利用焦?fàn)t煤氣問題探討

【資料簡介】

一、焦?fàn)t煤氣的特點(diǎn)和利用價值
    在煉焦過程中，生產(chǎn)1t焦炭約需1.35t洗精煤，每噸洗精煤（揮發(fā)份為28％時）可產(chǎn)生327m3焦?fàn)t煤氣，焦?fàn)t煤氣的回收率一般為96％～98％。焦?fàn)t煤氣的組成為H2 55％～60％，CO 5％～8％，CH4 23％～28％，CmHn 2％～4％，苯類0.5％～1％，水分4％～5％，另有少量的N2、CO2、O2。焦?fàn)t煤氣熱值在18000～19300kJ/m3（4302～4613kcal/m3）左右。焦?fàn)t煤氣從炭化室出來經(jīng)上升管、橋管到集氣管，此處煤氣的溫度約為650～700℃。

    除應(yīng)該利用焦?fàn)t煤氣的物理熱外，根據(jù)其化學(xué)成分的特點(diǎn)：H2含量高達(dá)60％、CH4達(dá)25％，H2+CH4≈85％且雜質(zhì)少、毒性小，可作為甲醇等重要化工產(chǎn)品的原料、生產(chǎn)直接還原鐵的還原劑，而用作工業(yè)爐窯燃料是十分可惜的。

 
    我國是zui大的焦炭生產(chǎn)國，2007年我國有997家焦化企業(yè)，焦炭產(chǎn)量達(dá)33553萬t，占世界焦炭產(chǎn)量的60％，產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣量巨大，如何合理、地利用是值得探討的重大課題。

 
二、我國目前焦?fàn)t煤氣利用狀況及存在問題 

    我國的焦化企業(yè)有兩種：一種是各大鋼鐵聯(lián)合企業(yè)自建的焦化廠；另一種是煤化工企業(yè)建設(shè)的焦化廠或獨(dú)立的焦化廠。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)自建焦化廠的優(yōu)勢，除所產(chǎn)焦炭可就近用于高爐外，還可利用高爐煤氣作為焦煤干餾加熱等用途，使焦?fàn)t煤氣得以更加合理地利用。

 
    目前的問題是替換出來的焦?fàn)t煤氣仍作為燃料使用，一般是和高爐煤氣混合為具有較高熱值的混合煤氣供加熱爐、熱處理爐等工業(yè)爐窯使用或單獨(dú)用作各種烘烤設(shè)施的燃料。由于氫和甲烷含量高，焦?fàn)t煤氣是很好的化工原料和還原劑，它與高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣（主要含CO）有很大區(qū)別，將焦?fàn)t煤氣作為燃料利用是不合理的。

 
    過去在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中將焦?fàn)t煤氣用作燃料是有技術(shù)原因的，因?yàn)楦郀t煤氣發(fā)熱值低（含大量N2和CO2，CO在30％以下），一般冶煉制鋼生鐵時發(fā)熱值為2850～3320kJ/m3（682～770kcal/m3），冶煉鑄造生鐵時發(fā)熱值為3550～4200kJ/m3（837～1004kcal/m3），需要和高熱值的焦?fàn)t煤氣混合成1800kcal/m3左右的混合煤氣用作工業(yè)爐窯的燃料，才能達(dá)到所需的燃燒溫度。近年來，由于蓄熱式雙預(yù)熱技術(shù)（空氣、煤氣雙預(yù)熱）的發(fā)展，鋼鐵廠各種工業(yè)爐窯均可單獨(dú)采用高爐煤氣作為燃料，烘烤設(shè)施可用毒性較小的轉(zhuǎn)爐煤氣加熱，這就為鋼鐵廠焦?fàn)t煤氣的利用創(chuàng)造了必要的條件。

    煤化工企業(yè)或獨(dú)立焦化廠由于沒有高爐煤氣可利用，需用自產(chǎn)煤氣作為干餾加熱、苯蒸餾和焦油蒸餾用燃料，可供其他方面使用的僅占50％左右，雖然可用部分一般用于制取甲醇或化肥等，但總的來說也不盡合理。

    兩類焦化廠存在的共同問題是焦?fàn)t煤氣的物理熱均未得到利用。

三、利用焦?fàn)t煤氣的發(fā)展前景 

1. 利用焦?fàn)t煤氣制造甲醇及其他化工產(chǎn)品 
    焦?fàn)t煤氣中含有50％以上的氫氣，只需將焦?fàn)t煤氣中的甲烷轉(zhuǎn)化成一定比例的H2及CO，即可大體滿足合成甲醇所需的氣體比例要求。 
    甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)式為：
    CH4+O2→CO2+2H2    （1）  
    CH4+H2O→CO+3H2    （2）` 
    CH4+CO2→2CO+2H2   （3）  
    甲醇合成反應(yīng)式為：
    CO+2H2→CH3OH      （4） 
    CO2+3H2→CH3OH+H2O （5）

