五、焦爐煤氣用于高爐噴吹煉鐵

    高爐噴吹含氫介質強化氫還原已成為當今冶煉工藝的熱點。首先，無論從熱力學還是從動力學條件看，高溫下氫作為鐵氧化物的還原劑比一氧化碳更具優(yōu)勢；其次，氫還原的氣態(tài)產物是水蒸氣而不是二氧化碳，故噴吹含氫介質可減少二氧化碳的產生量。煉焦過程中，煤炭72%～78%生成焦炭，15%～18%生成焦爐煤氣。在煉鐵過程中，焦炭的還原當量與焦爐煤氣的還原當量之比為1∶1，因為H2的還原潛能與CO的還原潛能之比為14∶1。因此，將焦爐煤氣通入高爐中同樣可以煉鐵，相當于提高了煉焦煤資源的利用率，可緩解煉焦煤資源供應緊張的問題。

    與天然氣相比，焦爐煤氣的還原性能更好。法國、俄羅斯等國已把高爐噴吹焦爐煤氣作為節(jié)能減排關鍵技術進行開發(fā)，目前我國也已開始了高爐噴吹焦爐煤氣的研究，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的焦化廠應關注該技術的發(fā)展。

    六、焦爐煤氣作為化工原料生產合成氣

    近年來隨著科技的進步與廣大企業(yè)的勇于探索，焦爐煤氣的應用領域拓展到制化肥、甲醇-二甲醚、提取甲烷制LNG和合成甲烷等。

    1、焦爐煤氣制合成氨—尿素。早在20世紀60年代，我國本溪鋼鐵公司第二焦化廠率先開發(fā)了焦爐煤氣熱裂解技術用于制純氫，與空分氮氣合成氨，進而生產尿素。該技術較為成熟，很快推廣至邯鄲鋼鐵公司焦化廠、山西焦化集團有限公司和黑龍江化肥廠等。此后，由于國內化肥行業(yè)不斷發(fā)展，以焦爐煤氣為原料合成氨在生產成本和銷售市場等方面面臨較大的競爭，所以很少有類似裝置再建設。

    2、焦爐煤氣生產甲醇。每生產1噸甲醇可消耗焦爐煤氣2000立方米～2200立方米，對富余的煉焦煤氣消費非?？捎^。以焦爐煤氣生產甲醇500萬噸計算，就可以消耗焦爐煤氣100億～120億立方米。因此，利用焦爐煤氣制甲醇、二甲醚、人造汽油等資源化開發(fā)利用比作為燃料具有更大的經濟和社會效益。為推進甲醇燃料的應用，國家先后出臺了M15、M85等甲醇汽油標準，山西、陜西、河南等地已經開始甲醇汽油的車用試點。甲醇行業(yè)“十二五”發(fā)展目標將總產能控制在5000萬噸，以焦爐煤氣為原料生產甲醇所占的比例要由現(xiàn)在的10%增加到15%，而現(xiàn)在的煤基制甲醇要由38.2%下降到20%，天然氣制甲醇要由28.2%下降到15%。

    鋼鐵聯(lián)合企業(yè)富余的焦爐煤氣、轉爐煤氣生產甲醇。利用鋼鐵企業(yè)富余的焦爐煤氣、轉爐煤氣或高爐煤氣生產甲醇，是能源優(yōu)化利用的新途徑。該技術的關鍵點是采用變溫吸附法凈化轉爐煤氣，使轉爐煤氣滿足甲醇生產的要求。再將轉爐煤氣配加到焦爐煤氣中生產甲醇，這一方法填補了我國利用轉爐煤氣和焦爐煤氣生產甲醇工業(yè)化的空白，為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的富余煤氣優(yōu)化利用探索了一條成功之路。

    3、焦爐煤氣提取或合成天然氣。在焦爐氣組成中，甲烷含量約23%～27%，一氧化碳和二氧化碳含量占近10%，其余為氫和少量氮，因此焦爐氣通過甲烷化反應，可以使絕大部分一氧化碳和二氧化碳轉化成甲烷，得到主要含氫、甲烷、氮的混合氣體，經進一步分離提純后可以得到甲烷體積在90%以上的合成天然氣（SNG），再經壓縮得到壓縮天然氣（CNG）或經液化得到液化天然氣（LNG）。焦爐煤氣深度凈化后經甲烷化生產天然氣（SNG/CNG/LNG）的技術，具有投資小、消耗低、無污染、能量利用率高等優(yōu)勢，是焦化企業(yè)較佳的選擇。

