利用焦爐煤氣問題探討

【資料簡介】

一、焦爐煤氣的特點和利用價值
    在煉焦過程中，生產1t焦炭約需1.35t洗精煤，每噸洗精煤（揮發份為28％時）可產生327m3焦爐煤氣，焦爐煤氣的回收率一般為96％～98％。焦爐煤氣的組成為H2 55％～60％，CO 5％～8％，CH4 23％～28％，CmHn 2％～4％，苯類0.5％～1％，水分4％～5％，另有少量的N2、CO2、O2。焦爐煤氣熱值在18000～19300kJ/m3（4302～4613kcal/m3）左右。焦爐煤氣從炭化室出來經上升管、橋管到集氣管，此處煤氣的溫度約為650～700℃。

    除應該利用焦爐煤氣的物理熱外，根據其化學成分的特點：H2含量高達60％、CH4達25％，H2+CH4≈85％且雜質少、毒性小，可作為甲醇等重要化工產品的原料、生產直接還原鐵的還原劑，而用作工業爐窯燃料是十分可惜的。

 
    我國是zui大的焦炭生產國，2007年我國有997家焦化企業，焦炭產量達33553萬t，占世界焦炭產量的60％，產生的焦爐煤氣量巨大，如何合理、地利用是值得探討的重大課題。

 
二、我國目前焦爐煤氣利用狀況及存在問題 

    我國的焦化企業有兩種：一種是各大鋼鐵聯合企業自建的焦化廠；另一種是煤化工企業建設的焦化廠或獨立的焦化廠。鋼鐵聯合企業自建焦化廠的優勢，除所產焦炭可就近用于高爐外，還可利用高爐煤氣作為焦煤干餾加熱等用途，使焦爐煤氣得以更加合理地利用。

 
    目前的問題是替換出來的焦爐煤氣仍作為燃料使用，一般是和高爐煤氣混合為具有較高熱值的混合煤氣供加熱爐、熱處理爐等工業爐窯使用或單獨用作各種烘烤設施的燃料。由于氫和甲烷含量高，焦爐煤氣是很好的化工原料和還原劑，它與高爐煤氣、轉爐煤氣（主要含CO）有很大區別，將焦爐煤氣作為燃料利用是不合理的。

 
    過去在鋼鐵聯合企業中將焦爐煤氣用作燃料是有技術原因的，因為高爐煤氣發熱值低（含大量N2和CO2，CO在30％以下），一般冶煉制鋼生鐵時發熱值為2850～3320kJ/m3（682～770kcal/m3），冶煉鑄造生鐵時發熱值為3550～4200kJ/m3（837～1004kcal/m3），需要和高熱值的焦爐煤氣混合成1800kcal/m3左右的混合煤氣用作工業爐窯的燃料，才能達到所需的燃燒溫度。近年來，由于蓄熱式雙預熱技術（空氣、煤氣雙預熱）的發展，鋼鐵廠各種工業爐窯均可單獨采用高爐煤氣作為燃料，烘烤設施可用毒性較小的轉爐煤氣加熱，這就為鋼鐵廠焦爐煤氣的利用創造了必要的條件。

    煤化工企業或獨立焦化廠由于沒有高爐煤氣可利用，需用自產煤氣作為干餾加熱、苯蒸餾和焦油蒸餾用燃料，可供其他方面使用的僅占50％左右，雖然可用部分一般用于制取甲醇或化肥等，但總的來說也不盡合理。

    兩類焦化廠存在的共同問題是焦爐煤氣的物理熱均未得到利用。

三、利用焦爐煤氣的發展前景 

1. 利用焦爐煤氣制造甲醇及其他化工產品 
    焦爐煤氣中含有50％以上的氫氣，只需將焦爐煤氣中的甲烷轉化成一定比例的H2及CO，即可大體滿足合成甲醇所需的氣體比例要求。 
    甲烷轉化反應式為：
    CH4+O2→CO2+2H2    （1）  
    CH4+H2O→CO+3H2    （2）` 
    CH4+CO2→2CO+2H2   （3）  
    甲醇合成反應式為：
    CO+2H2→CH3OH      （4） 
    CO2+3H2→CH3OH+H2O （5）

