銳意自控|鋼鐵焦化行業(yè)焦?fàn)t煤氣利用技術(shù)及紅外煙氣分析儀器介紹

隨著焦化行業(yè)的發(fā)展，焦?fàn)t煤氣除部分返回焦?fàn)t加熱外，剩余主要作為城市煤氣，還有相當(dāng)數(shù)量的焦?fàn)t煤氣會通過火炬燃燒放空。據(jù)估計每年約有350×108m3以上的焦?fàn)t煤氣未被有效利用而付之一炬，這不僅造成環(huán)境污染，還浪費(fèi)了大量能源。根據(jù)焦?fàn)t煤氣的特點(diǎn)（含氫量高），我國焦化行業(yè)應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)出符合企業(yè)特點(diǎn)的應(yīng)用技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)煤氣資源的優(yōu)化開發(fā)利用，增加焦?fàn)t煤氣的利用價值，增強(qiáng)煉焦行業(yè)的整體競爭力。近年來，我國焦?fàn)t煤氣利用程度不斷提高，在開發(fā)利用技術(shù)方面進(jìn)行了一系列探索，本文總結(jié)出七種常用的焦?fàn)t煤氣綜合利用節(jié)能技術(shù)。

一、焦?fàn)t煤氣用作氣體燃料

焦?fàn)t煤氣是的中熱值氣體燃料，其熱值為17兆焦~19兆焦/標(biāo)準(zhǔn)立方米，煤氣的主要成分（體積百分比）為氫55％~60％、甲烷23％~27%、一氧化碳5％~8％，含兩個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。由于我國油氣資源缺乏，為解決大中城市民用燃?xì)饩o張的問題，20世紀(jì)80年代焦?fàn)t煤氣曾一度廣泛應(yīng)用于民用燃?xì)忸I(lǐng)城。目前，在天然氣還沒有通達(dá)而焦化行業(yè)有一定基礎(chǔ)的地區(qū)，焦?fàn)t煤氣仍是民用煤氣和其他工業(yè)生產(chǎn)的主要?dú)怏w燃料提供者。如我國景德鎮(zhèn)等地將焦?fàn)t煤氣用作陶瓷廠窯爐的加熱燃料，生產(chǎn)出的陶瓷制品。此外，焦?fàn)t煤氣還可用作水泥和玻璃等工業(yè)生產(chǎn)的燃料。

二、利用焦?fàn)t煤氣發(fā)電

由于焦?fàn)t普遍采用了的煙氣余熱回收技術(shù)，約有50％~55％的焦?fàn)t煤氣富余，我國許多焦化企業(yè)將剩余的焦?fàn)t煤氣用于發(fā)電。焦?fàn)t煤氣發(fā)電有三種方式，分別為蒸汽發(fā)電（熱電聯(lián)產(chǎn)）、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電和內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，目前這幾種發(fā)電方式在國內(nèi)均有應(yīng)用，技術(shù)成熟。如果焦化企業(yè)與高電耗生產(chǎn)匹配或與發(fā)供電企業(yè)聯(lián)營，且上網(wǎng)電價合適，焦?fàn)t煤氣用于發(fā)電可作為優(yōu)先選擇的技術(shù)路之一。其運(yùn)行與管理簡便，生產(chǎn)作業(yè)間長，可采取多種方式，企業(yè)收益穩(wěn)定。

1、蒸汽發(fā)電，熱電聯(lián)產(chǎn)供熱與發(fā)電兼用。蒸汽發(fā)電由鍋爐-凝氣式氣輪機(jī)-發(fā)電機(jī)組成。該工藝以焦?fàn)t煤氣作為熱源燃燒鍋爐，生成高壓蒸汽，用以帶動汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)而發(fā)電。蒸汽發(fā)電技術(shù)過關(guān)、成熟可靠。在我國焦化行業(yè)應(yīng)用較廣泛，但其系統(tǒng)復(fù)雜、占地面積大、啟動時間長。

2、焦?fàn)t煤氣用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電是用焦?fàn)t煤氣直接燃燒，驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)以帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組設(shè)備緊湊、占地少、效率高、效益好、啟動速度快。不過，燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行一段時間后必須遠(yuǎn)距離運(yùn)回制造廠檢修，因此需要較多的備品，要求工人有較高的技術(shù)素質(zhì)。

