付耀

（貴州盤江電投天能焦化有限公司 貴州六盤水 553531）

近些年，我國(guó)多數(shù)LNG 生產(chǎn)企業(yè)均面臨著煤氣質(zhì)量難以達(dá)到高質(zhì)量LNG 生產(chǎn)需求的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致LNG 生產(chǎn)效率無(wú)法維持在穩(wěn)定的狀態(tài)。在上述背景下，相關(guān)部門必須對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題展開分析，把重點(diǎn)放在提升焦?fàn)t煤氣質(zhì)量方面。此外，針對(duì)具體情況，制訂有效的解決方案，設(shè)法改善煤氣處理技術(shù)，爭(zhēng)取在保證煤氣質(zhì)量的基礎(chǔ)上達(dá)到LNG 生產(chǎn)相關(guān)要求，進(jìn)而提升LNG 的生產(chǎn)效率。只有如此，方可從根源上改善煤氣處理流程，提升焦?fàn)t煤氣質(zhì)量，保證更好地滿足LNG生產(chǎn)的實(shí)際要求。

1 焦?fàn)t煤氣基本構(gòu)成

焦?fàn)t煤氣作為煤炭經(jīng)過(guò)高溫干餾煉焦環(huán)節(jié)的產(chǎn)物，每生產(chǎn)出1t焦炭，焦?fàn)t煤氣約為400～450m3［1］。焦?fàn)t煤氣又被稱作焦?fàn)t氣，因其具有較多的可燃成分，是一種高熱值煤氣。焦?fàn)t煤氣就是通過(guò)幾種煙煤配制為煉焦用煤，在煉焦?fàn)t內(nèi)通過(guò)高溫干餾后，產(chǎn)生焦炭、焦油產(chǎn)品時(shí)出現(xiàn)的一種可燃性氣體，也是煉焦工業(yè)的一種副產(chǎn)品。有調(diào)查表明，國(guó)內(nèi)焦化企業(yè)每年約產(chǎn)出200億m3焦?fàn)t煤氣，如果均給予轉(zhuǎn)化利用，能獲得85億m3天然氣，相當(dāng)700萬(wàn)t汽油［2］。焦?fàn)t煤氣構(gòu)成如表1所示。

表1 焦?fàn)t煤氣組成

焦?fàn)t氣為混合物，其產(chǎn)率及組成因煉焦用煤質(zhì)量及焦化過(guò)程不同有所差別。焦?fàn)t煤氣內(nèi)除去水汽及各類雜質(zhì)后獲得的混合物稱作干煤氣。必須注意，若焦?fàn)t煤氣未得到有效的凈化，其中包含大量的焦油及萘，容易堵塞管道、管件，為調(diào)火工作帶來(lái)一定的困難。干煤氣也是焦?fàn)t煤氣重要的組成之一，包含H2、CO2、O2、N2等成分，而合成化工產(chǎn)品也需要部分有效氣體，如合成甲醇所用成分為CO2、H2、CO、CH4［3］。干煤氣組成及產(chǎn)率與裝爐煤質(zhì)量、焦?fàn)t類型、煉焦操作等多種因素有關(guān)。

