焦炉气甲烷化制天然气技术简介-2013.4
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焦炉气制天然气主要的业绩
z 目前，西南化工研究设计院转让了6套焦炉煤气制天然气的专利技 术，并为这些公司进行设计，并且预计在2013年8月有焦炉气制 液化天然气项目投产。
z 新疆金辉兆丰有限公司38000 Nm3/h焦炉煤气制液化天然气； z 山西楼东煤气化公司50000Nm3/h焦炉煤气制合成天然气； z 山西正泰煤气化有限公司30000 Nm3/h焦炉煤气制合成天然气； z 山西安泰集团股份有限公司56250Nm3/h焦炉煤气制液化天然气； z 河北裕泰有限公司30000 Nm3/h焦炉煤气制压缩天然气； z 山西襄矿集团恒通新能源有限公司30000 Nm3/h焦炉煤气制液化
西南化工研究设计院
2.2 物理分离工艺流程制液化天然气
2013/4/16
西南化工研究设计院
2.2 甲烷化工艺流程制液化天然气
西南化工研究设计院
2013/4/16
2.3 甲烷化工艺的优势
z 与物理分离流程比，可省去脱碳装置： LNG低温分离要 求CO2≤ 50×10-6，采用甲烷化工艺，可以达到上述要 求，不需另加脱碳装置。
单位成本 (元/kNm3 LNG)
备注
1005.0 117.3
焦炉气处理量为 37500Nm3/h
532.7 12.9 4.8
450
-160.1 -54.7 1907.9 35820 13039
价格按热值折算 产量14925Nm3/h
西南化工研究设计院
2013/4/16
5结 论
z 焦炉气甲烷化制天然气技术相对比较成熟，实施的技术风险较小 。
中低含量的CO和CO2，使用温度低于450℃ 。 z 若焦炉气甲烷化采用该工艺，因甲烷化炉的出口温度将达到
650℃ 左右，因此对反应器的材质要求较高，投资较高，但 不需要循环压缩机。
西南化工研究设计院
2013/4/16
3 西南院甲烷化技术 推荐工艺－部分循环外移热甲烷化工艺
z 甲烷化反应气在回收了热量并分离掉游离水后，部分气体气相 通过循环压缩机升压后，与新鲜原料气混合，再回到反应器的 入口。这种工艺适合于中、大型工业装置上采用。
优点：反应温升不剧烈，流程相对简单，控制相对平稳，反应器 结构简单、无须采用特殊材质、投资相对较省、易于放大。
缺点：催化剂装填量有一定程度的增加，且需设置循环气压缩 机，会增加一定的动力消耗。
西南化工研究设计院
相似类型装置业绩
我院开发国内首套焦炉气提氢装置 1990年 武汉钢铁公司
西南化工研究设计院
净化
工 艺 流 程简图
甲烷化
PFra Baidu bibliotekA
SNG
深冷
进入管网 CNG LNG
CO
焦炉气
6.9
直接甲烷化
补CO2甲烷化
CO2 3
0.83
西南化工研究设计院
气体组成（v/v,%）
H2 59 32.33
CH4 25 62.62
N2 3.2 5.05
2.35
90.31
6.5
O2
CnHm
0.5
2.4
2.2 焦炉气制液化天然气技术现状
年
天然气消费与生产量
500
500
0
0
2007 2010 2013 2016 2019 2022 2025
年
国务院发展研究中心预测天 然气消费与生产量
2012年，天然气进口量（含液化天然气）为425亿立方米，同比增长31.1%，我国 天然气对外依存度达28.9%，
西南化工研究设计院
亿标 方 亿标 方
2013/4/16
西南化工研究设计院
天然气；
西南化工研究设计院
焦炉气甲烷化制23.8万吨/年液化天然气项目签约
西南化工研究设计院
2013/4/16
焦炉气甲烷化制液化天然气项目签约
西南化工研究设计院
焦炉气甲烷化制天然气项目设计审查会
西南化工研究设计院
2013/4/16
焦炉气甲烷化制天然气项目初步设计审查会
西南化工研究设计院
西南化工研究设计院
西南化工研究设计院
1.1 焦炉气利用现状---焦炉气概况
焦炉气的典型组成及杂质
组成
H2 CH4 CO CO2 CnHm N2
O2
含 量/v% 54~59 20~26 5.5~8 1~3 2~3 3~5 0.3~0.7
萘
焦油
mg/Nm3 mg/Nm3
300
30~100
总S
HCN
NH3
苯
mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3
z 结合本地情况，选择焦炉气制合成天然气、压缩天然气或液化天 然气。
