銳意自控|鋼鐵焦化行業焦爐煤氣利用技術及紅外煙氣分析儀器介紹

隨著焦化行業(ye) 的發展，焦爐煤氣除部分返回焦爐加熱外，剩餘(yu) 主要作為(wei) 城市煤氣，還有相當數量的焦爐煤氣會(hui) 通過火炬燃燒放空。據估計每年約有350×108m3以上的焦爐煤氣未被有效利用而付之一炬，這不僅(jin) 造成環境汙染，還浪費了大量能源。根據焦爐煤氣的特點（含氫量高），我國焦化行業(ye) 應進一步開發出符合企業(ye) 特點的應用技術，進而實現煤氣資源的優(you) 化開發利用，增加焦爐煤氣的利用價(jia) 值，增強煉焦行業(ye) 的整體(ti) 競爭(zheng) 力。近年來，我國焦爐煤氣利用程度不斷提高，在開發利用技術方麵進行了一係列探索，本文總結出七種常用的焦爐煤氣綜合利用節能技術。

一、焦爐煤氣用作氣體燃料

焦爐煤氣是的中熱值氣體(ti) 燃料，其熱值為(wei) 17兆焦~19兆焦/標準立方米，煤氣的主要成分（體(ti) 積百分比）為(wei) 氫55％~60％、甲烷23％~27%、一氧化碳5％~8％，含兩(liang) 個(ge) 以上的碳原子的不飽和烴2％~4％，以及少量的二氧化碳、氮、氧等。由於(yu) 我國油氣資源缺乏，為(wei) 解決(jue) 大中城市民用燃氣緊張的問題，20世紀80年代焦爐煤氣曾一度廣泛應用於(yu) 民用燃氣領城。目前，在天然氣還沒有通達而焦化行業(ye) 有一定基礎的地區，焦爐煤氣仍是民用煤氣和其他工業(ye) 生產(chan) 的主要氣體(ti) 燃料提供者。如我國景德鎮等地將焦爐煤氣用作陶瓷廠窯爐的加熱燃料，生產(chan) 出的陶瓷製品。此外，焦爐煤氣還可用作水泥和玻璃等工業(ye) 生產(chan) 的燃料。

二、利用焦爐煤氣發電

由於(yu) 焦爐普遍采用了的煙氣餘(yu) 熱回收技術，約有50％~55％的焦爐煤氣富餘(yu) ，我國許多焦化企業(ye) 將剩餘(yu) 的焦爐煤氣用於(yu) 發電。焦爐煤氣發電有三種方式，分別為(wei) 蒸汽發電（熱電聯產(chan) ）、燃氣輪機發電和內(nei) 燃機發電，目前這幾種發電方式在國內(nei) 均有應用，技術成熟。如果焦化企業(ye) 與(yu) 高電耗生產(chan) 匹配或與(yu) 發供電企業(ye) 聯營，且上網電價(jia) 合適，焦爐煤氣用於(yu) 發電可作為(wei) 優(you) 先選擇的技術路之一。其運行與(yu) 管理簡便，生產(chan) 作業(ye) 間長，可采取多種方式，企業(ye) 收益穩定。

1、蒸汽發電，熱電聯產(chan) 供熱與(yu) 發電兼用。蒸汽發電由鍋爐-凝氣式氣輪機-發電機組成。該工藝以焦爐煤氣作為(wei) 熱源燃燒鍋爐，生成高壓蒸汽，用以帶動汽輪機、發電機而發電。蒸汽發電技術過關(guan) 、成熟可靠。在我國焦化行業(ye) 應用較廣泛，但其係統複雜、占地麵積大、啟動時間長。

2、焦爐煤氣用於(yu) 燃氣輪機發電。燃氣輪機發電是用焦爐煤氣直接燃燒，驅動燃氣輪機以帶動發電機發電。燃氣輪機發電機組設備緊湊、占地少、效率高、效益好、啟動速度快。不過，燃氣輪機運行一段時間後必須遠距離運回製造廠檢修，因此需要較多的備品，要求工人有較高的技術素質。