    目前焦爐煤氣生產天然氣主要有3種方式，分別為直接提取甲烷———天然氣，提取甲烷富余氫氣生產合成氨，焦爐煤氣合成甲烷—天然氣等。而焦爐煤氣制天然氣的產品方案有3種，分別為合成天然氣(SNG)、壓縮天然氣(CNG)和液化天然氣(LNG)。生產1立方米天然氣可消耗2.35立方米焦爐煤氣，1噸LNG（熱值35.16兆焦/標準立方米）并副產1600立方米的副氫弛放氣（熱值10.32兆焦/標準立方米），須消耗3200立方米焦爐煤氣。

    七、焦爐煤氣直接生產合成氣

    在焦化生產中，從炭化室經上升管逸出的650℃～700℃的荒煤氣，在橋管和集氣管中被大量噴灑的70℃～75℃循環(huán)氨水冷卻至80℃～85℃，接著又在初冷器中被冷卻水冷卻到25℃～40℃。650℃～700℃的高溫荒煤氣所帶出的顯熱相當于煉焦過程總熱量的32%，這部分能量幾乎未被利用而白白浪費了。

    為充分利用這部分熱量，20世紀90年代，德國提出建立生產兩種產品———焦炭和還原性氣體的焦化廠，即高溫荒煤氣從炭化室逸出后不冷卻，直接進入熱裂解爐，將焦爐煤氣中的煤焦油、粗苯、氨、萘等有機物熱裂解成以CO和H2為主要成分的合成氣體。這種合成氣體可以作為生產合成氨、生產甲醇-二甲醚等的原料氣，也可以生產直接還原鐵。

    八、結語

    日本煤炭能源中心在焦爐上進行單孔爐現(xiàn)場試驗表明，煤氣流量為400立方米/時～600立方米/時（即該炭化室煤氣導出量的1/10），從焦爐炭化室出來的高溫荒煤氣經轉化爐實現(xiàn)了對焦爐煤氣的重整，獲得了體積百分比為氫68.0%、甲烷0.75%、一氧化碳22.7%、二氧化碳8.0%、氮氣0.5%、乙烯0.1%的合成氣體。煤氣中苯類可完全轉化，煤焦油轉化率95%以上。煤氣利用可使煤氣中的雜質大量減少，由于只有焦炭和合成氣，也解決了一直困擾煉焦行業(yè)的焦化廢水處理問題。

    一般說來，每利用1立方米焦爐煤氣，可以節(jié)約0.6公斤左右標煤（焦爐煤氣熱值17兆焦～19兆焦/標準立方米），減少二氧化硫排放0.012公斤（以焦爐煤氣含硫化氫6克/標準立方米、噻吩、羰基硫、二硫化碳等有機硫230毫克/標準立方米估算）、減排二氧化碳0.79公斤左右（煤氣組成受配合煤煤種與質量、煉焦操作等因素影響，各企業(yè)的節(jié)能與減排效果，應按企業(yè)的實際情況測算）。

    值得注意的是，近年來半焦（又稱蘭炭）爐裝置的大型化和納入《焦化行業(yè)準入條件》規(guī)范化管理以來，大型半焦企業(yè)生產富余低熱值煉焦煤氣的優(yōu)化利用日益成為行業(yè)關注的熱點。

    “十二五”期間，煉焦行業(yè)要堅持以科學發(fā)展為主題，以加快轉變經濟發(fā)展方式為主線，總結“十一五”行業(yè)發(fā)展的經驗，積極推進技術與管理創(chuàng)新，努力構建資源節(jié)約環(huán)境友好的新型焦化。堅持以《焦化行業(yè)準入條件》為抓手，開動腦筋，解放思想，廣泛借鑒國內外一切科技成果為我所用，集中物力、財力與人力，整合煉焦研究資源，開展適應我國煤炭資源與煉焦產業(yè)發(fā)展需要的綜合性研究，探索新的煉焦煤氣資源利用途徑。