z 焦炉气制天然气项目符合国家产业政策，是节能减排项目。 z 综合焦炉气利用的技术成熟性和生产成本等考虑，建议采用焦炉
气甲烷化制天然气，技术风险较少，经济效益更好。
西南化工研究设计院
谢谢
电话:13980905605 Email:zhangxb@swrchem.com
西南化工研究设计院
西南化工研究设计院
2013/4/16
3 西南院甲烷化技术
研发历程
开发了具有自主知识产权的焦炉气甲烷化制 合成天然气工艺流程与专用甲烷化催化剂。
z 2006年：立项探索试验 z 2007年：小试和催化剂研制 z 2008年：催化剂扩大制备和模试 z 2009年：中试 z 2009年12月：通过中国昊华的评议 z 2010年5月：通过四川省科技厅组织的鉴定
2013/4/16
焦炉气甲烷化制合成天然气项目奠基仪式
西南化工研究设计院
西南化工研究设计院
2013/4/16
新疆金晖兆丰焦化有限公司38000Nm3/h焦炉气制液化天然气
西南化工研究设计院
西南化工研究设计院
2013/4/16
4 经济效益分析
序号
消耗名称
一
原材料
(1)
焦炉煤气
(2)
催化剂、脱硫剂等
2013/4/16
焦炉气甲烷化制天然气 技术简介
报告人：张新波
西南化工研究设计院有限公司 工业排放气综合利用国家重点实验室
成都·2013年4月
西南化工研究设计院
目录
1、焦炉气利用概况 2、焦炉气制天然气技术现状 3、西南院甲烷化技术及及相关业绩 4、经济效益分析 5、小结
西南化工研究设计院
2013/4/16
优点：反应可以控制在最佳的温度范围内进行、反应床层的温度梯 度小，因而催化剂装填量较小；
缺点：反应器结构较为复杂、反应管材质为特殊不锈钢，造价较 高；反应器移走热量的冷媒循环系统之外，还需要另外设置回收 反应热的热回收系统。
西南化工研究设计院
3 西南院甲烷化技术
无循环绝热甲烷化工艺 z 广泛用在合成氨等工业装置中，通过甲烷化反应脱除工艺气
2.2 焦炉气制天然气优势—环保
z 与相等热值汽油相比：CNG汽车碳氢化合物减少 72%，NOx减少39%，CO减少24%，SO2减少90%以上
z 与相等热值的煤炭燃烧相比：天然气燃烧排放的 颗粒物是煤炭燃烧的1/616， SO2 是燃煤的 1/120， CO 是燃煤的1/132
西南化工研究设计院
2.3 焦炉煤气制天然气预测—价格
z 按热值当量测算，国内天然气井口价格与原油价格比在 0.24～0.4:1，而发达国家天然气与原油比价通常在 0.6:1，有50%以上的上调空间。国家发展改革委发出通 知，决定自2010年6月1日零时起将国产陆上天然气出厂基 准价格由每千立方米925元提高到1155元，每千立方米提高
230元，提价幅度为24.9%。同时改进天然气价格管理办
z 提高CH4产量：总碳利用率≥98%，增产约1/3。 z 简化分离过程，提高分离效率：甲烷化后气体组成主要
为H2、CH4、N2三个组分。 z 减少净化分离工序处理气量：CO、 CO2与H2的体积缩小
反应，使处理气量降低37.5%左右。 z 加工成本低：能量利用率高，1.56元/Nm3→0.80元/Nm3 。
法，理顺车用天然气与成品油之间比价关系。 z 按照西气东输二线与国际油价挂钩的定价公式，当国国石
油为80美元/桶时，中亚天然气在霍尔果斯的边境完税价格 为2.20元/立方米。
西南化工研究设计院
2013/4/16
焦炉气制天然气优势 —价格
车用CNG、LNG优势
z 环保优势：据资料研究显示，与汽油车相比， CNG、LNG汽车可减排二氧化硫90%、碳氢化合 物72%、氮氧化物39%、粉尘100%。
2013/4/16
焦炉气提氢装置 （山西三维 15000Nm3/h 焦炉气 2008年）
西南化工研究设计院
20万吨/年焦炉气制甲醇装置（河北）
西南化工研究设计院
2013/4/16
焦炉气配转炉气制甲醇装置（四川达钢）
西南化工研究设计院
30万吨/年焦炉气制甲醇装置（全球最大）
西南化工研究设计院
2013/4/16
z (1)物理分离工艺流程：以深冷分离液化为核心，采用
联合净化工艺脱除焦炉气中的硫、苯、萘、焦油、CO2、水 等杂质，后进入分离提取氢气，提氢后富甲烷气体进入液 化精馏单元，通过低温精馏得到合格LNG ；
(2)甲烷化工艺流程：以甲烷化技术为核心。采用联合
净化工艺脱除焦炉气中的焦油、苯、萘、硫等杂质，后进 行甲烷化反应，最后分离出氢气，得到合成天然气。并且 压缩合成天然气可得压缩天然气。若需要制备液化天然 气，则直接增加深冷分离装置，且不需要脱碳。若焦化厂 附件有价格低廉的碳源，则可以增加CH4产量，且不需分离 工序就可以得到符合国家标准的合成天然气。
