焦炉气合成天然气技术介绍

武汉科林

焦炉气合成天然气技术介绍武汉科林精细化工有限公司张先茂浙江海利普电子科技有限公司武汉科林精细化工有限公司

总经理

目录1 23焦炉气合成天然气技术介绍

项目介绍

科林公司简介

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技术背景焦炉煤气是在炼焦过程中产生的副产品，主要成分是氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳等。 2012年我国焦炭产量 4.43亿吨， 1吨焦炭可生

产 430方焦炉煤气，焦炉煤气发生量可达 1905亿方，扣除炼焦回炉自用， 1吨焦炭仍有 200多立方焦炉煤气富余，目前焦炉煤气一部分用来发电，一部分用来生产甲醇和制氢，还有相当一部分直接燃烧和排放，其利用率约为 55%,在浪费宝贵资源的同时，也对环境造成了极大的污染。随

着人们生活水平的提高，环保意识的增强，以及环保和可持续发展战略的需要，对焦炉煤气量的综合利用提出了更高的要求。面对全球金融危机的影响，国内钢铁及焦化企业处于艰难时期，焦炉煤气综合利用成为焦化企业抵御金融危机的关键道路，是提高焦化企业整体经济效益、实

现节能减排的重要措施和有效途径。

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技术背景天然气是一种高效、优质的清洁燃料。在亚洲天然气市场，受日本福

岛核电事故影响，东北亚地区，尤其是日本与韩国，对于天然气的需求进一步增加。中国经济发展与城市化进程推进，也驱动着天然气消费持续增长。 2012年中国天然气进口总量达 425亿立方米， 2013年中国天然气进口总量超过 500亿立方米，比 2012年增长 20%左右，预计到 2015年我国

天然气需求量达 2700亿立方米，进口天然气将超过 900亿立方米，对外依存度达 30%,国家面临严重能源危机。根据我国“油缺、气少、煤资源丰富的特点”,充分利用煤炭资源成为我国化解能源危机的有效途径。焦炉煤气制天然气可作为我国天然气缺口的补充，据统计，目前我国每年可利

用的焦炉煤气量超过 600亿立方米，可生产天然气( SNG ) 230亿立方米，资源十分丰富，相当于西气东输一期工程的气量。利用焦炉煤气生产 SNG,进一步生产 CNG或 LNG,符合国家产业政策。

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工艺原理焦炉煤气合成天然气就是将焦炉煤气中的 CO、 CO 2与 H2反应产生CH4,通过分离技术得到 CNG或 LNG,其主要工艺包括：焦炉气净化单元、甲烷化单元、分离、压缩单元或深冷液化单元，甲烷化单元是整套工艺的核心技术，其工艺流程框图如下：焦炉气压缩

脱苯脱萘除油活性炭脱硫压缩精脱油

氧化锌脱硫深度脱硫

二级加氢甲烷化废热回收分离冷却

中温脱硫

一级加氢变压吸附干燥净化

预加氢压缩深冷净化 CNG

加热

LNG

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净化工艺经化产后的焦炉煤气仍含有大量的苯、萘、焦油及硫化物，这些杂质的存在会对甲烷化催化剂的正常运行产生严重的影响，降低甲烷化催化剂活性，缩短催化剂寿命，影响产品质量，同时苯、萘、焦油及硫化物的存在会造成管道堵塞和设备腐蚀，因此焦炉煤气净化在整套工艺中起着举足轻重的作用。武汉科林作为全国气体净化专家，长期致力于气体净化技术的研究和相关产品的开发，具有较强的技术优势，净化产品广泛应用于全国焦化企业焦炉煤气制甲醇项目，市场占有率高达 30%以上。科林公司利用在焦炉煤气净化方面积累的技术优势，针对焦炉煤气制天然气技术要求，开发出了“焦炉煤气预处理+加氢脱硫工艺”。浙江海利普电子科技有限公司武汉科林精细化工有限公司

净化工艺1、预处理

针对焦炉煤气制天然气对原料气中苯、萘含量要求严格的特点，开发出了 W109脱萘剂，配套 TSA变温吸附工艺，脱萘剂循环再生使用。原料气经 W109工艺净化后苯小于 10ppm、萘小于 10ppm、焦油小于 10ppm,同时采用 W102活性炭脱硫剂将焦炉煤气中的 H 2 S脱除至

1ppm以下。彻底解决焦炉气压缩机常见的腐蚀和堵塞问题。 2、加氢脱硫预处理后的焦炉煤气经压缩后，再经高效脱油剂和 W109多功能吸附剂将苯、萘、焦油降至 1mg/Nm 3以下。精制后的气体提温至 240280℃进入预加氢、一级加氢、中温铁锰脱硫、二级镍钼加氢、中温氧

