五、焦?fàn)t煤氣用于高爐噴吹煉鐵

    高爐噴吹含氫介質(zhì)強(qiáng)化氫還原已成為當(dāng)今冶煉工藝的熱點。首先，無論從熱力學(xué)還是從動力學(xué)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(chǎn)物是水蒸氣而不是二氧化碳，故噴吹含氫介質(zhì)可減少二氧化碳的產(chǎn)生量。煉焦過程中，煤炭72%～78%生成焦炭，15%～18%生成焦?fàn)t煤氣。在煉鐵過程中，焦炭的還原當(dāng)量與焦?fàn)t煤氣的還原當(dāng)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?fàn)t煤氣通入高爐中同樣可以煉鐵，相當(dāng)于提高了煉焦煤資源的利用率，可緩解煉焦煤資源供應(yīng)緊張的問題。

    與天然氣相比，焦?fàn)t煤氣的還原性能更好。法國、俄羅斯等國已把高爐噴吹焦?fàn)t煤氣作為節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，目前我國也已開始了高爐噴吹焦?fàn)t煤氣的研究，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的焦化廠應(yīng)關(guān)注該技術(shù)的發(fā)展。

    六、焦?fàn)t煤氣作為化工原料生產(chǎn)合成氣

    近年來隨著科技的進(jìn)步與廣大企業(yè)的勇于探索，焦?fàn)t煤氣的應(yīng)用領(lǐng)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?fàn)t煤氣制合成氨—尿素。早在20世紀(jì)60年代，我國本溪鋼鐵公司第二焦化廠率先開發(fā)了焦?fàn)t煤氣熱裂解技術(shù)用于制純氫，與空分氮?dú)夂铣砂?，進(jìn)而生產(chǎn)尿素。該技術(shù)較為成熟，很快推廣至邯鄲鋼鐵公司焦化廠、山西焦化集團(tuán)有限公司和黑龍江化肥廠等。此后，由于國內(nèi)化肥行業(yè)不斷發(fā)展，以焦?fàn)t煤氣為原料合成氨在生產(chǎn)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(shè)。

    2、焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)甲醇。每生產(chǎn)1噸甲醇可消耗焦?fàn)t煤氣2000立方米～2200立方米，對富余的煉焦煤氣消費(fèi)非?？捎^。以焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)甲醇500萬噸計算，就可以消耗焦?fàn)t煤氣100億～120億立方米。因此，利用焦?fàn)t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(jīng)濟(jì)和社會效益。為推進(jìn)甲醇燃料的應(yīng)用，國家先后出臺了M15、M85等甲醇汽油標(biāo)準(zhǔn)，山西、陜西、河南等地已經(jīng)開始甲醇汽油的車用試點。甲醇行業(yè)“十二五”發(fā)展目標(biāo)將總產(chǎn)能控制在5000萬噸，以焦?fàn)t煤氣為原料生產(chǎn)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?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣生產(chǎn)甲醇。利用鋼鐵企業(yè)富余的焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣或高爐煤氣生產(chǎn)甲醇，是能源優(yōu)化利用的新途徑。該技術(shù)的關(guān)鍵點是采用變溫吸附法凈化轉(zhuǎn)爐煤氣，使轉(zhuǎn)爐煤氣滿足甲醇生產(chǎn)的要求。再將轉(zhuǎn)爐煤氣配加到焦?fàn)t煤氣中生產(chǎn)甲醇，這一方法填補(bǔ)了我國利用轉(zhuǎn)爐煤氣和焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)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?fàn)t煤氣提取或合成天然氣。在焦?fàn)t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?fàn)t氣通過甲烷化反應(yīng)，可以使絕大部分一氧化碳和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷，得到主要含氫、甲烷、氮的混合氣體，經(jīng)進(jìn)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(jīng)壓縮得到壓縮天然氣（CNG）或經(jīng)液化得到液化天然氣（LNG）。焦?fàn)t煤氣深度凈化后經(jīng)甲烷化生產(chǎn)天然氣（SNG/CNG/LNG）的技術(shù)，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?fàn)t煤氣生產(chǎn)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(chǎn)合成氨，焦?fàn)t煤氣合成甲烷—天然氣等。而焦?fàn)t煤氣制天然氣的產(chǎn)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(chǎn)1立方米天然氣可消耗2.35立方米焦?fàn)t煤氣，1噸LNG（熱值35.16兆焦/標(biāo)準(zhǔn)立方米）并副產(chǎn)1600立方米的副氫弛放氣（熱值10.32兆焦/標(biāo)準(zhǔn)立方米），須消耗3200立方米焦?fàn)t煤氣。

    七、焦?fàn)t煤氣直接生產(chǎn)合成氣

    在焦化生產(chǎn)中，從炭化室經(jīng)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(dāng)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(fèi)了。

    為充分利用這部分熱量，20世紀(jì)90年代，德國提出建立生產(chǎn)兩種產(chǎn)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(jìn)入熱裂解爐，將焦?fàn)t煤氣中的煤焦油、粗苯、氨、萘等有機(jī)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(chǎn)合成氨、生產(chǎn)甲醇-二甲醚等的原料氣，也可以生產(chǎn)直接還原鐵。

    八、結(jié)語

    日本煤炭能源中心在焦?fàn)t上進(jìn)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(dǎo)出量的1/10），從焦?fàn)t炭化室出來的高溫荒煤氣經(jīng)轉(zhuǎn)化爐實現(xiàn)了對焦?fàn)t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?dú)?.5%、乙烯0.1%的合成氣體。煤氣中苯類可完全轉(zhuǎn)化，煤焦油轉(zhuǎn)化率95%以上。煤氣利用可使煤氣中的雜質(zhì)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?fàn)t煤氣，可以節(jié)約0.6公斤左右標(biāo)煤（焦?fàn)t煤氣熱值17兆焦～19兆焦/標(biāo)準(zhǔn)立方米），減少二氧化硫排放0.012公斤（以焦?fàn)t煤氣含硫化氫6克/標(biāo)準(zhǔn)立方米、噻吩、羰基硫、二硫化碳等有機(jī)硫230毫克/標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量、煉焦操作等因素影響，各企業(yè)的節(jié)能與減排效果，應(yīng)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(zhǔn)入條件》規(guī)范化管理以來，大型半焦企業(yè)生產(chǎn)富余低熱值煉焦煤氣的優(yōu)化利用日益成為行業(yè)關(guān)注的熱點。

    “十二五”期間，煉焦行業(yè)要堅持以科學(xué)發(fā)展為主題，以加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式為主線，總結(jié)“十一五”行業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗，積極推進(jìn)技術(shù)與管理創(chuàng)新，努力構(gòu)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(zhǔn)入條件》為抓手，開動腦筋，解放思想，廣泛借鑒國內(nèi)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(yīng)我國煤炭資源與煉焦產(chǎn)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。