z 费用优势： 以小型汽车为例，CNG汽车与汽油
车相比每百公里大约节省燃料费60%左右。而且 CNG汽车较普通燃油汽车维护维修费用下降约 40%，发动机寿命延长2～3倍，可减少50%的机 油用量，经济效益非常明显。
西南化工研究设计院
西南化工研究设计院
2013/4/16
2.1 焦炉气制天然气工艺
焦炉气
二
公用工程
(1)
电
(2)
新鲜水
(3)
脱盐水
三
折旧、维修、财务、 人工等
四
副产品
装置尾气
饱和蒸汽
五
完全生产成本
六
年销售额/万元
七
年毛利润/万元
西南化工研究设计院
单价(含税)
0.40元/Nm3
0.5元/kWh 2.0元/t 8.00元/t 元 元
0.23元/Nm3 120元/t
LNG：3.0元/ Nm3
300~600 200 50~100 3000
西南化工研究设计院
2013/4/16
1.2 焦炉气化工利用现状
还原铁
燃料
提/制氢
发电
COG
SNG
CNG LNG
合成氨
西南化工研究设计院
甲醇
DME
1.3 焦炉气制天然气优势
一、市场 二、环保 三、价格
西南化工研究设计院
2013/4/16
2.1 焦炉气制天然气优势—市场预测
25.0% 20.0% 15.0% 10.0%
5.0% 0.0%
23.7%
5.5%
8.8%
中国
亚洲平均水平
世界平均水平
西南化工研究设计院
3.1焦炉气制天然气优势—市场
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
1650
1650
1500
1500
2007
2010
2013
西南化工研究设计院
3 西南院甲烷化技术
关于甲烷化反应工艺及催化剂的专利
z (1) 一种利用焦炉煤气制备合成天然气的方法 专利号ZL200610021836.5
z (2) 一种焦炉煤气甲烷化催化剂及其制备方法 专利号ZL200810046429.9
z (3) 一种利用焦炉煤气合成甲烷的方法（申请号200810046428.4） z (4) 一种利用焦炉气制备合成天然气的甲烷化反应工艺
2016
2019
2022
2025
3000
3000
1350
生产量
1350
2500
2500
1200
消费 量
1200
2000
2000
1050
1050
900
1500
1500
900
750
750
1000
1000
600
600
450
450
300
300
150
150
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
申请号 200910058611.0 z (5) 一种利用焦炉气制备液化天然气的方法
申请号200910310655.8 z (6) 一种利用焦炉气制备液化天然气的方法
申请号200910310615.3
西南化工研究设计院
2013/4/16
3 西南院甲烷化技术 等温甲烷化工艺
z 甲烷化反应直接在等温（典型的为列管式）反应器中进行，反应 产生的热量由冷媒及时移走。
z 目前，西南化工研究设计院转让了6套焦炉煤气制天然气的专利技 术，并为这些公司进行设计，并且预计在2013年8月有焦炉气制 液化天然气项目投产。
z 新疆金辉兆丰有限公司38000 Nm3/h焦炉煤气制液化天然气； z 山西楼东煤气化公司50000Nm3/h焦炉煤气制合成天然气； z 山西正泰煤气化有限公司30000 Nm3/h焦炉煤气制合成天然气； z 山西安泰集团股份有限公司56250Nm3/h焦炉煤气制液化天然气； z 河北裕泰有限公司30000 Nm3/h焦炉煤气制压缩天然气； z 山西襄矿集团恒通新能源有限公司30000 Nm3/h焦炉煤气制液化
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2.2 物理分离工艺流程制液化天然气
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2.2 甲烷化工艺流程制液化天然气
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2.3 甲烷化工艺的优势
z 与物理分离流程比，可省去脱碳装置： LNG低温分离要 求CO2≤ 50×10-6，采用甲烷化工艺，可以达到上述要 求，不需另加脱碳装置。