2 焦?fàn)t煤氣質(zhì)量對(duì)LNG生產(chǎn)帶來(lái)的影響

LNG是一種具有安全、污染小等優(yōu)點(diǎn)的物質(zhì)，是供居民使用的氣化清潔燃料。而選用LNG 作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)只要適度更換，不僅具有穩(wěn)定的運(yùn)行性能，且噪音、能耗比較小。有調(diào)查表明，與液化天然氣比較，處于相同時(shí)間表及運(yùn)行時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)下，中小、重型車輛所用LNG 成本降低20%，其燃燒系統(tǒng)成本最少下降2/3［4］。此外，LNG 可用于化石燃料工業(yè)生產(chǎn)、海水淡化設(shè)備等方面，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用價(jià)值。焦?fàn)t煤氣是LNG 生產(chǎn)的重要原材料，但生產(chǎn)后的煤氣內(nèi)存在一些雜質(zhì)，需要利用恰當(dāng)?shù)拇胧?duì)雜質(zhì)進(jìn)行處理，從而為后續(xù)LNG 生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。焦?fàn)t煤氣質(zhì)量對(duì)LNG 生產(chǎn)效果產(chǎn)生重要的影響，生產(chǎn)LNG 過(guò)程中若出現(xiàn)煤氣質(zhì)量比較差的問(wèn)題，也會(huì)對(duì)LNG 整體生產(chǎn)質(zhì)量帶來(lái)不良的影響。在煉焦過(guò)程中，若設(shè)備爐門存在問(wèn)題，會(huì)使得一些爐門密封性不佳，進(jìn)而對(duì)集氣管實(shí)際運(yùn)行中的壓力產(chǎn)生不良影響。若未及時(shí)對(duì)上述問(wèn)題給予恰當(dāng)?shù)奶幚?，進(jìn)而會(huì)影響到生產(chǎn)儀器的功能，嚴(yán)重狀況下還會(huì)導(dǎo)致碳化室發(fā)生漏氣，無(wú)法取得良好的煤氣處理效果。除此以外，碳化室密封性不佳也會(huì)導(dǎo)致一部分空氣進(jìn)入反應(yīng)裝置內(nèi)，使得爐頂溫度隨之升高，進(jìn)而影響煤氣整體的使用質(zhì)量，也在一定程度上威脅著LNG生產(chǎn)環(huán)節(jié)。但因我國(guó)LNG 生產(chǎn)時(shí)煤氣質(zhì)量存有一定問(wèn)題，如果使用傳統(tǒng)的有機(jī)硫脫除方法，難以有效清除煤氣內(nèi)的雜質(zhì)，無(wú)法達(dá)到LNG 生產(chǎn)階段的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求。焦?fàn)t煤氣制LNG 使用原料作為焦化企業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品，其取決于該企業(yè)主營(yíng)產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備是否正常運(yùn)行?；诖?，穩(wěn)定氣源則是焦?fàn)t煤氣制LNG 項(xiàng)目運(yùn)行的重要因素。除氣源之外，裝置是否長(zhǎng)時(shí)間安全穩(wěn)定運(yùn)行也是一項(xiàng)主要的影響因素。

3 焦?fàn)t煤氣制LNG主要技術(shù)分析

焦?fàn)t氣主要作用于燃料、發(fā)電等領(lǐng)域，但單一的焦炭廠焦?fàn)t煤氣量有限，創(chuàng)建管理運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性不足，且燃燒熱值不高，進(jìn)而影響焦?fàn)t煤氣的利用效果。如今，我國(guó)天然氣比較緊缺，焦?fàn)t煤氣經(jīng)過(guò)甲烷化及液化分離操作制成LNG，有利于提升焦?fàn)t煤氣的利用價(jià)值。采用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)LNG，包含深度凈化、液化分離、甲烷化等。

（1）深度凈化技術(shù)。甲烷化、低溫液化分離對(duì)焦?fàn)t煤氣內(nèi)的雜質(zhì)有非常嚴(yán)格的要求，開展甲烷化操作前，要求先把焦?fàn)t煤氣凈化為總硫、氯含量分別為小于0.1×10-6、小于0.2×10-6，苯、砷含量依次為小于10×10-6、小于1×10-6［5-6］。實(shí)施液化處理前，使得焦?fàn)t煤氣進(jìn)一步凈化標(biāo)準(zhǔn)如下：二氧化碳小于50×10-6，水小于0.1×10-6。焦?fàn)t煤氣脫萘、苯環(huán)節(jié)使用活性炭吸附，促使焦油、苯等成分吸附于活性炭?jī)?nèi)，再通過(guò)加熱方法及時(shí)解吸吸附的雜質(zhì)，促進(jìn)裝置處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。焦?fàn)t煤氣脫硫處理采用加氫方法把硫醇、二硫化碳等物質(zhì)轉(zhuǎn)化為硫化氫，利用氧化鋅、氧化鐵順利脫除硫化氫，滿足甲烷化相關(guān)要求。甲烷化處理后，焦?fàn)t煤氣內(nèi)主要成分是甲烷、氮?dú)狻柡退?、氫氣，?dāng)二氧化碳來(lái)源含量比較高或甲烷化不完全條件下，二氧化碳難以滿足液化要求，通過(guò)進(jìn)一步脫除其中二氧化碳，再采用分子篩脫除水，滿足液化要求。

（2）液化分離技術(shù)。深冷液化是指把焦?fàn)t煤氣合為甲烷后氣體實(shí)施冷卻、液化處理，分離相應(yīng)的氮?dú)饧皻錃?，生成滿足要求的液化天然氣。深冷液化方法使用混合制冷劑液化工藝把天然氣冷卻到約160oC，通過(guò)精餾塔對(duì)氮?dú)?、氫氣進(jìn)行分離，有利于減少氮?dú)?、氫氣?nèi)甲烷含量。精餾塔塔頂冷源為氮?dú)饣蚧旌现评鋭┭h(huán)［7］。

