焦炉气合成天然气技术介绍

浙江海利普电子科技有限公司 武汉科林精细化工有限公司
甲烷化工艺
焦炉煤气甲烷化 是实现焦炉煤气合成天然气的核心技术， 武汉科 林在总结、吸收合成氨工艺中甲烷化脱碳工艺经验基础上，经过多年的
深入研究，开发出了具有自主知识产权的 多级循环低温甲烷化工艺 ，使 甲烷化反应在较低温度下进行。根据甲烷化反应原理，甲烷化反应为放 热反应，低温工艺利于甲烷化反应的发生，使甲烷化反应更彻底，抑制
长。 2012 年中国天然气进口总量达 425 亿立方米， 2013 年中国天然气进 口总量超过 500 亿立方米，比 2012 年增长 20% 左右，预计到 2015 年我国
天然气需求量达 2700 亿立方米，进口天然气将超过 900 亿立方米，对外依 存度达 30% ，国家面临严重能源危机。根据我国“油缺、气少、煤资源丰
机的影响，国内钢铁及焦化企业处于艰难时期，焦炉煤气综合利用成为 焦化企业抵御金融危机的关键道路，是提高焦化企业整体经济效益、实
现节能减排的重要措施和有效途径。
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技术背景
天然气 是一种高效、优质的清洁燃料。在亚洲天然气市场，受日本福
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岛核电事故影响，东北亚地区，尤其是日本与韩国，对于天然气的需求进 一步增加。中国经济发展与城市化进程推进，也驱动着天然气消费持续增
先，具有很好的社会效益和经济效益；
2013年“焦炉气甲烷化工艺及催化剂研究”成果，获武汉市科学技术进步
奖，并先后获武汉市和国家创新基金支持；
2012年 12 月本项目获得武汉市科技局、财政局联合颁发的科技立项证书，
同年本项目获得武汉市科技进步奖， 2013 年 12 月该项目又获得国家科技
局、财政局联合颁发的科技立项证书。目前我公司正与河北冀中能源井陉 矿业集团有限公司一同就“ 9.0 × 10 7 Nm ³ / 年焦炉煤气制 CNG 项目”申报河
应用单位
建滔（河北） 焦化化工有限公
应用单位
山西建滔万鑫 达化工有限责任公
应用单位
平煤集团首山 焦化厂
司
山西天浩化工 股份有限公司
司
山西建滔潞宝 化工有限责任公司
四川达州钢铁 集团有限公司
黑龙江黑化股 份有限公司
山西光大焦化 气源有限公司
云南曲靖大为 焦化有限公司
山西通洲煤焦 集团股份有限公
司 内蒙古恒坤化 工有限公司
2、采用 W109 脱萘剂配套 TSA 变温 变压吸附工艺脱除 焦炉煤气中 的苯、萘 及焦油，吸附剂可 循环再生使用，有 效降低生产成本。 彻底解决 因焦炉气原料性质 带来的压缩机常见 问题。
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工艺特点
3、国内 二十余家焦炉气制 甲醇企业成熟的焦 炉气加氢净化工艺 及催 化剂应用 ；新型加氢催化剂 提高了有机硫加氢 转化能力，确保有 机硫脱除 精度，针对 LNG 工艺精脱硫 工段采用自主开发 的深度脱 硫剂，将 合成气中总硫含量 降至 10ppb 以下 。 4、采用 新型甲烷化催化剂 ，该催化剂具有低 温活性高，热稳定 性好 ，抗积碳 性强等特点，同时 还具有良好的烯烃 饱和及脱氧性能。
其突出优点是 不产生氨合成 副反应，避免深冷 液化工段设备堵塞 。 5、深冷净化前采用新型脱 汞剂，可将合成天 然气中的汞脱至 0.01 μ g/Nm 3 以下，有效减缓 换热器腐蚀；
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科林案例
时间 2009 年 8 月 应用单位 太工天成 装置规模 5 万 m 3 /d 焦炉气液化 项
北省科技进步奖的事宜而努力。
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相关证明
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目 录
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焦炉气合成天然气技术介绍
项目介绍 科林公司简介
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项目概况
冀中能源 井矿集团 新晶科 技有限公 司 焦炉 气甲烷 化制