3、燃氣——蒸汽聯合循環發電技術（CCPP）。該技術的基本原理是將剩餘(yu) 的焦爐煤氣和回收的高爐煤氣經淨化、混合、加壓後送往燃氣輪機燃燒、膨脹做功，帶動燃氣輪發電機組發電。同時燃氣輪機排放的高溫煙氣加熱餘(yu) 熱鍋爐，產(chan) 生蒸汽，帶動蒸汽輪發電機組，形成聯合循環發電。燃氣——蒸汽聯合發電是熱能資源的梯級綜合利用，其發電效率高達45％以上，實現了鋼電聯產(chan) ，目前我國的濟鋼、寶鋼、太鋼、沙鋼、通鋼、鞍鋼、馬鋼、邯鋼、安鋼、漣鋼等多家鋼廠都在使用該技術。

4、用煤氣內(nei) 燃機帶動發電機發電。我國山東(dong) 、山西、寧夏、安微、河北、新疆、內(nei) 蒙古、雲(yun) 南、江蘇等地的一些焦化廠采用煤氣內(nei) 燃機發電。可供選擇的焦爐煤氣內(nei) 燃機發電機組有400千瓦、500千瓦、1200千瓦和2000年瓦。目前焦化行業(ye) 大多采用的是500千瓦焦爐煤氣內(nei) 燃機發電機組。按焦爐煤氣熱值（低熱值）16720千焦/立方米計算，1立方米焦爐煤氣可發電1.1千瓦時。

三、利用焦爐煤氣製氫

焦爐煤氣中的氫含量達55％~60％，是重要的氫資源提供者。目前，焦爐煤氣製氫的主要方法是采用變壓吸附技術（PSA）從(cong) 冷焦爐煤氣中分離氫氣，該工藝生產(chan) 的氫氣純度可達99.99％，從(cong) 上世紀80年代開始，我國寶鋼、鞍鋼、武鋼、本鋼、包鋼等鋼鐵企業(ye) 先後建設了多套100立方米/時至5000立方米/時、純度為(wei) 99.999％的焦爐煤氣變壓吸附製氫裝置，其中投產(chan) 運行時間長的一套已達20多年。我國有多家鋼鐵企業(ye) 采用PSA從(cong) 焦爐煤氣中分離氫氣，用作軋鋼廠保護性氣體(ti) 。

據了解，日本鋼鐵行業(ye) 每年提供約40億(yi) 標準立方米氫氣供應給燃料電池行業(ye) 使用，通過改進工藝，未來其供應量將進一步增加。另外，由於(yu) 大多數日本鋼廠位於(yu) 城市中心附近，所以未來城市所需的大部分清潔能源可由鋼廠負責供應。在我國，隨著氫電池開發、應用成本的降低，利用煉焦煤氣提氫將成為(wei) 焦爐煤氣資源化利用的新亮點。采用煉焦煤氣生產(chan) 氫氣將是未來煉焦煤氣資源化應用的新途徑。

四、焦爐煤氣用於生產直接還原鐵

傳(chuan) 統的煉鐵工業(ye) *依靠碳為(wei) 還原劑，隨著煉焦煤和焦炭資源的日益短缺，業(ye) 界正在開發資源節約、環境友好的氫冶金，用焦爐煤氣直接還原鐵是氫冶金重要的應用技術之一。由於(yu) 氫的還原潛能是一氧化碳的14倍，大力開發焦爐煤氣直接還原鐵，可以大大降低煉鐵過程對煉焦煤和焦炭的消耗。直接還原鐵生產(chan) 技術的關(guan) 鍵在於(yu) 還原性氣體(ti) （70％H2和30％C0）的製備，而焦爐煤氣中H2和甲烷含量分別在55％~60％和23％~27％，隻需將焦爐煤氣中的甲烷進行裂解（重整）即可獲得74％的H2和25％的CO，以此作為(wei) 直接還原生產(chan) 海錦鐵的還原性氣體(ti) 非常廉價(jia) 。