（3）甲烷化技術(shù)。甲烷化就是把焦?fàn)t煤氣內(nèi)氫氣與一氧化碳及二氧化碳反應(yīng)，生成相應(yīng)的甲烷、水，并產(chǎn)生熱量。焦?fàn)t煤氣中一般氫氣過(guò)量，可通過(guò)二氧化碳及一氧化碳徹底反應(yīng)，達(dá)到液化的實(shí)際需求，所產(chǎn)生熱量借助余熱鍋爐形成高溫水蒸氣。

4 提高焦?fàn)t煤氣質(zhì)量的對(duì)策

4.1 做好煤氣質(zhì)量調(diào)查工作

不同的企業(yè)存在多方面差異，如所用設(shè)備型號(hào)、生產(chǎn)工藝等，使得焦?fàn)t煤氣質(zhì)量不佳，這也是導(dǎo)致LNG生產(chǎn)質(zhì)量較差的主要原因?；诖耍髌髽I(yè)先要依據(jù)實(shí)際情況對(duì)該企業(yè)焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)各階段開展煤氣質(zhì)量調(diào)查工作。例如，比較簡(jiǎn)易的方法就是做好產(chǎn)出煤氣化驗(yàn)工作，檢測(cè)煤氣所含成分及其各占比率。隨之，對(duì)部分超標(biāo)的無(wú)益雜氣，可依據(jù)各自處理方案制定恰當(dāng)?shù)奶幚矸椒ǎ欣谔嵘ぷ餍Ч懊簹赓|(zhì)量。此外，還必須對(duì)每次調(diào)查結(jié)果予以匯總及分析，進(jìn)而制定恰當(dāng)?shù)母倪M(jìn)方法以備用。

4.2 增設(shè)電捕焦油器裝置

電捕焦油器在煤氣化生產(chǎn)階段發(fā)揮著重要的作用，對(duì)煤氣質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。對(duì)煤氣進(jìn)行處理時(shí)，還必須適當(dāng)增加電捕焦油器數(shù)量，有利于提升煤氣處理能力及提高質(zhì)量，確保煤氣質(zhì)量滿足后續(xù)生產(chǎn)LNG的實(shí)際需要。除此以外，增加電捕焦油器后，生產(chǎn)廠家無(wú)需擔(dān)心生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)生機(jī)器損傷等問(wèn)題，可以隨時(shí)啟動(dòng)備用設(shè)備開展工作，確保LNG 生產(chǎn)順利實(shí)施，在一定程度上減小故障對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度帶來(lái)的影響。加之，電捕焦油器裝置構(gòu)造口具有較大的優(yōu)勢(shì)，也就不會(huì)出現(xiàn)較多的維修煩惱。采用增設(shè)電捕焦油器模式，有利于提高煤氣焦油處理能力。由于這種設(shè)備進(jìn)出口均具有水封處理功能，開展日常維修階段，無(wú)需對(duì)盲板進(jìn)行加蓋處理，確保維修工作更為方便［8］。

4.3 重視設(shè)備清掃與維護(hù)

焦?fàn)t煤氣包含硫化物等物質(zhì)，它們?nèi)菀壮练e在管道，會(huì)處于濕環(huán)境下腐蝕管道形成銹渣，使得管道發(fā)生堵塞，嚴(yán)重情況下，必須停產(chǎn)開展檢修工作。基于此，如何確保焦?fàn)t煤氣管道暢通、安全運(yùn)行顯得尤為重要。但在實(shí)際生產(chǎn)中，煤氣雜質(zhì)無(wú)法100%脫除，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，煤氣管道會(huì)慢慢沉積焦油、萘等雜質(zhì)，如果不及時(shí)進(jìn)行檢查和清掃，會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)越來(lái)越多，進(jìn)而影響正常生產(chǎn)工作?；诖?，應(yīng)建立煤氣管道及相關(guān)設(shè)備，定期清掃維護(hù)制度，例如，年修時(shí)期做好管道檢查工作，如果發(fā)現(xiàn)沉積，通過(guò)蒸汽吹掃、機(jī)械清掃等方式清除雜質(zhì)。對(duì)煤氣管道及附屬設(shè)施做好防腐處理，若發(fā)現(xiàn)防腐層脫落，要及時(shí)給予修復(fù)，防止管道遭受腐蝕，進(jìn)而堵塞煤氣管道。加強(qiáng)對(duì)脫萘過(guò)濾網(wǎng)的清掃工作，特別是在日溫差較大的時(shí)期，適當(dāng)增加過(guò)濾網(wǎng)清掃頻率，能有效預(yù)防管道堵塞。在此基礎(chǔ)上，做好煤氣管道沿線排水渠清理與維護(hù)工作，確保其能夠滿足正常工作需要。

