焦炉煤气有多少能量待开采? 5个工序污染物变能源

2011-2-14 13:46 来源: 中国环境报
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  2011年1月16日凌晨,在内蒙古自治区乌海市,由焦炉煤气生产的高纯度天然气产品(甲烷含量达到96.37%)加入到出租车中并开始试运营。随后的3天内,又有近200辆(次)出租车使用了首批由焦炉煤气生产的高纯度天然气。车主反馈表明,由焦炉煤气生产的高纯度天然气产品在使用过程中具有噪声小、行驶里程长、动力强劲等特点。

  这一项目位于内蒙古自治区乌海市海勃湾工业园,是我国首个投产的焦炉煤气制天然气工业项目,由北京溯希至清科技有限公司(以下简称溯希至清)和乌海夭斯图煤矿共同投资成立的乌海华清能源科技发展有限公司建设运营,运用溯希至清CEO赵昱博士研发的最新技术成果——焦炉煤气生产天然气技术,将乌海市黄河工贸集团千里山焦化厂焦化过程中的副产品焦炉煤气转化为车用高纯度天然气和氢气等清洁能源,并可以进一步深加工利用为精细化工产品。

  这一项目的顺利投产,预示着乌海市乃至全国每年数百亿立方米的焦炉煤气或可有高效、环保、可持续利用的新途径。在解决焦炉煤气利用难问题的同时,这一技术也为“十二五”节能减排工作探寻了新的突破口。此外,焦炉煤气生产天然气技术为我国煤基清洁能源产业发展提供了先进的自有技术支撑。

  据了解,北京溯希至清公司是以海归科技人才为主的高新技术企业,在焦炉煤气转化生产天然气、矿井瓦斯气提纯天然气、煤层气热力开采以及生物沼气(垃圾填埋气)提纯天然气等方面有着独特的产业技术。

  剩余焦炉煤气该如何利用?

  制作甲醇之路市场较窄

  焦炉煤气是炼焦过程中的副产品,一般每吨干煤可生产焦炉煤气300m3~350m3(标准状态),其主要成分为氢气(55%~60%)和甲烷(23%~27%),另外还含有少量一氧化碳、二氧化碳、氮气等。以2009年中国焦炭产量为例进行测算,2009年中国焦化产业生产伴生的焦炉煤气,除了其中的40%~45%用于保证焦化炉炉温外,共富余焦炉煤气650亿立方米,剩余焦炉煤气的高效利用是困扰焦化企业多年的问题。

  除了工业用燃料和少量民用之外,目前对焦炉煤气的综合利用主要是制作工业原料甲醇。据业内权威人士介绍,甲醇作为化工原料已经严重过剩,我国已建和在建煤制甲醇项目产能已达4000万吨/年以上,远超过全世界每年约1800万吨的需求量。

  我国部分地区甲醇被用于掺入汽油和生产二甲醚,由于甲醇热值较低,且掺烧过程中会产生有毒、有害和腐蚀性副产物,甲醇汽油至今不能在全国推广。而二甲醚市场发展也并不如意,国内部分地区用二甲醚替代或掺混液化石油气,由于二甲醚热值明显低于液化石油气,同时二甲醚沸点与液化石油气存在差异,使用过程中出现过燃爆现象,所以二甲醚替代或掺混液化石油气作为民用燃气至今备受争议。此外,用焦炉煤气生产甲醇要和国内大规模的煤制甲醇项目竞争有限的下游市场,前景不容乐观。

  焦炉煤气制天然气前景如何?

  可大大缓解能源压力

  我国在能源结构上的特点是“缺油、少气、富煤”,天然气资源人均占有率还不到世界平均水平的10%,预计“十二五”期间,天然气占一次能源消费的比重将由目前的4%上升到8%。在快速增长的需求面前,天然气供应缺口较大。相关分析认为,从长远来看,我国天然气价格逐步上涨的趋势是明确的。

  利用焦炉煤气生产天然气,通过管道运输作为民用燃料或在部分地区为作为机动车的气体燃料替代汽油和柴油,则可大大缓解我国天然气的需求压力,同时也可以节约大量汽油和柴油。

  国内汽车使用天然气替代汽油已经是非常普遍的情况,全国近百个城市的出租车已经大部分或全部改装为天然气汽车,大幅度减轻了城市对于汽油的依赖。同时,由于天然气汽车排放的废气远低于汽油和柴油,也为改善城市环境做出了贡献。

  在美国和中国多年从事化工技术研发和工业实践的赵昱,带领科研团队开发出焦炉煤气生产天然气技术,可以用2.4~2.8立方米的焦炉煤气生产出1立方米天然气。如果将此技术应用于全国焦化企业,全国每年产生的焦炉煤气可生产200亿~250亿立方米天然气,可以满足1亿人口一年的使用需求,相当于节约标准煤2600万~3300万吨。

  2010年~2011年,北京溯希至清与乌海夭斯图煤矿合作,在乌海市海勃湾工业园区投资15亿元分两期建设天然气生产和液化、氢气生产及精细化工循环经济高科技产业园,项目一期已经于2010年12月顺利投产,年处理焦炉煤气5500万立方米,每年可生产天然气2000万立方米、氢气1400万立方米,年产值接近1亿元。

  规模化利用技术是否成熟?

  5个工序变污染物为能源

  天然气市场前景无疑是广阔的,但规模化利用焦炉煤气生产天然气的技术是否成熟?产品质量是否有保障?成本如何?能否在更大范围内推广应用?