单位成本 (元/kNm3 LNG)
备注
1005.0 117.3
焦炉气处理量为 37500Nm3/h
532.7 12.9 4.8
450
-160.1 -54.7 1907.9 35820 13039
价格按热值折算 产量14925Nm3/h
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5结 论
z 焦炉气甲烷化制天然气技术相对比较成熟，实施的技术风险较小 。
中低含量的CO和CO2，使用温度低于450℃ 。 z 若焦炉气甲烷化采用该工艺，因甲烷化炉的出口温度将达到
650℃ 左右，因此对反应器的材质要求较高，投资较高，但 不需要循环压缩机。
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3 西南院甲烷化技术 推荐工艺－部分循环外移热甲烷化工艺
z 甲烷化反应气在回收了热量并分离掉游离水后，部分气体气相 通过循环压缩机升压后，与新鲜原料气混合，再回到反应器的 入口。这种工艺适合于中、大型工业装置上采用。
优点：反应温升不剧烈，流程相对简单，控制相对平稳，反应器 结构简单、无须采用特殊材质、投资相对较省、易于放大。
缺点：催化剂装填量有一定程度的增加，且需设置循环气压缩 机，会增加一定的动力消耗。
西南化工研究设计院
相似类型装置业绩
我院开发国内首套焦炉气提氢装置 1990年 武汉钢铁公司
西南化工研究设计院
净化
工 艺 流 程简图
甲烷化
PFra Baidu bibliotekA
SNG
深冷
进入管网 CNG LNG
CO
焦炉气
6.9
直接甲烷化
补CO2甲烷化
CO2 3
0.83
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气体组成（v/v,%）
H2 59 32.33
CH4 25 62.62
N2 3.2 5.05
2.35
90.31
6.5
O2
CnHm
0.5
2.4
2.2 焦炉气制液化天然气技术现状
年
天然气消费与生产量
500
500
0
0
2007 2010 2013 2016 2019 2022 2025
年
国务院发展研究中心预测天 然气消费与生产量
2012年，天然气进口量（含液化天然气）为425亿立方米，同比增长31.1%，我国 天然气对外依存度达28.9%，
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亿标 方 亿标 方
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天然气；
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焦炉气甲烷化制23.8万吨/年液化天然气项目签约
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焦炉气甲烷化制液化天然气项目签约
西南化工研究设计院
焦炉气甲烷化制天然气项目设计审查会
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焦炉气甲烷化制天然气项目初步设计审查会
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西南化工研究设计院
1.1 焦炉气利用现状---焦炉气概况
焦炉气的典型组成及杂质
组成
H2 CH4 CO CO2 CnHm N2
O2
含 量/v% 54~59 20~26 5.5~8 1~3 2~3 3~5 0.3~0.7
萘
焦油
mg/Nm3 mg/Nm3
300
30~100
总S
HCN
NH3
苯
mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3
z 结合本地情况，选择焦炉气制合成天然气、压缩天然气或液化天 然气。
z 焦炉气制天然气项目符合国家产业政策，是节能减排项目。 z 综合焦炉气利用的技术成熟性和生产成本等考虑，建议采用焦炉
气甲烷化制天然气，技术风险较少，经济效益更好。
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谢谢
电话:13980905605 Email:zhangxb@swrchem.com
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3 西南院甲烷化技术
