焦炉煤气的净化和有效利用途径
摘 要:随着我国钢铁工业的发展，焦化行业进入到一个大发展时期。大量焦炉煤气的产生，为焦炉煤气的合理开发利用提出了新的课题。焦炉煤气的有效利用可产生巨大的经济效益，并且可避免环境污染和二次能源的浪费。
界已探明的煤炭储量为9844亿吨，其中炼焦煤储量为1752亿吨，占全部煤炭储量的17.8%。我国的炼焦煤（指气煤、肥煤、焦煤、瘦煤）资源主要分布于山西、山东、贵州、安徽、河南、河北、陕西、新疆、黑龙江等省。截止2001年底探明的储量约为588.25亿吨，约占世界炼焦煤总储量的34%。
1 我国焦炉煤气的生产和使用概况
我国是个产煤、焦炭大国，以吨煤产气320m3计算，2005年我国产焦炭2.5412亿吨,用煤达3亿余吨，可产气1000余亿m3。2006年焦炭产量略高于2005年。保守计算以40%焦炉自用，尚余600亿m3可外供。相当于西气东输工程的4倍多（西气东输工程设计年供气量120亿m3）。由此可见，焦炉煤气每年产量十分可观。
据有关统计，2005年全国有焦化厂1300余家，其中焦炭生产能力超过100万吨以上的企业达43家，总产量为85297万吨，占全国总产量的35.1%。全国年产焦炭产能近3亿吨，日产焦炉煤气将近3亿m3。2005年我国新建焦炉61座，新增产能约2736万吨。筹划将于2007-2008年建设的焦炉约61座，总计产能将达到3970万吨。其产生的煤气除工厂自用约40%外，约40%作为城市煤气，其余作为它用。目前将焦炉煤气充分利用及进行深加工的企业为数不多，有的甚至直接放空，造成二次能源的极大浪费及环境污染。
2 焦炉煤气的利用
2.1焦炉煤气的净化
与石油资源相比，我国的煤炭储量十分丰富，结合当前焦炭市场需求旺盛的局面，必将会产生大量的焦炉煤气。焦炉煤气与天然气相比，无论热值、燃烧产物，还是洁净度，都不如天然气。天然气、焦炉煤气组分见表1。
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焦炉煤气欲得到进一步利用，必须对其进行净化。未经净化的荒煤气不能得到利用，这是因为未经净化的煤气中含有大量的煤焦油、粗苯、氨、氮、萘、SO2等物质以及CO2等温室气体。其中SO2是生成酸雨的主要成因。
2.2焦炉煤气的利用
煤在焦炉炭化室中经高温加热形成焦炭的同时会裂解生成气态和液态产物，均以气态的形式从炭化室中逸出。荒煤气经鼓风冷凝、粗苯、脱硫脱萘、硫铵、脱酚等回收工艺以后的煤气才能称之为焦炉煤气。在此之前的煤气被称之为荒煤气。其与土法炼焦生产的煤气的组分基本相同。荒煤气中所含的有机物质达数百种，因此是一种很有利用价值的化工原料。采用不同的化工回收工艺就可得到不同的化工产品：如焦炉煤气可通过加氢制成甲醇，方法可一般用合成法，在不同的催化剂作用下，采用不同的工艺条件，单产甲醇或与合成氨连产甲醇。目前连产甲醇基本都是通过CO和CO2加氢制成，其反应式为：
CO+2H2=CH3OH
CO2+3H2=CH3OH+H2O
合成后的粗甲醇，经预精馏脱除甲醚后得成品甲醇，或在制甲醇的工艺中经分离制取甲醚。以上这些都是焦炉煤气成熟并有效的利用方法，不但具有可观的经济效益，而且环境效益也十分显著。
2.3焦炉煤气利用的经济价值
焦炉煤气不仅是一种优质燃料也是一种优质化工原料。作为燃料其燃烧产出的热能可用来发电，作为化工原料可生产合成氨、甲醇、提取粗苯等系列产品。其生产的甲醇加入汽油中可作为汽车燃料代替汽油（加入量可达汽油的15%）。
2005-2006年，安徽淮北焦化厂、山东腾洲盛隆、云南曲靖焦化厂、河北建稻焦化厂、山东海化煤化公司、山东红日煤阿康公司、山西益兴焦化公司等企业及一些新建和在建以及拟建的焦炉，有很多已采用了焦炉煤气的深加工技术，企业投资4亿～53.8亿元、生产规模8万～60万吨不等；生产的产品为甲醇及粗苯、煤焦油。
焦炉煤气的利用，缓解了因天然气的价格不断升高给甲醇生产企业带来的压力。对焦炉煤气进行深加工，净化后得到的化工产品的经济效益十分可观。据有关资料，2005年9月至2006年10月国内化工产品的价格见表2：
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从表2可见，煤气中提炼出的化工产品的价格呈现出逐年走高的趋势。我国目前可从焦炉煤气中提炼化工产品百余种，但对于焦炉煤气的综合开发利用率仍非常有限，综合利用技术发展缓慢。如不能很好地利用现有能源，能源的浪费、紧缺，以及国家在发展中对能源的大量需求必将成为制约我国经济发展的瓶颈。
2.4焦炉煤气利用工艺
墨西哥HYL公司采用的ZR工艺，利用焦炉煤气直接还原铁的方法对其进行冶炼，既可增加经济效益，降低成本，又可极大地减少CO2的排放量。其工艺流程的特点是：（1）在还原气氛条件下，在向反应器入口输入额外能量之前，部分焦炉煤气已经在氧气的作用下进行燃烧，使反应器进口处还原气体的温度大于1000℃。而反应器内部因化学反应的吸热作用还原区域的温度仅有820℃，所以球团铁矿不会因温度高而烧结和粘连；（2）当还原气体与反应器内部的球团矿接触时，由于金属铁的催化作用会使甲烷发生即时转化；（3）可以通过调节主要工艺参数和气体成分，达到控制金属化水平和碳水平。
采用HYL-ZR工艺时，直接还原铁所需的焦炉煤气热量为9.5GJ/吨铁，直接还原铁金属率为94%，含碳量为4%。38100m3/h（相当于140万t/a规模焦化厂）的焦炉煤气可生产65吨铁，焦炉煤气的热值为16211kJ/m3（即3878kcal/m3），相当于年产直接还原铁50万吨。由此可见这一冶炼方法的经济效益。
3 结语
（1）焦炭市场的快速发展，必然产生炼焦副产品。对焦炉煤气的深度净化以及化工产品的提取、回收、利用等，涉及到资金的投入，直接关系到企业的经济效益。由于对工程投资与化工产品的收益尚没有进行收益率对比，所以工程的偿还年限还不能确定。因此新建工程必须先进行经济分析，以确定可采用的有效工艺流程，得到理想的经济收益。
（2）对焦炉煤气的利用重在开发。此前对其的利用仅停留在作为城镇居民的燃料，而从煤气中提取甲醇为焦炉煤气的应用开辟了一条新的途径。
（3）焦炉煤气直接用于冶炼，还原铁是一个很好的应用方法；焦炉煤气的应用开发前景非常广阔，从焦炉煤气可提炼出的数百种化工产品来看，其不但延长了炼焦综合利用的产业链条，还可将低附加值的焦炉煤气转化为高附加值的产品。因此对它必须进行深度净化综合利用，走可持续发展的循环经济道路。
参考文献:（略）
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