用焦爐煤氣生產(chan) 直接還原鐵的研究以HYL-ZR（自重整）希爾工藝技術為(wei) 基礎，其通過在自身還原段中生成還原氣體(ti) 而實現zuijia的還原效率，因此，該工藝無需使用外部重整爐設備或者其他的還原氣體(ti) 生成係統。采用HYL-ZR（自重整）希爾工藝用焦爐煤氣生產(chan) 直接還原鐵的生產(chan) 成本較低，直接還原鐵的金屬率可達94%。

五、焦爐煤氣用於(yu) 高爐欥煉鐵

高爐噴吹含氫介質強化氫還原已成為(wei) 當今冶煉工藝的熱點。首先，無論從(cong) 熱力學還是從(cong) 動カ學條件看，高溫下氫作為(wei) 鐵氧化物的還原劑比一氧化碳更具優(you) 勢；其次，氫還原的氣態產(chan) 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(chan) 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(yu) 焦爐煤氣的還原當量之比為(wei) 1：1，因為(wei) H2的還原潛能與(yu) CO的還原潛能之比為(wei) 14：1。因此，將焦爐煤氣通入高爐中同樣可以煉鐵，相當於(yu) 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(yu) 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(wei) 節能減排關(guan) 鍵技術進行開發，目前我國也已開始了高爐噴吹焦爐煤氣的研究，鋼鐵聯合企業(ye) 的焦化廠應關(guan) 注該技術的發展。

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(yu) 廣大企業(ye) 的勇於(yu) 探素，焦爐煤氣的應用領域拓展到製化肥、甲醇-二甲醚、提取甲烷製LNG和合成甲烷等。

1、焦爐煤氣製合成氨——尿素。早在20世紀60年代，我國本溪鋼鐵公司第二焦化廠開發了焦爐煤氣熱裂解技術用於(yu) 製純氫，與(yu) 空分氮氣合成氨，進而生產(chan) 尿素。

2、焦爐煤氣生產(chan) 甲醇。每生產(chan) 1噸甲醇可消耗焦爐煤氣2000立方米～2200立方米，對富餘(yu) 的煉焦煤氣消費非常可觀。以焦爐煤氣生產(chan) 甲醇500萬(wan) 噸計算，就可以消耗焦爐煤氣100億(yi) ～120億(yi) 立方米。因此，利用焦爐煤氣製甲醇、二甲醒、人造汽油等資源化開發利用比作為(wei) 燃料具有更大的經濟和社會(hui) 效益。為(wei) 推進甲醇燃料的應用，國家先後出台了M15、M85等甲醇汽油標準，山西、陝西、河南等地已經開始甲醇汽油的車用試點。

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％，其餘(yu) 為(wei) 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(ti) ，經進一步分離提純後可以得到甲烷體(ti) 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）。焦爐煤氣深度淨化後經甲烷化生產(chan) 天然氣（SNG/CNG/LNG）的技術，具有投資小、消耗低、無汙染、能量利用率高等優(you) 勢，是焦化企業(ye) 較佳的選擇。

七、焦爐煤氣直接生產合成氣

在焦化生產(chan) 中，從(cong) 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℃循環氨水卻至80℃～85℃，接著又在初冷器中被冷卻水冷卻到25C～40℃、650℃～700℃的高溫荒煤氣所帶出的顯熱相當於(yu) 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(wei) 充分利用這部分熱量，20世紀90年代，德國提出建立生產(chan) 兩(liang) 種產(chan) 品——焦炭和還原性氣體(ti) 的焦化廠，即高溫荒煤氣從(cong) 炭化室逸出後不冷卻，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(wei) 主要成分的合成氣體(ti) 。這種合成氣體(ti) 可以作為(wei) 生產(chan) 合成氨、生產(chan) 甲醇-二甲醚等的原料氣，也可以生產(chan) 直接還原鐵。

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（來源：工業(ye) 過程氣體(ti) 監測技術）