研发历程
开发了具有自主知识产权的焦炉气甲烷化制 合成天然气工艺流程与专用甲烷化催化剂。
z 2006年：立项探索试验 z 2007年：小试和催化剂研制 z 2008年：催化剂扩大制备和模试 z 2009年：中试 z 2009年12月：通过中国昊华的评议 z 2010年5月：通过四川省科技厅组织的鉴定
2013/4/16
焦炉气甲烷化制合成天然气项目奠基仪式
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新疆金晖兆丰焦化有限公司38000Nm3/h焦炉气制液化天然气
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2013/4/16
4 经济效益分析
序号
消耗名称
一
原材料
(1)
焦炉煤气
(2)
催化剂、脱硫剂等
2013/4/16
焦炉气甲烷化制天然气 技术简介
报告人：张新波
西南化工研究设计院有限公司 工业排放气综合利用国家重点实验室
成都·2013年4月
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目录
1、焦炉气利用概况 2、焦炉气制天然气技术现状 3、西南院甲烷化技术及及相关业绩 4、经济效益分析 5、小结
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2013/4/16
优点：反应可以控制在最佳的温度范围内进行、反应床层的温度梯 度小，因而催化剂装填量较小；
缺点：反应器结构较为复杂、反应管材质为特殊不锈钢，造价较 高；反应器移走热量的冷媒循环系统之外，还需要另外设置回收 反应热的热回收系统。
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3 西南院甲烷化技术
无循环绝热甲烷化工艺 z 广泛用在合成氨等工业装置中，通过甲烷化反应脱除工艺气
2.2 焦炉气制天然气优势—环保
z 与相等热值汽油相比：CNG汽车碳氢化合物减少 72%，NOx减少39%，CO减少24%，SO2减少90%以上
z 与相等热值的煤炭燃烧相比：天然气燃烧排放的 颗粒物是煤炭燃烧的1/616， SO2 是燃煤的 1/120， CO 是燃煤的1/132
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2.3 焦炉煤气制天然气预测—价格
z 按热值当量测算，国内天然气井口价格与原油价格比在 0.24～0.4:1，而发达国家天然气与原油比价通常在 0.6:1，有50%以上的上调空间。国家发展改革委发出通 知，决定自2010年6月1日零时起将国产陆上天然气出厂基 准价格由每千立方米925元提高到1155元，每千立方米提高
230元，提价幅度为24.9%。同时改进天然气价格管理办
z 提高CH4产量：总碳利用率≥98%，增产约1/3。 z 简化分离过程，提高分离效率：甲烷化后气体组成主要
为H2、CH4、N2三个组分。 z 减少净化分离工序处理气量：CO、 CO2与H2的体积缩小
反应，使处理气量降低37.5%左右。 z 加工成本低：能量利用率高，1.56元/Nm3→0.80元/Nm3 。
法，理顺车用天然气与成品油之间比价关系。 z 按照西气东输二线与国际油价挂钩的定价公式，当国国石
油为80美元/桶时，中亚天然气在霍尔果斯的边境完税价格 为2.20元/立方米。
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焦炉气制天然气优势 —价格
车用CNG、LNG优势
z 环保优势：据资料研究显示，与汽油车相比， CNG、LNG汽车可减排二氧化硫90%、碳氢化合 物72%、氮氧化物39%、粉尘100%。
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焦炉气提氢装置 （山西三维 15000Nm3/h 焦炉气 2008年）
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20万吨/年焦炉气制甲醇装置（河北）
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焦炉气配转炉气制甲醇装置（四川达钢）
