焦?fàn)t煤氣的傳統(tǒng)利用方式是作為不同加熱設(shè)備的氣體燃料。與固體燃料相比較, 有使用便捷、可以管道輸送和傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn), 受到工業(yè)和民用的青睞。

工業(yè)燃?xì)? 焦?fàn)t煤氣作為氣體燃料, 可用于焦?fàn)t加熱、軋鋼加熱爐、高爐熱風(fēng)爐、燒結(jié)點(diǎn)火等。但隨著企業(yè)內(nèi)能量利用率的提高和替代燃料(如高爐煤氣) 的使用, 加熱所需要的焦?fàn)t煤氣量將不斷減少。

民用燃?xì)? 焦化廠生產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣經(jīng)過(guò)凈化后, 作為燃?xì)饪晒┊?dāng)?shù)鼐用袷褂谩５? 近幾年來(lái)隨著西氣東輸工程的實(shí)施, 沿線大中城市作為民用燃料的焦?fàn)t煤氣將逐漸被天然氣替代(例如北京居民用燃?xì)庖讶坎捎锰烊粴?。所以,這部分焦?fàn)t煤氣的需求量也在逐漸減少。

綜上所述, 雖然目前作為加熱燃料仍是焦?fàn)t煤氣的主要利用途徑之一, 但其焦?fàn)t煤氣的需求量正在逐漸下降。

將焦?fàn)t煤氣用于發(fā)電，是近幾年來(lái)焦?fàn)t煤氣的主要利用途徑之一。我國(guó)焦?fàn)t煤氣發(fā)電一般有三種方式: 蒸氣發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電和內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。

對(duì)于獨(dú)立焦化廠而言, 在利用焦?fàn)t煤氣發(fā)電時(shí), 多采用的是燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)技術(shù), 其設(shè)備投資較小且焦?fàn)t煤氣成本低, 所以經(jīng)濟(jì)效益顯著。

而對(duì)于國(guó)內(nèi)大中型鋼鐵企業(yè)而言, 在利用焦?fàn)t煤氣發(fā)電時(shí), 多采用的是燃?xì)?蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(CCPP), 普遍存在設(shè)備一次性投資大、維護(hù)及備件費(fèi)用高、電價(jià)居高不下等問(wèn)題。

由此看來(lái), 對(duì)于鋼鐵企業(yè)內(nèi)部的焦化廠發(fā)電并不是利用焦?fàn)t煤氣的最佳途徑。

焦?fàn)t煤氣中氫氣資源相當(dāng)豐富, 氫氣的體積百分含量超過(guò)50%。目前利用焦?fàn)t煤氣制氫的方法主要有深冷法和變壓吸附法。

深冷法是利用焦?fàn)t氣中各主要成分冷凝溫度的不同, 以深度冷凍部分冷凝的方法使氫與其它氣體組分分離, 最后用液氮洗以脫除氣體中剩余的CO 和CH4, 最終得到的氣體中含有83% ~88%的氫, 其余為氮。深冷法是COG 制氫應(yīng)用最早、技術(shù)最成熟的方法, 適宜于焦?fàn)t氣的綜合利用, 它不僅能回收氫氣, 還能回收CH4、CO等。但其缺點(diǎn)是所用設(shè)備復(fù)雜且需在高壓下操作, 這使得深冷裝置投資大、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高、投資回收期長(zhǎng), 因此難以被大多數(shù)焦化廠接受。

變壓吸附法(PSA法) 是利用氣體組分在固體材料上吸附特性的差異以及吸附量隨壓力變化而變化的特性, 通過(guò)周期性的壓力變換過(guò)程實(shí)現(xiàn)氣體的分離或提純。PSA法利用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)純 H2, 在我國(guó)已有多年的歷史, 其生產(chǎn)技術(shù)成熟, 經(jīng)濟(jì)合理, 特別是與水電解法制H2比較,效益更顯著。但焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)純 H2存在必須具備管道輸送的固定用戶的限制, 一旦用戶發(fā)生變化, 很難維持正常生產(chǎn), 只能轉(zhuǎn)產(chǎn)。

綜上所述, 雖然利用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)氫氣的技術(shù)成熟且經(jīng)濟(jì)合理, 但受氫氣產(chǎn)量的限制, 其焦?fàn)t煤氣消耗量并不大。因此, 制氫氣并不能作為鋼鐵企業(yè)利用焦?fàn)t煤氣的主要途徑。

焦?fàn)t煤氣組分中甲烷含量(體積分?jǐn)?shù)) 為24% ~ 28%, 只需將甲烷轉(zhuǎn)化成一定比例的CO和H2, 即可大體滿足合成甲醇的合成氣比例要求。

合成甲醇的主要反應(yīng)如下:

CO+2H2=CH3OH+Q

CO2+3H2=CH3OH+H2O+Q

煤氣中甲烷及高碳烴轉(zhuǎn)化成合成氣后, 在60MPa壓強(qiáng)下即可完成甲醇合成, 流程短, 反應(yīng)速度快, 焦?fàn)t煤氣利用率高, 一般2000~2200m3焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)1t甲醇。

對(duì)于鋼鐵企業(yè)而言, 要利用焦?fàn)t煤氣合成甲醇主要存在以下兩方面問(wèn)題:①需要有充足的焦?fàn)t煤氣富余量。生產(chǎn)1t甲醇需消耗2000~2200m3 的焦?fàn)t煤氣, 一個(gè)年產(chǎn)10萬(wàn)t甲醇的項(xiàng)目每小時(shí)焦?fàn)t煤氣的消耗量為25000m3。②投資規(guī)模較大。一個(gè)年產(chǎn)20萬(wàn)t甲烷的項(xiàng)目, 總投資高達(dá)4億元。

