焦爐煤氣的凈化和有效利用途徑
摘 要:隨著我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，焦化行業(yè)進入到一個大發(fā)展時期。大量焦爐煤氣的產(chǎn)生，為焦爐煤氣的合理開發(fā)利用提出了新的課題。焦爐煤氣的有效利用可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，并且可避免環(huán)境污染和二次能源的浪費。
界已探明的煤炭儲量為9844億噸，其中煉焦煤儲量為1752億噸，占全部煤炭儲量的17.8%。我國的煉焦煤（指氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤）資源主要分布于山西、山東、貴州、安徽、河南、河北、陜西、新疆、黑龍江等省。截止2001年底探明的儲量約為588.25億噸，約占世界煉焦煤總儲量的34%。
1 我國焦爐煤氣的生產(chǎn)和使用概況
我國是個產(chǎn)煤、焦炭大國，以噸煤產(chǎn)氣320m3計算，2005年我國產(chǎn)焦炭2.5412億噸,用煤達3億余噸，可產(chǎn)氣1000余億m3。2006年焦炭產(chǎn)量略高于2005年。保守計算以40%焦爐自用，尚余600億m3可外供。相當于西氣東輸工程的4倍多（西氣東輸工程設(shè)計年供氣量120億m3）。由此可見，焦爐煤氣每年產(chǎn)量十分可觀。
據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，2005年全國有焦化廠1300余家，其中焦炭生產(chǎn)能力超過100萬噸以上的企業(yè)達43家，總產(chǎn)量為85297萬噸，占全國總產(chǎn)量的35.1%。全國年產(chǎn)焦炭產(chǎn)能近3億噸，日產(chǎn)焦爐煤氣將近3億m3。2005年我國新建焦爐61座，新增產(chǎn)能約2736萬噸；I劃將于2007-2008年建設(shè)的焦爐約61座，總計產(chǎn)能將達到3970萬噸。其產(chǎn)生的煤氣除工廠自用約40%外，約40%作為城市煤氣，其余作為它用。目前將焦爐煤氣充分利用及進行深加工的企業(yè)為數(shù)不多，有的甚至直接放空，造成二次能源的極大浪費及環(huán)境污染。
2 焦爐煤氣的利用
2.1焦爐煤氣的凈化
與石油資源相比，我國的煤炭儲量十分豐富，結(jié)合當前焦炭市場需求旺盛的局面，必將會產(chǎn)生大量的焦爐煤氣。焦爐煤氣與天然氣相比，無論熱值、燃燒產(chǎn)物，還是潔凈度，都不如天然氣。天然氣、焦爐煤氣組分見表1。
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焦爐煤氣欲得到進一步利用，必須對其進行凈化。未經(jīng)凈化的荒煤氣不能得到利用，這是因為未經(jīng)凈化的煤氣中含有大量的煤焦油、粗苯、氨、氮、萘、SO2等物質(zhì)以及CO2等溫室氣體。其中SO2是生成酸雨的主要成因。
2.2焦爐煤氣的利用
煤在焦爐炭化室中經(jīng)高溫加熱形成焦炭的同時會裂解生成氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物，均以氣態(tài)的形式從炭化室中逸出；拿簹饨(jīng)鼓風冷凝、粗苯、脫硫脫萘、硫銨、脫酚等回收工藝以后的煤氣才能稱之為焦爐煤氣。在此之前的煤氣被稱之為荒煤氣。其與土法煉焦生產(chǎn)的煤氣的組分基本相同；拿簹庵兴挠袡C物質(zhì)達數(shù)百種，因此是一種很有利用價值的化工原料。采用不同的化工回收工藝就可得到不同的化工產(chǎn)品：如焦爐煤氣可通過加氫制成甲醇，方法可一般用合成法，在不同的催化劑作用下，采用不同的工藝條件，單產(chǎn)甲醇或與合成氨連產(chǎn)甲醇。目前連產(chǎn)甲醇基本都是通過CO和CO2加氫制成，其反應(yīng)式為：
CO+2H2=CH3OH
CO2+3H2=CH3OH+H2O
合成后的粗甲醇，經(jīng)預(yù)精餾脫除甲醚后得成品甲醇，或在制甲醇的工藝中經(jīng)分離制取甲醚。以上這些都是焦爐煤氣成熟并有效的利用方法，不但具有可觀的經(jīng)濟效益，而且環(huán)境效益也十分顯著。
2.3焦爐煤氣利用的經(jīng)濟價值
