李敦迎焦炉煤气制取LNG工艺与技术

废热锅炉
换热器
中压蒸汽
脱盐水
合成工段
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预冷净化
尾气
深冷分离
液化工段
LNG
三、项目主要建设内容
1、压缩工段，主要设备有：气柜、螺杆压缩机、往复式压 缩机、脱油脱萘塔、粗脱硫塔等； 2、脱硫工段，主要设备有：加热炉、预加氢转化器、一 级加氢转化器、中温脱硫槽、二级加氢转化器、氧化锌脱 硫槽等； 3、甲烷合成工段，主要设备有：循环压缩机、开工电加 热器、绝热 式反应器、精脱硫塔、增湿塔、废热锅炉、 中压气包、固定管板换热器等； 4、液化工段，主要设备有：冷箱、制冷剂压缩机、汽化 器、干燥器、脱水塔、制冷剂缓冲罐、制冷剂分液罐、分 水罐、乙烯储罐、丙烷储罐、异戊烷储罐、板式换热器等； 5、LNG储罐及灌装，主要设备有:LNG储罐、LNG泵、装 车充装台等；
主要设备有原料气预处理装置、原料气压缩机组、 原料气净化装置、膜提氢装置、液化冷箱、氮气压缩 机、膨胀机、LNG储罐、公用工程及其全厂控制系统。
工艺流程简介
焦炉煤气经加压粗脱硫后进入预处理过程，在此除掉煤气 中的苯、萘及焦油等杂质后，压缩至较高压力后进入水解 脱硫工序，经水解脱除硫化氢，并利用N-甲基二乙醇胺 （MDEA）溶液除掉二氧化碳等酸性气体后，经吸附过程 脱掉残余硫化物、汞、水分、高碳(C5以上化合物）即可进 入膜分离装置。经过膜分离装置的焦炉煤气组分主要为甲 烷、还有少量H2、N2、CO。经过膜分离装置得到的焦炉 煤气降温至－170℃后，进入低温精馏塔，液态甲烷将在精 馏塔底部排出，装入液态甲烷槽车。H2、N2、CO等将从 精馏塔顶部抽出，复热后送蒸汽锅炉燃烧以产生动力用蒸 汽。整个系统的绝大多数冷量由一个闭式氮气膨胀制冷循 环或氮气甲烷混合物膨胀制冷循环提供。
工业化实例七
云南省曲靖市麒麟气体能源有限公司8500Nm3/h焦炉 煤气制液化天然气（LNG）项目也已建成，该项目以 越钢集团的焦炉煤气和高炉煤气为原料，经过脱硫、 压缩及净化、甲烷化、深冷四个部分生产合格的液化 天然气（LNG），项目已进行了前期试车，正处于调 试阶段。
1、高纯度的液化天然气是无色、无味的透明液体。 2、1标准立方米的天然气热质约为9300千卡。 3、1吨LNG可产生1350标准立方米的天然气，可发电8300
度。 4、燃点较高—自燃温度约为590℃ 燃烧范围较窄— 5% ~ 15% 轻于空气、易于扩散！
技术路线
焦炉煤气成分复杂，除去少量焦油、苯、萘、硫化物 等杂质外，其中CH4、CO、CO2、CmHn体积分数近 40%，H2含量高达55~60%，此外还有少量N2和O2。 由此焦炉煤气制天然气可采用直接分离提纯甲烷或甲 烷化合成天然气两种技术路线。一般而言，焦炉煤气 甲烷化合成天然气工艺更适合国内独立焦化企业。项 目终端产品可选择液化天然气LNG或者压缩天然气 CNG，销售半径大，经济效益高。
很高兴能和大家共同学习探 讨焦炉煤气制取LNG
工艺技术
焦炉煤气制取LNG 工艺与技术
李敦迎 2013年11月21日
前言
中国的独立焦化企业每年副产焦炉煤气约 900亿m3，除了回炉加热自用，工业用燃料、 发电及放散等之外，目前对焦炉煤气的综合利 用主要是制作工业原料甲醇。因为国内甲醇产 能过剩，该项目经济效益并不乐观。故近些年 焦炉煤气制天然气（管输天然气、压缩天然气 CNG、液化天然气LNG）备受关注，该技术能 量利用效率高，工艺流程简单，市场前景看好， 正逐渐成为焦炉煤气综合利用的具有较强竞争 力的新领域之一。
第二部分：甲烷化工艺路线
一、工艺流程
焦炉气生产液化天然气是以焦化厂副产的焦炉煤气为 原料，采用甲烷合成工艺技术生产SNG，SNG经深冷液化 成LNG 。典型的焦炉煤气组成如下：
组成 V%
CH4 26.3
H2 57.1
CO CO2 N2
O2 C2H6 C2H4
∑Байду номын сангаас
7.7 2.7 3.2 0.5 0.75 1.75 100
液化天然气的特点：
天然气主要以甲烷（CH4）为主。液化天然气LNG是天然气 经过预处理，脱除重质烃、硫化物、二氧化碳、水等杂质 后，在常压下深冷到－162℃液化制成，液化天然气是天 然气以液态的形式存在，其体积仅为气态时的1/625。天 然气液化后可以大大节约储运空间和成本，运输方式更为 灵活，而且提高了燃烧性能。