理論上講, 焦?fàn)t煤氣不需要經(jīng)過(guò)熱裂解, 就可直接供給氣基豎爐生產(chǎn)海綿鐵。其工藝過(guò)程為: 將焦?fàn)t煤氣和豎爐頂氣混合而成的還原氣在加熱爐中加熱, 然后直接通入到直接還原爐中生產(chǎn)直接還原鐵(DRI)。在此過(guò)程中, 焦?fàn)t煤氣作為還原過(guò)程的還原氣, 而高爐煤氣則作為燃料用于加熱還原氣體。

然而, 利用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵, 雖然技術(shù)上可行, 但距離規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有一定的距離。焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)DRI沒(méi)有發(fā)展起來(lái),有兩大主要原因:

(1) 焦?fàn)t煤氣資源問(wèn)題

對(duì)于鋼鐵企業(yè)內(nèi)部的焦化廠而言, 焦?fàn)t煤氣主要用于鋼鐵廠內(nèi)熱能平衡, 其富余的焦?fàn)t煤氣量不足以供應(yīng)DRI的生產(chǎn)需求。而對(duì)于獨(dú)立焦化企業(yè)而言, 焦?fàn)t煤氣約40%~50%用于加熱焦?fàn)t, 其剩余氣量也很難滿足DRI生產(chǎn)的需要。

近幾年來(lái), 雖然焦炭生產(chǎn)能力大幅度提高, 產(chǎn)生了大量富余焦?fàn)t煤氣。然而, 根據(jù)Midrex 法換算, 生產(chǎn)1tDRI需要約700m3焦?fàn)t煤氣, 年產(chǎn)100萬(wàn)tDRI需7億m3焦?fàn)t煤氣, 相當(dāng)于一個(gè)300萬(wàn)t的焦化廠一年產(chǎn)生的全部焦?fàn)t煤氣量。無(wú)論是鋼鐵廠中的焦化廠還是獨(dú)立焦化廠, 目前都很難在一個(gè)地點(diǎn)集中7億m3 的焦?fàn)t煤氣。

(2) 富鐵礦資源問(wèn)題

生產(chǎn)DRI是固態(tài)還原, 與高爐煉鐵相比,不能排渣, 因此要求鐵礦品位在66%以上。中國(guó)沒(méi)有高品位鐵礦, 要生產(chǎn)直接還原鐵必須依賴人造富礦或進(jìn)口高品位鐵礦, 而這大幅增加了生產(chǎn)DRI的成本, 為焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵制造了障礙。

綜上所述, 在目前的原料、燃料條件下, 要將焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵技術(shù)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化仍有一段較長(zhǎng)的路要走。

高爐噴吹焦?fàn)t煤氣是指將焦?fàn)t產(chǎn)生的多余的焦?fàn)t煤氣經(jīng)過(guò)凈化處理, 通過(guò)設(shè)備加壓至高于風(fēng)口壓力, 然后利用類似噴煤的噴吹設(shè)施, 通過(guò)各個(gè)支管噴入高爐風(fēng)口。

高爐噴吹焦?fàn)t煤氣的主要工藝特點(diǎn)如下:①為高爐提供更好的還原劑;②還原產(chǎn)物環(huán)保; ③提高焦?fàn)t煤氣價(jià)值, 改善能量利用率; ④噴吹工藝簡(jiǎn)便, 技術(shù)成熟, 設(shè)備投資小。

目前高爐噴吹焦?fàn)t煤氣的最大問(wèn)題是焦?fàn)t煤氣的來(lái)源。作為優(yōu)質(zhì)燃料的焦?fàn)t煤氣在各鋼鐵廠普遍存在著供應(yīng)緊缺的現(xiàn)象。然而, 從國(guó)內(nèi)總體狀況和各企業(yè)的實(shí)際情況分析, 仍然存在許多規(guī)模和數(shù)量不等的焦?fàn)t煤氣供應(yīng)源。對(duì)于有焦化廠的鋼鐵聯(lián)合企業(yè), 自產(chǎn)焦?fàn)t煤氣基本得到利用,主要用于焦?fàn)t加熱、軋鋼加熱爐、高爐熱風(fēng)爐、燒結(jié)點(diǎn)火以及燃燒發(fā)電等。但是, 隨著企業(yè)內(nèi)能量利用率的提高和替代燃料的使用, 加熱所需要的焦?fàn)t煤氣將不斷減少, 焦?fàn)t煤氣會(huì)有一定的富裕量供高爐噴吹。

另外, 基于上面的分析, 將焦?fàn)t煤氣用于發(fā)電的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于將焦?fàn)t煤氣用于高爐噴吹, 所以將用于發(fā)電的焦?fàn)t煤氣也改用高爐噴吹, 則能更好地體現(xiàn)焦?fàn)t煤氣的價(jià)值和使用效果。因此, 對(duì)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)來(lái)說(shuō), 應(yīng)盡可能多地將焦?fàn)t煤氣供給高爐噴吹。綜上所述, 高爐噴吹焦?fàn)t煤氣具有工藝成熟、設(shè)備技術(shù)投資小、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是需要特別指出的是, 在焦?fàn)t煤氣的供應(yīng)量相對(duì)并不多, 且存在一定的波動(dòng)的情況下, 高爐噴吹焦?fàn)t煤氣不是噴煤的替代品, 而是噴煤的補(bǔ)充和完善, 以期獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。