焦爐煤氣不僅是一種優(yōu)質(zhì)燃料也是一種優(yōu)質(zhì)化工原料。作為燃料其燃燒產(chǎn)出的熱能可用來發(fā)電，作為化工原料可生產(chǎn)合成氨、甲醇、提取粗苯等系列產(chǎn)品。其生產(chǎn)的甲醇加入汽油中可作為汽車燃料代替汽油（加入量可達汽油的15%）。
2005-2006年，安徽淮北焦化廠、山東騰洲盛隆、云南曲靖焦化廠、河北建稻焦化廠、山東海化煤化公司、山東紅日煤阿康公司、山西益興焦化公司等企業(yè)及一些新建和在建以及擬建的焦爐，有很多已采用了焦爐煤氣的深加工技術(shù)，企業(yè)投資4億～53.8億元、生產(chǎn)規(guī)模8萬～60萬噸不等；生產(chǎn)的產(chǎn)品為甲醇及粗苯、煤焦油。
焦爐煤氣的利用，緩解了因天然氣的價格不斷升高給甲醇生產(chǎn)企業(yè)帶來的壓力。對焦爐煤氣進行深加工，凈化后得到的化工產(chǎn)品的經(jīng)濟效益十分可觀。據(jù)有關(guān)資料，2005年9月至2006年10月國內(nèi)化工產(chǎn)品的價格見表2：
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從表2可見，煤氣中提煉出的化工產(chǎn)品的價格呈現(xiàn)出逐年走高的趨勢。我國目前可從焦爐煤氣中提煉化工產(chǎn)品百余種，但對于焦爐煤氣的綜合開發(fā)利用率仍非常有限，綜合利用技術(shù)發(fā)展緩慢。如不能很好地利用現(xiàn)有能源，能源的浪費、緊缺，以及國家在發(fā)展中對能源的大量需求必將成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。
2.4焦爐煤氣利用工藝
墨西哥HYL公司采用的ZR工藝，利用焦爐煤氣直接還原鐵的方法對其進行冶煉，既可增加經(jīng)濟效益，降低成本，又可極大地減少CO2的排放量。其工藝流程的特點是：（1）在還原氣氛條件下，在向反應(yīng)器入口輸入額外能量之前，部分焦爐煤氣已經(jīng)在氧氣的作用下進行燃燒，使反應(yīng)器進口處還原氣體的溫度大于1000℃。而反應(yīng)器內(nèi)部因化學反應(yīng)的吸熱作用還原區(qū)域的溫度僅有820℃，所以球團鐵礦不會因溫度高而燒結(jié)和粘連；（2）當還原氣體與反應(yīng)器內(nèi)部的球團礦接觸時，由于金屬鐵的催化作用會使甲烷發(fā)生即時轉(zhuǎn)化；（3）可以通過調(diào)節(jié)主要工藝參數(shù)和氣體成分，達到控制金屬化水平和碳水平。
采用HYL-ZR工藝時，直接還原鐵所需的焦爐煤氣熱量為9.5GJ/噸鐵，直接還原鐵金屬率為94%，含碳量為4%。38100m3/h（相當于140萬t/a規(guī)模焦化廠）的焦爐煤氣可生產(chǎn)65噸鐵，焦爐煤氣的熱值為16211kJ/m3（即3878kcal/m3），相當于年產(chǎn)直接還原鐵50萬噸。由此可見這一冶煉方法的經(jīng)濟效益。
3 結(jié)語
（1）焦炭市場的快速發(fā)展，必然產(chǎn)生煉焦副產(chǎn)品。對焦爐煤氣的深度凈化以及化工產(chǎn)品的提取、回收、利用等，涉及到資金的投入，直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟效益。由于對工程投資與化工產(chǎn)品的收益尚沒有進行收益率對比，所以工程的償還年限還不能確定。因此新建工程必須先進行經(jīng)濟分析，以確定可采用的有效工藝流程，得到理想的經(jīng)濟收益。
（2）對焦爐煤氣的利用重在開發(fā)。此前對其的利用僅停留在作為城鎮(zhèn)居民的燃料，而從煤氣中提取甲醇為焦爐煤氣的應(yīng)用開辟了一條新的途徑。
（3）焦爐煤氣直接用于冶煉，還原鐵是一個很好的應(yīng)用方法；焦爐煤氣的應(yīng)用開發(fā)前景非常廣闊，從焦爐煤氣可提煉出的數(shù)百種化工產(chǎn)品來看，其不但延長了煉焦綜合利用的產(chǎn)業(yè)鏈條，還可將低附加值的焦爐煤氣轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)品。因此對它必須進行深度凈化綜合利用，走可持續(xù)發(fā)展的循環(huán)經(jīng)濟道路。
參考文獻:（略）
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