（b）高温下不易结碳； （c）活性高，使用寿命长；
（d）耐热性能好，高温下强度好；
甲烷化工艺的优势
1、替脱碳装置。由于制取液化天然气（LNG）进行的低 温分离必须把CO2脱至100×10－6，压缩天然气（CNG） 的国家标准CO2小于3％。而通过甲烷化工艺可以达到上 述要求，不需另加脱碳装置。 2、可以提高CH4产量。由于甲烷化把CO、CO2变成了 CH4，可增加CH4的含量约1/3。 3、可使分离过程简化。焦炉气中有H2、CO、CO2、N2、 CH4、CnHm等成分，甲烷化后仅剩H2、CH4、N2三个成 分，可使分离过程简化、分离效率提高。 4、可使处理气量大大减少。增加了甲烷含量及使分离过 程简化、分离效率提高，生产同样的甲烷其处理气量仅为 非甲烷化流程的一半甚至更低，减少了能耗。
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三、项目主要建设内容
6、变配电站 7、循环水系统 8、动力站（包括制氮、仪表空气、冷水） 9、供热站（包括脱盐水、锅炉） 11、消防系统（包括消防水、泡沫站） 12、中央分析化验室 13、监控中心 14、火炬 16、综合楼（包括倒班宿舍） 17、地磅 18、门卫
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甲烷化催化剂的成果
甲烷化催化剂具有如下特点： （a）甲烷化反应温度为250℃～600℃；
工业化实例一
2010年7月大连凯特利和山东焦化集团、成都五环新锐 公司合作，在山东铁雄焦化完成了焦炉煤气甲烷化 1000h工艺试验（见图2），该试验规模为5000Nm3/d 焦炉煤气量，采用净化-甲烷化-变压吸附工艺流程， 其中甲烷化为多段绝热固定床工艺；试验达到了预期 结果，并通过了山东省科技厅的省级鉴定（鲁科成鉴 字2010第511号）。
关键技术
在焦炉煤气生产LNG联产氢气的工艺中，关键技术就 是将焦炉煤气中的一氧化碳、氮气等和甲烷分离，而 在这方面中国科学院理化技术研究所低温技术组已经 有了成熟的经验，先后完成了小型天然气液化试验装 置、中国第一套15×105 m3 /d 的LNG装置（现在运行指 标优于同等规模进口装置）、2007年晋城含氧煤层气 液化装置（4300m3/d)一次开车成功。
和甲醇的耗电量分别为0.75kWh/Nm3， 0.97kWh/Nm3，0.52 kWh/Nm3。
煤化工及发电的利用方式上，总投资差异较大。按日 处理100万Nm3焦炉煤气的工厂装置设计，发电厂的投 资约1.5亿元，合成氨工厂约5.5亿元，尿素工厂约8亿 元，甲醇工厂约6亿元。而LNG联合产氢工厂约为3.5 亿元。
工业化实例三
西南化工研究设计院在2009年在四川邛崃化肥厂顺利 开展了焦炉气甲烷化制合成天然气（SNG）中试并通 过考核。中试装置连续开车运行1000小时以上，各项 技术指标均达到设计值。该试验甲烷化工艺采用绝热 多段固定床循环工艺，于2010年5月通过了四川省科技 厅的鉴定。
工业化实例四
典型工艺流程图
第一部分 净化、分离、液化工艺线路
焦炉煤气生产LNG联产氢气工艺路线
工艺流程装置
焦炉煤气综合利用制取LNG工艺装置由焦炉煤气 升压粗脱硫、脱苯、脱萘及焦油、有机硫水解催化转 化、脱二氧化碳、精脱硫、脱水、膜分离脱氢、预冷、 液化精馏、LNG储运、氮气循环制冷系统、氢气回收 利用和公用工程等单元组成。
焦炉煤气
焦炉煤气，是指用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦 炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时 所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品。
吨焦炭产生的焦炉气约400Nm3，吨焦炭最低可外排 （放散或“点天灯” 空燃）焦炉煤气约200Nm3。
焦炉煤气利用方式综合效益对比
煤化工能耗量巨大，焦炉煤气不同利用方式，能耗相 差较大，对综合效益有明显影响。LNG联合产氢的利 用方式，耗电量仅为0.24kWh/Nm3，而合成氨、尿素
（2）脱硫工段：精脱硫采用干法脱硫与加氢转化工艺脱除 焦炉气中的有机硫和无机硫，出口焦炉气总硫含量控制到0.1ppm 以下送至合成工段；
