的使用寿命，对于硫的脱除分两步进行。首先脱硫即为加氢脱硫，变温吸附后的净化焦炉煤气进入加氢脱硫工段。净化焦炉煤气经过预热换热器加热至220℃~300℃，若温度无法满足预加氢反应器反应温度，则通过开工电加热器升温以保证反应温度。升温后的焦炉煤气进入预加氢反应器。在预加氢反应器中，焦炉煤气中的氧、有机硫、烯烃等与氢气发生加氢反应，有机硫转变为无机硫。预加热反应后的焦炉煤气进入一级加氢反应器。在一级加氢反应器中，有机硫将会继续与氢气反应转变为无机硫。经过两段加氢后的焦炉煤气经氧化锌脱硫槽中脱氯剂、中温氧化锌脱除焦炉气中的氯及无机硫。脱硫后的焦炉煤气进入二级加氢反应器，最后再进入氧化锌终极脱硫槽，保证最终净化焦炉煤气中的总硫含量小于0.1ppm。

焦炉煤气制液化天然气第二步：甲烷化

在甲烷化过程中，进料中的高级烃转化为一氧化碳和氢气。一氧化碳、二氧化碳和氢气反应生成甲烷。

来自加氢脱硫装置的净化焦炉气进入一级甲烷化反应器之前需要进行预热。预热的热源来自一级甲烷化出口。一级甲烷化反应器采用喷射器利用副产蒸汽作为热源，将出口产品气循环到反应器入口，稀释反应物，以达到控制一级甲烷化升温的目的。产品气温度可达500℃以上，利用锅炉水去热并副产蒸汽后再进入二级甲烷化反应器。

在二级甲烷化反应器中，气体的温度由于反应器再次上升。因此，出后气依次进入两级预热换热器、两级锅炉给水预热器、脱盐水预热器后，分离掉部分冷凝出来的水分，再预热、进入三级甲烷化反应器。

这样获得的合成气中，氨含量较高，不能直接进入液化工段。因此先在二级工艺凝液分离罐(脱氨塔)中进行脱除。脱除氨气需要约2吨/小时的贫氨凝液。这些贫氨凝液来自后续的蒸氨塔塔釜。脱氨后的富氨凝液经过蒸氨塔汽提后，获得贫氨凝液，可用泵循环到脱氨塔重复使用，从而减少脱盐水的消耗。

焦炉煤气制液化天然气第三步：液化

液化包括压缩制冷循环系统和低温精馏系统两部分。其中制冷系统多采用混合冷剂工艺。净化原料气通过板翅式换热器换热、低温精馏实现分离液化的目的。其中甲烷采用液化天然气储罐中的液化天然气汽化后作为补充，仅开车时需要外购。开车产出液化天然气产品后依托液化天然气产品不再外购。氮气可通过液氮汽化、制氮系统制取。仅乙烯、丙烷和异戊烷需要外购。储罐区闪蒸汽进入冷箱复热到常温后，经闪蒸汽压缩机压缩增压后回到冷箱入口。

液化装置采用的混合冷剂是由氮气和从甲烷到异戊烷的烃类组成的混合物。冷剂压缩机为两段压缩，由电机或蒸汽驱动。循环混合冷剂工艺制冷的内在简单性可使操作更为便捷。

进装置的原料气经过主换热器冷却、冷凝后，进入低温分离器分离大量的氢气，再进入精馏塔精馏出氮气。塔底的液相出精馏塔返回主换热器过冷后出冷箱节流，降压去液化天然气储罐。经精馏在塔顶得到富氮尾气节流复热后出冷箱，与低温分离器出来的富氢尾气合并后送出液化界区。

从国内多套焦炉煤气制液化天然气项目的运行情况来看，焦炉煤气制液化天然气在工艺路线上是可行的、成熟的。但对于工艺技术的细节把握决定了能否保证长久安稳运行。这也就是为什么目前已经投产的10多家焦炉煤气制液化天然气项目中能够实现长周期平稳运行的企业为数不多、企业的技术指标和经济效益也相差较大的原因。