论焦炉煤气生产代天然气的工艺方法

论焦炉煤气生产代天然气的工艺方法
介绍了焦炉气生产代天然气的一种工艺方法,本工艺简单实用、易推广,并且具备一定的经济效益。

标签：焦炉气;代天然气;工艺方法
天然气是埋藏在地下的可燃气体,一般随着油气田的开发而开采出来。

天然气主要成分是甲烷(CH4),甲烷占商品天然气的95%以上。

随着西气东输工程的实施,天然气在很短的时间内得到普及,天然气的普及造成了天然气的短缺。

西气东输二线、川气东送工程等都致力于解决我国东部地区天然气供应的矛盾。

代天然气(SNG)是通过合成、气体分离工艺生产的和天然气成分完全相同的气体。

焦炉煤气是炼焦行业最主要的副产品之一,每炼一吨焦炭,可以产生400-450立方米左右的焦炉煤气。

本工艺介绍一种用焦炉煤气生产代天然气(SNG)的方法。

这种方法的推广使用,不仅能提高炼焦企业的效益,而且可以提供市场急需的产品。

1原理
天然气的主要成分是甲烷(CH4),商品天然气中甲烷含量一般在95%以上。

焦炉煤气是多种气体的混合物。

焦炉煤气的一般组成为(体积百分比):氢55-60%,甲烷23-27%,一氧化碳5-8%, C2以上不饱和烃2-4%,二氧化碳1.5-3%,氮3-7%,氧0.3-0.8%。

焦炉煤气中本身含有天然气的成分-甲烷,焦炉煤气中的一氧化碳、二氧化碳、氢气在一定条件下可以反应转化为甲烷,这为焦炉煤气生产代天然气提供了条件。

合成代天然气(SNG)是基于以下反应方程式:
CO+3 H2=CH4+ H2O+205KJ/mol
CO2+4H2=CH4+2H2O+163.8 KJ/mol
在适宜的温度和催化剂的作用下,以上反应会稳定进行,且合成反应放出大量的热。

用焦炉煤气合成代天然气的过程就是焦炉煤气中CO、CO2和H2的合成过程。

合成后焦炉煤气中的甲烷浓度增加,一氧化碳、二氧化碳被除去。

通过吸附方法将甲烷、氢气分离出来。

氢气输往苯加氢项目,甲烷作为商品气出售。

2工艺流程
净化后的焦炉煤气经过压缩后进入合成单元进行合成反应。

合成单元出来的混合气中含有大量的水,经冷却后,水分离出来,冷却后的气体最后进入吸附单元,脱去无用杂质,(根据对气质要求,决定是否设吸附单元),从而生产出符合国家标准的代天然气(SNG)产品。

主要流程框图见图1。

图1煤气转化分离流程框图
3工艺计算
3.1原料气
原料气流量:30000Nm3/h。

原料气组成如表1所示。

表1
原料气输入压力:0.7MPa。

原料气温度:≤40℃。

3.2成品气
甲烷气输出压力:0.02MPa,甲烷温度:≤40℃,甲烷流量:≥8900 Nm3/h(96%),氢气输出压力:0.45MPa,氢气温度:≤40℃,氢气流量:≥5060 Nm3/h(99.9%)。

3.3甲烷化后的组成
表2
3.4PSA提甲烷
表3
表4
4产品性能及产量
表5
CH4 热值8578kcal/Nm3CO 热值3018Kcal/Nm3 H2热值2576Kcal/Nm3。

5经济效益估算(不含增压费用)
5.1成本
原料气成本: 30000m3×0.5元=15000元/小时;
设备投资折旧:3000 万元/10年/360天/24小时=348元/小时;
甲烷化催化剂:480万元/2年/360天/24小时=278元/小时;
吸附剂: 600万元/5年/360天/24小时=139元/小时;
耗电:500 KW.h×1元=500元/小时;
冷却水:120T×0.5元=60元/小时(循环水动力消耗);
合计:16325元。

5.2收入
代天然气SNG:7900 Nm3/h×2.5元=19750元/小时;
氢气H2:5060Nm3/H×2.5元=12650元/小时;
尾气: 5940 Nm3/H×1.5元=8910元/小时;
水蒸气:略;
合计:41310元。

5.3毛利润
增值:41310-16325=24985元/小时;
年毛利润24985×24×360=2.1587亿元;
(年压缩成本估计:4000×24×360=3456000元)。

由此可见,随着国家天然气利用步伐的进一步加快,各地对天然气的需求量会进一步增加,后续天然气的价格肯定会有所提高,本工艺方法所生产的代天然气可
以满足一部分天然气的需求,而且本工艺方法并不复杂,具有一定的发展前景。

参考文献
[1]姜正侯.燃气工程技术手册[M].上海:同济大学出版社,1993.
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。