4.4 優(yōu)化液化分離工藝

焦?fàn)t煤氣的成分與焦炭廠所用煤質(zhì)存在關(guān)聯(lián)，而同一個(gè)焦炭廠煤的來(lái)源有所不同導(dǎo)致焦?fàn)t煤氣成分出現(xiàn)一定的變化。焦?fàn)t煤氣組成改變對(duì)甲烷化單元產(chǎn)生的影響為反應(yīng)溫度改變，一般使用噴入蒸汽或者調(diào)整循環(huán)氣量的方法，總體上可以控制。焦?fàn)t煤氣構(gòu)成改變對(duì)液化分離產(chǎn)生的影響較大，焦?fàn)t煤氣內(nèi)如果二氧化碳含量過(guò)高，甲烷化處理后，二氧化碳含量超出液化要求，會(huì)導(dǎo)致低溫?fù)Q熱器發(fā)生凍堵的問(wèn)題，影響正常生產(chǎn)流程。氮?dú)?、氫氣這兩種成分含量較大，對(duì)精餾塔產(chǎn)生的負(fù)荷變化比較大，尤其是塔頂冷源難以達(dá)到要求，導(dǎo)致生產(chǎn)的LNG 成分不達(dá)標(biāo)，且塔頂會(huì)排出含量較高的甲烷［9］。這也充分說(shuō)明，焦?fàn)t煤氣組分變化較大，使用常規(guī)的天然氣液化分離方案不合理。對(duì)于這種情況，可使用優(yōu)化的焦?fàn)t煤氣液化分離攻擊，即：使用汽提塔分離與PSA 分離甲烷相互結(jié)合的方法，即使焦?fàn)t煤氣組分變化比較劇烈，也能確保LNG 合格，解決使用精餾塔分離工藝存在的問(wèn)題。

4.5 有效控制廢氣排放

焦?fàn)t煤氣甲烷化操作中會(huì)出現(xiàn)大量的熱，這些熱有些用在預(yù)處理環(huán)節(jié)的再生氣加熱，若附近并無(wú)蒸汽用戶，會(huì)導(dǎo)致剩余熱量嚴(yán)重浪費(fèi)，進(jìn)而增加全廠能耗量。焦?fàn)t煤氣制LNG 過(guò)程中，有組織地排放廢氣主要是燃燒所產(chǎn)生的G1。LNG生產(chǎn)企業(yè)可使用火炬系統(tǒng)，包含冷火炬、氨火炬等，用于正?；蚍钦９r下的蒸氨尾排放及各類廢氣焚燒［10］。冷火炬旨在收集源自液化工段冷劑系統(tǒng)不同安全閥氣體；氨火炬管網(wǎng)對(duì)合成氨裝置所排放的氨氣進(jìn)行收集；火炬管網(wǎng)主要功能在于收集LNG 生產(chǎn)凈化環(huán)節(jié)各裝置及一些液化裝置等。正常工況條件下，火炬系統(tǒng)中只有長(zhǎng)明燈不間斷燃燒焦?fàn)t煤氣，焦?fàn)t煤氣來(lái)源于甲烷工段天然氣產(chǎn)品總管?；鹁姘鄠€(gè)單獨(dú)的火炬構(gòu)成，正常條件下，其排除燃燒廢氣排放高度達(dá)到79m，其他排放參數(shù)如表2所示。

表2 正常狀況下火炬排放G 1 大氣污染物達(dá)標(biāo)狀況

5 結(jié)語(yǔ)

總之，通過(guò)煤氣生產(chǎn)LNG 這種方案，不僅可以充分發(fā)揮其煤氣的利用價(jià)值，還能減少空氣污染，提高LNG 的生產(chǎn)效率。但通過(guò)焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)LNG 的過(guò)程中，煤氣質(zhì)量高低對(duì)LNG 生產(chǎn)效率產(chǎn)生重要的影響?；诖?，要注意依據(jù)實(shí)際情況采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，重視改善焦?fàn)t煤氣質(zhì)量，確保所生產(chǎn)LNG的質(zhì)量及效率。