武汉科林
焦炉气合成天然气 技术介绍
武汉科林精细化工有限公司 张先茂
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总经理
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焦炉气合成天然气技术介绍
项目介绍
科林公司简介
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技术背景
焦炉煤气 是在炼焦过程中产生的副产品，主要成分是氢气、甲烷、 一氧化碳和二氧化碳等。 2012 年我国焦炭产量 4.43 亿吨， 1 吨焦炭可生
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研究成果
2012年 6 月，武汉科林“焦炉气甲烷化制天然气项目” 相关 4 种产品送
“湖北省石油化工产品暨化学试剂质量监督检验站”检测，各指标均达到
并超过相关标准；
2012年 7 月，本项目通过武汉市科技局技术成果鉴定，鉴定意见认为本项
目催化剂产品及采用的甲烷化工艺已工业化应用，其综合水平达到国内领
冀中能源 项目工艺流程
焦炉气 ：又称焦炉煤 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。 变压吸附 ：通过 压力变化的物理 作用提取甲烷的 过程。 产品 合成天 然气
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主要催化剂
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工艺特点
1、采用 部分循环 与多级冷激相结合 低温工艺 ，可减少 循环量， 降低能耗 ，减少设备投资。 各级甲烷化入口 CO 含量可 自由调节，
使各级甲 烷化出口温度控制 较低，既有利于甲 烷化反应的顺利进 行，又可 抑制副反应的发生 。脱硫与甲烷化工 艺综合设计，工艺 所需热量 从甲烷化反应获取 ，能量综合利用率 高，且多余热量可 副产蒸汽 。
月，期间完 成了从 30% 负荷、 50% 负荷、 70% 负荷、 100% 生产负荷， 系统运行稳定 ，设备 运行良 好，产品 CNG 甲 烷含量达 97% ，氢 气纯 度 99.99% 。全套焦 炉气净 化、甲烷 化技术 、催化 剂及装备 均实现 国
产化。
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备注
提供净化剂、 脱硫 剂
2009年 10 月 2010 年 12 月
山东铁雄能源 集团 有 限公司 乌海华清能源 科技 有 限公司
5000Nm 3 / 天焦炉 气甲 烷化 合 成天然气中试 装置 12万 Nm 3 / 天焦 炉气 甲烷化 制 CNG 装 置
提供预处理催 化剂 及加氢 脱 硫催化剂 该项目为国内 首套 焦炉气 制 CNG 工 业示范 装置 ，由 武 汉科林公司提 供工 艺包、 催 化剂、甲烷化 反应 器及相 关 技术服务。
富的特点”，充分利用煤炭资源成为我国化解能源危机的有效途径。焦炉 煤气制天然气可作为我国天然气缺口的补充，据统计，目前我国每年可利
用的焦炉煤气量超过 600 亿立方米，可生产天然气（ SNG ） 230 亿立方米， 资源十分丰富，相当于西气东输一期工程的气量。利用焦炉煤气生产 SNG ，
进一步生产 CNG 或 LNG ，符合国家产业政策。
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工艺原理
焦炉煤气 合成天然气就是将焦炉煤气中的 CO 、 CO 2 与 H2 反应产生
CH4 ，通过分离技术得到 CNG 或 LNG ，其主要工艺包括：焦炉气净化单元、 甲烷化单元、分离、压缩单元或深冷液化单元，甲烷化单元是整套工艺的 核心技术，其工艺流程框图如下：
1ppm 以下。彻底解决焦炉气压缩机常见的腐蚀和堵塞问题。 2、加氢脱硫
预处理后的焦炉煤气经压缩后，再经高效脱油剂和 W109 多功能吸 附剂将苯、萘、焦油降至 1mg/Nm 3 以下。精制后的气体提温至 240280℃进入预加氢、一级加氢、中温铁锰脱硫、二级镍钼加氢、中温氧
化锌脱硫、深度脱硫，将焦炉气总硫降至 10ppb 以下，满足甲烷化要求。
副反应产生。 甲烷化催化剂作为科林公司专利产品，具有低温活性高、良好的耐