化锌脱硫、深度脱硫，将焦炉气总硫降至 10ppb以下，满足甲烷化要求。

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甲烷化工艺焦炉煤气甲烷化是实现焦炉煤气合成天然气的核心技术，武汉科林在总结、吸收合成氨工艺中甲烷化脱碳工艺经验基础上，经过多年的

深入研究，开发出了具有自主知识产权的多级循环低温甲烷化工艺，使甲烷化反应在较低温度下进行。根据甲烷化反应原理，甲烷化反应为放热反应，低温工艺利于甲烷化反应的发生，使甲烷化反应更彻底，抑制副反应产生。甲烷化催化剂作为科林公司专利产品，具有低温活性高、良好的耐

热性能、较长的使用寿命和抗积碳能力，催化剂在 250℃就具有较高的催化活性，耐热温度大于 800℃,确保了焦炉气甲烷化长期平稳运行。焦炉气经甲烷化反应后，

富甲烷气中 CO 2含量小于 50ppm,达到深冷技术要求。富甲烷气经分离压缩或深冷液化得到 CNG或 LNG产品。

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主要催化剂

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工艺特点1、采用部分循环与多级冷激相结合低温工艺，可减少循环量，降低能耗，减少设备投资。各级甲烷化入口 CO含量可自由调节，使各级甲烷化出口温度控制较低，既有利于甲烷化反应的顺利进行，又可抑制副反应的发生。脱硫与甲烷化工艺综合设计，工艺所需热量从甲烷化反应获取，能量综合利用率高，且多余热量可副产蒸汽。

2、采用 W109脱萘剂配套 TSA变温变压吸附工艺脱除焦炉煤气中的苯、萘及焦油，吸附剂可循环再生使用，有效降低生产成本。彻底解决因焦炉气原料性质带来的压缩机常见问题。

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工艺特点3、国内二十余家焦炉气制甲醇企业成熟的焦炉气加氢净化工艺及催化剂应用；新型加氢催化剂提高了有机硫加氢转化能力，确保有机硫脱除精度，针对 LNG工艺精脱硫工段采用自主开发的深度脱硫剂，将合成气中总硫含量降至 10ppb以下。 4、采用新型甲烷化催化剂，该催化剂具有低温活性高，热稳定性好，抗积碳性强等特点，同时还具有良好的烯烃饱和及脱氧性能。

其突出优点是不产生氨合成副反应，避免深冷液化工段设备堵塞。 5、深冷净化前采用新型脱汞剂，可将合成天然气中的汞脱至 0.01μ g/Nm 3以下，有效减缓换热器腐蚀；浙江海利普电子科技有限公司武汉科林精细化工有限公司

科林案例时间 2009年 8月应用单位太工天成装置规模 5万 m 3/d焦炉气液化项

备注提供净化剂、脱硫剂

2009年 10月 2010年 12月

山东铁雄能源集团有限公司乌海华清能源科技有限公司

5000Nm 3/天焦炉气甲烷化合成天然气中试装置 12万 Nm 3/天焦炉气甲烷化制 CNG装置

提供预处理催化剂及加氢脱硫催化剂该项目为国内首套焦炉气制 CNG工业示范装置，由武汉科林公司提供工艺包、催化剂、甲烷化反应器及相关技术服务。提供苯萘吸附剂、脱硫剂、脱油剂及开车服务。

2013年 1月

内蒙古恒坤化工有限公司

3亿 Nm 3/年焦炉气甲烷化制 LNG项目

2013年 5月

河南京宝新奥新能源有限公司冀中能源井矿集团

2.4亿 Nm 3/年焦炉气甲烷化制 LNG项目2.4亿 Nm 3/年焦炉气甲烷化制 CNG项目一期工程

提供预处理吸附剂、铁锰脱硫剂、氧化锌脱

硫剂、深度脱硫剂、脱汞剂及开车服务。该项目由我公司 EPC总承包，由武汉科林公司提供工艺包、详细工程设计、催化剂及全体设备

2013年 6月

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焦炉气净化案例应用单位建滔(河北)焦化化工有限公

应用单位山西建滔万鑫达化工有限责任公

应用单位平煤集团首山焦化厂

司山西天浩化工股份有限公司

司山西建滔潞宝化工有限责任公司

四川达州钢铁集团有限公司

黑龙江黑化股份有限公司

山西光大焦化气源有限公司

云南曲靖大为焦化有限公司

山西通洲煤焦集团股份有限公司内蒙古恒坤化工有限公司

山西永鑫焦化有限公司

内蒙古庆华集团

唐山万丰兴化工产品有限公司

宁夏庆华集团煤化工有限公司河北定州天鹭新能源有限公司

冀中能源井矿集团

山西焦化股份有限公司

金宝新奥新能源有限公司

乌海华清能源科技有限公司

河北金牛旭阳焦化有限公司

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研究成果

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研究成果 2012年 6月，武汉科林“焦炉气甲烷化制天然气项目”相关 4种产品送“湖北省石油化工产品暨化学试剂质量监督检验站”检测，各指标均达到并超过相关标准；