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30万吨/年焦炉气制甲醇装置（全球最大）
西南化工研究设计院
2013/4/16
z (1)物理分离工艺流程：以深冷分离液化为核心，采用
联合净化工艺脱除焦炉气中的硫、苯、萘、焦油、CO2、水 等杂质，后进入分离提取氢气，提氢后富甲烷气体进入液 化精馏单元，通过低温精馏得到合格LNG ；
(2)甲烷化工艺流程：以甲烷化技术为核心。采用联合
净化工艺脱除焦炉气中的焦油、苯、萘、硫等杂质，后进 行甲烷化反应，最后分离出氢气，得到合成天然气。并且 压缩合成天然气可得压缩天然气。若需要制备液化天然 气，则直接增加深冷分离装置，且不需要脱碳。若焦化厂 附件有价格低廉的碳源，则可以增加CH4产量，且不需分离 工序就可以得到符合国家标准的合成天然气。
z 费用优势： 以小型汽车为例，CNG汽车与汽油
车相比每百公里大约节省燃料费60%左右。而且 CNG汽车较普通燃油汽车维护维修费用下降约 40%，发动机寿命延长2～3倍，可减少50%的机 油用量，经济效益非常明显。
西南化工研究设计院
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2.1 焦炉气制天然气工艺
焦炉气
二
公用工程
(1)
电
(2)
新鲜水
(3)
脱盐水
三
折旧、维修、财务、 人工等
四
副产品
装置尾气
饱和蒸汽
五
完全生产成本
六
年销售额/万元
七
年毛利润/万元
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单价(含税)
0.40元/Nm3
0.5元/kWh 2.0元/t 8.00元/t 元 元
0.23元/Nm3 120元/t
LNG：3.0元/ Nm3
300~600 200 50~100 3000
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2013/4/16
1.2 焦炉气化工利用现状
还原铁
燃料
提/制氢
发电
COG
SNG
CNG LNG
合成氨
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甲醇
DME
1.3 焦炉气制天然气优势
一、市场 二、环保 三、价格
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2.1 焦炉气制天然气优势—市场预测
25.0% 20.0% 15.0% 10.0%
5.0% 0.0%
23.7%
5.5%
8.8%
中国
亚洲平均水平
世界平均水平
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3.1焦炉气制天然气优势—市场
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
1650
1650
1500
1500
2007
2010
2013
西南化工研究设计院
3 西南院甲烷化技术
关于甲烷化反应工艺及催化剂的专利
z (1) 一种利用焦炉煤气制备合成天然气的方法 专利号ZL200610021836.5
z (2) 一种焦炉煤气甲烷化催化剂及其制备方法 专利号ZL200810046429.9
z (3) 一种利用焦炉煤气合成甲烷的方法（申请号200810046428.4） z (4) 一种利用焦炉气制备合成天然气的甲烷化反应工艺
2016
2019
2022
2025
3000
3000
1350
生产量
1350
2500
2500
1200
消费 量
1200
2000
2000
1050
1050
900
1500
1500
900
750
750
1000
1000
600
600
450
450
300
300
150
150
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
申请号 200910058611.0 z (5) 一种利用焦炉气制备液化天然气的方法
申请号200910310655.8 z (6) 一种利用焦炉气制备液化天然气的方法
申请号200910310615.3
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3 西南院甲烷化技术 等温甲烷化工艺
z 甲烷化反应直接在等温（典型的为列管式）反应器中进行，反应 产生的热量由冷媒及时移走。