热性能、较长的使用寿命和抗积碳能力， 催化剂在 250 ℃就具有较高的 催化活性，耐热温度大于 800 ℃，确保了焦炉气甲烷化长期平稳运行。
焦炉气经甲烷化反应后，富甲烷气中 CO 2 含量小于 50ppm ，达到深冷技 术要求。富甲烷气经分离压缩或深冷液化得到 CNG 或 LNG 产品。
9.0× 10 7 Nm ³ / 年 CNG 项 目的一 期工程“ 年产 3.0 × 10 7 Nm ³ /年 CNG+ 1.1× 10 7 Nm ³ / 年氢气” 是采用 武汉科林 精细化 工有限 公司的全 套焦
炉气净化、甲 烷化技 术，所 有技术、 催化剂 及装备均 实现国 产化。本 项目已于 2013 年 6 月 初完成 工艺系统 的单机 调试和 全部控制 系统联 动 调试。 6 月 30 日 完成催 化剂的硫 化还原 工作，同 时焦炉 气以 30% 设计 负荷投料试生 产，并 产出合 格的产品 。截至 目前已经 连续运 行 5 个 多
提供预处理吸 附剂 、铁锰 脱 硫剂、氧化锌 脱硫 剂、深 度 脱硫剂 、脱 汞剂 及开车 服务 。
该项目 由我 公司 EPC 总承 包， 由武汉 科林 公司 提供工 艺包 、 详细工程设计 、催 化剂及 全 体设备
2013 年 6 月
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焦炉气净化案例
产 430 方焦炉煤气，焦炉煤气发生量可达 1905 亿方，扣除炼焦回炉自用， 1 吨焦炭仍有 200 多立方焦炉煤气富余，目前焦炉煤气一部分用来发电，
一部分用来生产甲醇和制氢，还有相当一部分直接燃烧和排放，其利用 率约为 55% ，在浪费宝贵资源的同时，也对环境造成了极大的污染。随
着人们生活水平的提高，环保意识的增强，以及环保和可持续发展战略 的需要，对焦炉煤气量的综合利用提出了更高的要求。面对全球金融危
焦炉气 压缩 脱苯脱萘 除油 活性炭脱硫 压缩 精脱油
氧化锌脱硫
深度脱硫
二级加氢
甲烷化 废热回收 分离 冷却
中温脱硫
一级加氢
变压吸附 干燥净化
预加氢
压缩 深冷净化 CNG
加热
LNG
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净化工艺
经化产后的焦炉煤气仍含有 大量的 苯、萘、焦油及硫化物 ， 这些杂质的存在会对甲 烷化催化剂的正 常运行产生严重的影响 ， 降低甲烷 化催化剂活性， 缩短催化剂寿命 ，影响产品质 量，同 时苯、萘 、焦油及硫化物 的存在会造成管 道堵塞和设备 腐蚀， 因此焦炉 煤气净化在整套 工艺中起着举足 轻重的作用。 武汉科 林作为全 国气体净化专家 ，长期致力于气 体净化技术的 研究和 相关产品 的开发，具有较 强的技术优势， 净化产品广泛 应用于 全国焦化企业焦炉煤气 制甲醇项目，市 场占有率高达 30% 以上。 科林公司 利用在焦炉煤气 净化方面积累的 技术优势，针 对焦炉 煤气制天 然气技术要求， 开发出了“ 焦炉 煤气预处理 + 加氢 脱 硫工艺 ” 。
山西永鑫焦化 有限公司
内蒙古庆华集 团
唐山万丰兴化 工产品有限公司
宁夏庆华集团 煤化工有限公 司
河北定州天鹭 新能源有限公 司
冀中能源井矿 集团
山西焦化股份 有限公司
金宝新奥新能 源有限公司
乌海华清能源 科技有限公司
河北金牛旭阳 焦化有限公司
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研究成果
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净化工艺
1、预处理
针对焦炉煤气制天然气对原料气中苯、萘含量要求严格的特点，开 发出了 W109 脱萘剂，配套 TSA 变温吸附工艺，脱萘剂循环再生使用。
原料气经 W109 工艺净化后苯小于 10ppm 、萘小于 10ppm 、焦油小于 10ppm ，同时采用 W102 活性炭脱硫剂将焦炉煤气中的 H 2 S 脱除至
提供苯萘吸附 剂、 脱硫剂 、 脱油剂及开车 服务 。
2013 年 1 月
内蒙古恒坤化 工有 限 公司
3亿 Nm 3 / 年焦 炉气 甲烷化 制 LNG 项目
2013 年 5 月
河南京宝新奥 新能 源 有限公司
冀中能源井矿 集团
2.4亿 Nm 3 / 年焦 炉气 甲烷化 制 LNG 项目
2.4亿 Nm 3 / 年焦 炉气 甲烷化 制 CNG 项 目一期 工程