    2004年我國云南曲靖天為焦?fàn)t制供氣有限公司成為我國*家用焦?fàn)t煤氣制甲醇的公司，隨后有16家企業(yè)陸續(xù)投產(chǎn)，總產(chǎn)能達(dá)210萬t/a；目前處于建設(shè)和設(shè)計(jì)階段的裝置還有20多套，產(chǎn)能約230萬t/a，預(yù)計(jì)到2010年，我國焦?fàn)t煤氣制甲醇能力將達(dá)到400～500萬t/a。

 
    在短短幾年內(nèi)，這項(xiàng)技術(shù)之所以能得到如此迅速的發(fā)展，一是有成本優(yōu)勢，焦?fàn)t煤氣制甲醇成本大概在1300～1400元/t左右，比煤制甲醇成本低200～400元/t，以我國現(xiàn)有條件用天然氣制甲醇成本又將比煤制甲醇成本高35％左右；二是甲醇使用范圍廣、需求量大，如高配比甲醇汽油市場正在擴(kuò)大，甲醇制二甲醚、烯烴、丙烴等產(chǎn)業(yè)正在發(fā)展，用甲醇制汽油的試驗(yàn)裝置在2009年內(nèi)即可投產(chǎn)，據(jù)測算10萬t甲醇可轉(zhuǎn)制成4萬t汽油；三是市場對甲醇需求量大。

    目前，我國焦?fàn)t煤氣制甲醇行業(yè)還限于非鋼鐵聯(lián)合企業(yè)焦化廠，在各鋼鐵企業(yè)中焦?fàn)t煤氣均用作燃料，還沒有用來制甲醇的先例，這是很可惜的事，加之鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣均含有豐富的CO和CO2，可作為焦?fàn)t煤氣制甲醇工藝中甲烷的轉(zhuǎn)化劑。因此，利用鋼鐵企業(yè)中焦?fàn)t煤氣的問題應(yīng)提到日程上來。

 2. 利用焦?fàn)t煤氣作直接還原煉鐵裝置的還原劑

    直接還原鐵是電爐煉鋼的重要原料，不僅可以代替廢鋼作為鐵料，并因其不像回收廢鋼含有害雜質(zhì)，即使主要利用廢鋼作原料的電爐摻入一定數(shù)量的直接還原鐵，也可以減小回收廢鋼中有害雜質(zhì)帶來的危害，有利于冶煉鋼。此外，直接還原鐵也可用作轉(zhuǎn)爐煉鋼冷卻劑。

  
    由于我國缺乏天然氣資源，在目前技術(shù)條件下，氣基直接還原煉鐵裝置產(chǎn)量小，成本高，質(zhì)量差，我國至今還沒有大規(guī)模生產(chǎn)直接還原鐵的工廠，用焦?fàn)t煤氣制直接還原鐵將為我國直接還原鐵生產(chǎn)提供新的途徑。

    直接還原鐵裝置對還原氣體的要求為H2+CO要大于90％，Midrex裝置入爐還原氣H2/CO為1.6，HYLⅢ型裝置入爐還原氣H2/CO為5.7，H2含量都高于CO，焦?fàn)t煤氣經(jīng)重整后可以達(dá)到這些要求。

 
 四、幾點(diǎn)建議

    1. 焦?fàn)t煤氣H2及CH4含量高，用作燃料不合理。新建鋼鐵聯(lián)合企業(yè)時應(yīng)考慮利用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)甲醇或其他化工產(chǎn)品，也可用于生產(chǎn)直接還原鐵?，F(xiàn)有鋼鐵企業(yè)已建成混合煤氣工業(yè)爐窯及自備發(fā)電廠等，需根據(jù)具體情況逐步使焦?fàn)t煤氣的利用化。

 
    2. 由于焦煤資源在范圍內(nèi)均缺乏，因此，應(yīng)適當(dāng)限制以焦煤作原料的煤化工廠的建設(shè)，并限制焦煤及焦炭出口。

    3. 我國國內(nèi)還沒有建成氣基直接還原鐵工廠，而寶鋼集團(tuán)浦鋼公司在羅涇已建成1臺C-3000 COREX裝置，COREX爐煤氣經(jīng)重整后，亦可作為直接還原鐵裝置還原劑，建議在羅涇建設(shè)氣基直接還原鐵裝置，不要再將COREX爐煤氣作燃料使用。

 
    4. 在國內(nèi)選擇適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)建設(shè)一套利用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵的裝置以獲取經(jīng)驗(yàn)。