3、燃?xì)?mdash;—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（CCPP）。該技術(shù)的基本原理是將剩余的焦?fàn)t煤氣和回收的高爐煤氣經(jīng)凈化、混合、加壓后送往燃?xì)廨啓C(jī)燃燒、膨脹做功，帶動燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組發(fā)電。同時燃?xì)廨啓C(jī)排放的高溫?zé)煔饧訜嵊酂徨仩t，產(chǎn)生蒸汽，帶動蒸汽輪發(fā)電機(jī)組，形成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。燃?xì)?mdash;—蒸汽聯(lián)合發(fā)電是熱能資源的梯級綜合利用，其發(fā)電效率高達(dá)45％以上，實(shí)現(xiàn)了鋼電聯(lián)產(chǎn)，目前我國的濟(jì)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(shù)。

4、用煤氣內(nèi)燃機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。我國山東、山西、寧夏、安微、河北、新疆、內(nèi)蒙古、云南、江蘇等地的一些焦化廠采用煤氣內(nèi)燃機(jī)發(fā)電?？晒┻x擇的焦?fàn)t煤氣內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組有400千瓦、500千瓦、1200千瓦和2000年瓦。目前焦化行業(yè)大多采用的是500千瓦焦?fàn)t煤氣內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組。按焦?fàn)t煤氣熱值（低熱值）16720千焦/立方米計算，1立方米焦?fàn)t煤氣可發(fā)電1.1千瓦時。

三、利用焦?fàn)t煤氣制氫

焦?fàn)t煤氣中的氫含量達(dá)55％~60％，是重要的氫資源提供者。目前，焦?fàn)t煤氣制氫的主要方法是采用變壓吸附技術(shù)（PSA）從冷焦?fàn)t煤氣中分離氫氣，該工藝生產(chǎn)的氫氣純度可達(dá)99.99％，從上世紀(jì)80年代開始，我國寶鋼、鞍鋼、武鋼、本鋼、包鋼等鋼鐵企業(yè)先后建設(shè)了多套100立方米/時至5000立方米/時、純度為99.999％的焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫裝置，其中投產(chǎn)運(yùn)行時間長的一套已達(dá)20多年。我國有多家鋼鐵企業(yè)采用PSA從焦?fàn)t煤氣中分離氫氣，用作軋鋼廠保護(hù)性氣體。

據(jù)了解，日本鋼鐵行業(yè)每年提供約40億標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣供應(yīng)給燃料電池行業(yè)使用，通過改進(jìn)工藝，未來其供應(yīng)量將進(jìn)一步增加。另外，由于大多數(shù)日本鋼廠位于城市中心附近，所以未來城市所需的大部分清潔能源可由鋼廠負(fù)責(zé)供應(yīng)。在我國，隨著氫電池開發(fā)、應(yīng)用成本的降低，利用煉焦煤氣提氫將成為焦?fàn)t煤氣資源化利用的新亮點(diǎn)。采用煉焦煤氣生產(chǎn)氫氣將是未來煉焦煤氣資源化應(yīng)用的新途徑。

四、焦?fàn)t煤氣用于生產(chǎn)直接還原鐵

傳統(tǒng)的煉鐵工業(yè)*依靠碳為還原劑，隨著煉焦煤和焦炭資源的日益短缺，業(yè)界正在開發(fā)資源節(jié)約、環(huán)境友好的氫冶金，用焦?fàn)t煤氣直接還原鐵是氫冶金重要的應(yīng)用技術(shù)之一。由于氫的還原潛能是一氧化碳的14倍，大力開發(fā)焦?fàn)t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(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵在于還原性氣體（70％H2和30％C0）的制備，而焦?fàn)t煤氣中H2和甲烷含量分別在55％~60％和23％~27％，只需將焦?fàn)t煤氣中的甲烷進(jìn)行裂解（重整）即可獲得74％的H2和25％的CO，以此作為直接還原生產(chǎn)海錦鐵的還原性氣體非常廉價。

用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵的研究以HYL-ZR（自重整）希爾工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，其通過在自身還原段中生成還原氣體而實(shí)現(xiàn)zuijia的還原效率，因此，該工藝無需使用外部重整爐設(shè)備或者其他的還原氣體生成系統(tǒng)。采用HYL-ZR（自重整）希爾工藝用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵的生產(chǎn)成本較低，直接還原鐵的金屬率可達(dá)94%。

五、焦?fàn)t煤氣用于高爐欥煉鐵

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(diǎn)。首先，無論從熱力學(xué)還是從動カ學(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)的勇于探素，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。

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、二甲醒、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(diǎn)。

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。

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(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。

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②多組分測量氣體間基本無交叉干擾，測量準(zhǔn)確度高；

③數(shù)據(jù)管理簡捷，可通過多種接口傳輸?shù)缴霞壖锌刂葡到y(tǒng)；

④配置專業(yè)化預(yù)處理方案，自動化程度高，無需人工值守即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線監(jiān)測。

（來源：工業(yè)過程氣體監(jiān)測技術(shù)）