  面对记者的疑问,赵昱以已投产的乌海焦炉煤气生产天然气第一期工厂为例向记者介绍了详细的工艺方案,“5个工序即可制出符合国家标准的天然气产品”。

  项目原料气来源于焦化厂焦化过程中产生的焦炉煤气,经过除焦油、除萘、洗氨、脱苯、脱硫脱氰等净化工艺处理后,由焦化厂家加压输送到项目厂区边界。为了保证后续操作的压力,将原料气经由原料压缩机压缩,这就是压缩工序。

  其次是组合净化工序。经压缩机加压的原料气经过净化工序实现脱除油污、有机硫、无机硫等,达到甲烷化标准后,进入甲烷化工序。

  甲烷化工序是焦炉煤气制天然气的核心工序之一。甲烷化反应,即气体CO和CO2在催化剂作用下与H2发生反应,生成甲烷的强放热化学反应。北京溯希至清研发的甲烷化催化剂以及甲烷化工艺具有合理控制反应温升、避免副反应、CO和CO2转化率高等特点。经这一工艺处理后,焦炉煤气中的CO含量低于0.001%,CO2含量低于0.002%。

  经过甲烷化的原料气气体体积缩小,甲烷含量上升至52%~72%,CO、CO2基本完全转化,氢气含量下降到39%~27%。为了进一步提纯天然气,工艺采用变压吸附技术分离甲烷与其他气体,使甲烷浓度提高至93%以上。根据相关政府部门的气样分析结果,天然气产品中甲烷含量达96.37%,氮气含量为3.63%。

  分离后的产品气体进入压缩工段。氢气和甲烷直接输入管道输送至用户,同时使用CNG压缩机对于天然气运输槽车进行加气。

  赵昱介绍说,乌海的焦炉煤气转化生产天然气工业项目为国内首例,在具备工艺过程安全高效的同时,根据实际投资案例测算,具有投资较小、建设周期短、经济效益及环境效益显著等特点。据介绍,其投资不到利用同等数量焦炉煤气生产甲醇项目投资额的1/2,而利润则在两倍以上。

  如何面对我国能源现实?

  自主创新技术有望推动煤基清洁能源产业发展

  利用焦炉煤气生产天然气技术在解决焦化企业难题的同时,也为煤基清洁能源发展战略提供了新的思路。由于焦炉煤气生产天然气和煤制天然气核心工艺路线的一致性,焦炉煤气生产天然气工厂的成功投产也表明煤制天然气国产工艺路线完全可行。

  对于我国的能源问题,中国工程院院士倪维斗曾撰文指出了几个无法改变的现实:第一,煤现在是、将来(直到2050年或更晚)仍是我国能源的主力,虽然煤在总能源中所占的比例会逐渐下降(从75%下降到60%),但总量仍会不断增加;第二,煤用于发电的比例会越来越高,从目前的50%增加到70%以上;第三,煤的开采和直接燃烧已引起严重的生态和环境污染问题,70%~80%以上的SO2、NOX、汞、颗粒物、CO2等都是由煤炭直接燃烧产生的;第四,由于我国石油短缺,车用液体燃料还是得从煤基替代燃料上找出路。

  因此,研究煤基替代燃料对于保护环境和节能减排意义重大。目前煤炭转化为清洁能源主要有两种渠道,煤制油和煤(焦炉煤气)制天然气。赵昱认为,煤基清洁能源战略的成功将是我国未来能源需求的重要保证,中国自主创新的煤制天然气技术将是这一战略实施的重要基石。

  据调查,国内众多大型企业正在试水煤制天然气产业,在建项目基本采用国外工艺软件包(鲁奇甲烷化工艺、戴维甲烷化技术、托普索的甲烷化技术等)。相关专家呼吁,希望国内大型能源企业能够对在这一领域的国内自主创新技术投入更多关注,把握煤基清洁能源产业的核心技术,利用国内的市场、资金和资源培育具有自主知识产权的技术,才能更好地提升竞争力。

  ■ 相关链接

  乌海热循环利用工程启动

  焦化行业余热将有效利用

  中国环境报讯 内蒙古乌海昊华高科节能技术公司承担的乌海市海南区泰和焦化厂工业余热循环利用项目已于2010年年底正式投入运行,这标志着乌海市建设的国家级工业余热循环利用“311”高科技示范工程正式启动。

  乌海市工业余热循环利用“311”高科技示范工程是乌海市政府“十二五”期间在全市范围内实施的节能减排工程,即利用3年时间,通过实施余热、余压循环综合利用技术,实现年节约100万吨标准煤、减排二氧化硫1万吨以上的目标。

  乌海市海南区泰和焦化厂工业余热循环利用项目实施后,每年可节约标准煤2.08万吨,减排二氧化碳5.2吨、二氧化硫20.8吨、烟尘145.5吨。

  这一项目采用高效传热、换热、储热技术,主要对焦化工业生产过程中经过烟囱排放的废气进行回收利用。一方面,废气的回收净化了空气,改善了空气质量;另一方面,废气中的余热利用可为企业供热,降低了生产成本,提高了使用效率。对于多余的热能还利用移动供热技术为工业、市政、电力、服务业、农业、新农村的建设等方面提供热能。

  这一示范项目是我国第一个焦化企业余热梯级利用工程,不仅能为企业带来巨大的经济效益,也为我国焦化行业节能减排探索出一条科学的发展道路。