（3）合成工段：甲烷合成采用“焦炉气合成天然气预还原 催化剂及工艺”技术，使焦炉气中的CO、CO2与H2反应生成 S段N；G，出口合成气总CO2含量控制在30ppm以下直接送往液化工
由中科院理化技术研究所总承包的太工天成80×105 m3 /d焦炉煤气液化项目也进入施工阶段， 2009年5月投
产，所以在技术上已经非常成熟，在实际液化分离工 程方面也积累了大量的经验。
结论
利用焦炉煤气生产LNG是生产规模在百万吨以下的中 小型炼焦企业综合利用焦炉煤气的一个好方法，具有 相对投资小、产品市场好、风险低、能耗低、装置操 作弹性大和投资回报率高等优点。
开发规模和产品指标：
装置规模：LNG产量3000～40000Nm3/h LNG产品符合以下质量指标： CH4 ≥ 98%(vol) N2 ≤ 1-2%(vol) 不含硫、不含水和CO2 副产品富氢气可利用PSA工艺进一步提取纯氢，作为 化工原料使用。
工艺技术动向
据相关报道，国内进行过焦炉煤气甲烷化试验的公司主要 有大连凯特利催化剂工程技术有限公司（原大连普瑞特化 工科技有限公司）、西南化工研究设计院、新奥科技发展 有限公司等。
关键技术在焦炉煤气生产lng联产氢气的工艺中关键技术就是将焦炉煤气中的一氧化碳氮气等和甲烷分离而在这方面中国科学院理化技术研究所低温技术组已经有了成熟的经验先后完成了小型天然气液化试验装置中国第一套1510的lng装置现在运行指标优于同等规模进口装置2007年晋城含氧煤层气液化装置4300md焦炉煤气液化项目也进入施工阶段2009年5月投产所以在技术上已经非常成熟在实际液化分离工程方面也积累了大量的经验
（4）液化工段：采用混合制冷剂制冷液化SNG；采用低温 精馏工艺以确保在分离不凝气体时减少甲烷的带出量，提高LNG 的收率。LNG中甲烷含量大于98%，送至LNG储罐储存外待售。
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二、工艺流程图
压缩工段
焦炉气
脱硫工段
原料气压缩
脱焦油脱萘
粗脱硫
合成气压缩
精脱硫
二级加氢
中温脱硫
一级加氢
预加氢
预脱硫
合成反应器
焦炉气中含有一定量的杂质，需要对其进行净化以满 足工艺过程的要求，工艺生产装置包括压缩、脱硫、合成、 液化四个工段。全厂总工艺流程为：
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（1）压缩工段：管道输送来的焦炉煤气经气柜储存缓冲，经 螺杆压缩机加压至0.41MPaG送入脱油脱萘塔、粗脱硫塔对焦炉 气进行初步净化，而后经往复压缩机加压至2.8 MPaG送入脱硫 工段对焦炉气进行精脱硫；
新奥科技发展有限公司经过近5年联合攻关，开发成功 焦炉煤气合成天然气预还原催化剂及工艺，并完成吨 级规模的催化剂工业化试生产，为焦炉气制天然气技 术工业化应用奠定了基础。截至目前，1000Nm3/d中 试装置已累计平稳运行10000小时。2010年12月，该项 目通过河北省科技成果转化中心组织的成果鉴定。
工业化实例五
据报道，华油天然气有限公司位于内蒙古乌海市的焦 炉煤气制液化天然气项目一期工程即将于近期进行试 生产。项目采用美国康泰斯BV公司液化装置技术和丹 麦托普索公司甲烷化装置技术，每年可利用焦炉煤气 30亿立方米，生产约23万吨液化天然气；项目于2010 年5月开工建设。
工业化实例六
据了解，新汶内蒙古能源有限责任公司位于鄂尔多斯 的1.2亿m3/a焦炉煤气制液化天然气项目已基本建成， 将于近期开工试车。该项目采用压缩、净化、甲烷化、 液化流程，其中甲烷化技术由英国戴维公司提供。
工业化实例二
2011年11月，大连凯特利和太原理工、杭州林达及山西 同世达合作，在山西同世达进行焦炉煤气等温甲烷化 工业试验（见图3），该试验规模为5000Nm3/d焦炉煤 气量，杭州林达提供等温列管水冷反应器，大连凯特 利提供甲烷化催化剂，试验已取得圆满成功，并通过 了山西省科技厅的省级鉴定（晋科鉴字2011第315号）。
大连凯特利甲烷化技术来自于大连化物所，早在上世纪80 年代，大连化物所便开发了水煤气部分甲烷化制城市煤气 技术，并运行了多套示范装置。近些年，大连凯特利公司 和国内知名能源公司合作，研发甲烷化催化剂，已取得了 令人满意的实验室结果。
为验证甲烷化工艺和催化剂的稳定性和可靠性，大连凯特 利和合作者们一起进行了焦炉煤气制天然气中试试验，取 得了令人瞩目的成果。