    2004年我國云南曲靖天為焦爐制供氣有限公司成為我國*家用焦爐煤氣制甲醇的公司，隨后有16家企業陸續投產，總產能達210萬t/a；目前處于建設和設計階段的裝置還有20多套，產能約230萬t/a，預計到2010年，我國焦爐煤氣制甲醇能力將達到400～500萬t/a。

 
    在短短幾年內，這項技術之所以能得到如此迅速的發展，一是有成本優勢，焦爐煤氣制甲醇成本大概在1300～1400元/t左右，比煤制甲醇成本低200～400元/t，以我國現有條件用天然氣制甲醇成本又將比煤制甲醇成本高35％左右；二是甲醇使用范圍廣、需求量大，如高配比甲醇汽油市場正在擴大，甲醇制二甲醚、烯烴、丙烴等產業正在發展，用甲醇制汽油的試驗裝置在2009年內即可投產，據測算10萬t甲醇可轉制成4萬t汽油；三是市場對甲醇需求量大。

    目前，我國焦爐煤氣制甲醇行業還限于非鋼鐵聯合企業焦化廠，在各鋼鐵企業中焦爐煤氣均用作燃料，還沒有用來制甲醇的先例，這是很可惜的事，加之鋼鐵聯合企業中的高爐煤氣和轉爐煤氣均含有豐富的CO和CO2，可作為焦爐煤氣制甲醇工藝中甲烷的轉化劑。因此，利用鋼鐵企業中焦爐煤氣的問題應提到日程上來。

 2. 利用焦爐煤氣作直接還原煉鐵裝置的還原劑

    直接還原鐵是電爐煉鋼的重要原料，不僅可以代替廢鋼作為鐵料，并因其不像回收廢鋼含有害雜質，即使主要利用廢鋼作原料的電爐摻入一定數量的直接還原鐵，也可以減小回收廢鋼中有害雜質帶來的危害，有利于冶煉鋼。此外，直接還原鐵也可用作轉爐煉鋼冷卻劑。

  
    由于我國缺乏天然氣資源，在目前技術條件下，氣基直接還原煉鐵裝置產量小，成本高，質量差，我國至今還沒有大規模生產直接還原鐵的工廠，用焦爐煤氣制直接還原鐵將為我國直接還原鐵生產提供新的途徑。

    直接還原鐵裝置對還原氣體的要求為H2+CO要大于90％，Midrex裝置入爐還原氣H2/CO為1.6，HYLⅢ型裝置入爐還原氣H2/CO為5.7，H2含量都高于CO，焦爐煤氣經重整后可以達到這些要求。

 
 四、幾點建議

    1. 焦爐煤氣H2及CH4含量高，用作燃料不合理。新建鋼鐵聯合企業時應考慮利用焦爐煤氣生產甲醇或其他化工產品，也可用于生產直接還原鐵。現有鋼鐵企業已建成混合煤氣工業爐窯及自備發電廠等，需根據具體情況逐步使焦爐煤氣的利用化。

 
    2. 由于焦煤資源在范圍內均缺乏，因此，應適當限制以焦煤作原料的煤化工廠的建設，并限制焦煤及焦炭出口。

    3. 我國國內還沒有建成氣基直接還原鐵工廠，而寶鋼集團浦鋼公司在羅涇已建成1臺C-3000 COREX裝置，COREX爐煤氣經重整后，亦可作為直接還原鐵裝置還原劑，建議在羅涇建設氣基直接還原鐵裝置，不要再將COREX爐煤氣作燃料使用。

 
    4. 在國內選擇適當地點建設一套利用焦爐煤氣生產直接還原鐵的裝置以獲取經驗。