2012年 7月，本项目通过武汉市科技局技术成果鉴定，鉴定意见认为本项目催化剂产品及采用的甲烷化工艺已工业化应用，其综合水平达到国内领

先，具有很好的社会效益和经济效益；

2013年“焦炉气甲烷化工艺及催化剂研究”成果，获武汉市科学技术进步奖，并先后获武汉市和国家创新基金支持；

2012年 12月本项目获得武汉市科技局、财政局联合颁发的科技立项证书，同年本项目获得武汉市科技进步奖， 2013年 12月该项目又获得国家科技局、财政局联合颁发的科技立项证书。目前我公司正与河北冀中能源井陉矿业集团有限公司一同就“ 9.0× 10 7 Nm³/年焦炉煤气制 CNG项目”申报河

北省科技进步奖的事宜而努力。

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相关证明

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项目介绍科林公司简介

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项目概况冀中能源井矿集团新晶科技有限公司焦炉气甲烷化制

9.0× 10 7 Nm³/年 CNG项目的一期工程“年产 3.0× 10 7 Nm³/年 CNG+ 1.1× 10 7 Nm³/年氢气”是采用武汉科林精细化工有限公

司的全套焦炉气净化、甲烷化技术，所有技术、催化剂及装备均实现国产化。本项目已于 2013年 6月初完成工艺系统的单机调试和全部控制系统联动调试。 6月 30日完成催化剂的硫化还原工作，同时焦炉气以 30%设计负荷投料试生产，并产出合格的产品。截至目前已经连续运行 5个多

月，期间完成了从 30%负荷、 50%负荷、 70%负荷、 100%生产负荷，系统运行稳定，设备运行良好，产品 CNG甲烷含量达 97%,氢气纯度 99.99%。全套焦炉气净化、甲烷化技术、催化剂及装备均实现国产化。浙江海利普电子科技有限公司武汉科林精细化工有限公司

冀中能源项目工艺流程焦炉气：又称焦炉煤气。是指用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品。变压吸附：通过压力变化的物理作用提取甲烷的过程。产品合成天然气

加压：通过原料气压缩机加压到 25kg/cm2。左图为：冀中能源项目现场原料气压缩机。

甲烷化：关键部分在甲烷化催化剂的作用下，原料焦炉气中的 CO、 CO 2、 H 2反应生成 CH 4的过程。右图为：冀中能源项目现场甲烷化反应器。

净化：本项目极为关键的部分，我公司通过多种催化剂联用达到出口总硫小于 0.010mg/m 3的效果。

左图为冀中能源项目现场净化系统。分别为： W109脱苯脱萘剂 W210有机硫转化 W704转化吸收型脱硫剂 W305氧化锌精脱硫剂 W305A深度脱硫剂

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甲烷化过程冀中能源项目现场运行情况甲烷化系统设计目标控制各级入

口总碳< 4%,确保各级甲烷化出口温度≤ 500℃,要求进入变压吸附入口CH 4≥ 59%。实际操作中三级甲烷化出口总碳< 0.008%;甲烷浓度 62~ 72%,装置运行六个月以来，各项指标到达设计要

求。

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设备运行情况1、湿式螺旋气柜本次项目采用两座 5000 Nm³湿式螺旋气柜，一座用于焦炉气缓冲

另一座用于合成天然气缓冲。该设备于 2012年 11月完成施工和沉降试验， 12月完成气柜的升降试验。单项竣工验收报告于 2013年初提交业主。在 5个月试生产期间，该气柜上升、下降平稳，液位标识清晰，液

位远传准确，出口压力稳定 3KPa。运行期间最高运行 4200 Nm³,最低运行 200 Nm³均保持了可靠和稳定，并经受了北方大风气候考验。 2、原料气压缩机

本次项目采用三台焦炉气压缩机，该机采用三级压缩。三级排

压0.80~ .9MPa(G),各级出口温度< 130℃;焦炉气压缩机的问题通常是焦油、萘堵塞气阀。采用我公司的预处理系统后，压缩机入口无积碳、

无结块，半年运行良好，运行 4000小时气阀，缸体非常清洁。

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