中国焦炉煤气综合利用节能技术 未来三年将迎来项目密集投产期

欲了解更多焦化行业的未来发展前景，可以点击查看中研普华产业院研究报告《2023-2028年中国焦化行业深度分析及发展前景预测报告》。

我国是全球碳排放量最大的国家，为阻止全球气温变暖，中国已向全球承诺，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。在碳达峰、碳中和战略背景下，焦炉煤气制天然气项目建设前景较好。

焦炉煤气制天然气一举多得，既能提高焦炉煤气综合利用率，也能降低天然气对外依赖度，还能减少二氧化碳排放。目前我国已具备大力发展焦炉煤气制天然气的优势，随着国家对其重视度提升，未来三年我国焦炉煤气制天然气将迎来项目密集投产期。

进一步加强行业关键技术、工艺、装备研发和推广应用。有效降低能耗、物耗、水耗和污染物排放量，重点是提高余热回收利用、水循环利用、固废资源化利用效率，更加注重源头控制、过程管理和末端治理的有机结合。适应高炉大型化加强高炉用焦特质研究、炼焦用煤研究，尤其要从可持续发展角度研究焦炭质量提高对炼焦煤资源的需求等问题。坚持产学研相结合的创新机制，切实解决行业企业生存发展中的关键技术及配套装备难题。

持续推进“两化”融合。开发焦化工艺流程信息化与智能化技术，提高智能制造水平；推广自动化、信息化管控技术在焦化行业生产组织与经营管理中的应用，并及时总结先进技术成果和先进管理经验，求真务实，提高投入产出效果。

1、焦炉煤气用作气体燃料

焦炉煤气是优质的中热值气体燃料，其热值为17兆焦~19兆焦/标准立方米，煤气的主要成分（体积百分比）为氢55%~60%、甲烷23%~27%、一氧化碳5%~8%，含两个以上的碳原子的不饱和烃2%~4%，以及少量的二氧化碳、氮、氧等。由于我国油气资源缺乏，为解决大中城市民用燃气紧张的问题，20世纪80年代焦炉煤气曾一度广泛应用于民用燃气领城。目前，在天然气还没有通达而焦化行业有一定基础的地区，焦炉煤气仍是民用煤气和其他工业生产的主要气体燃料提供者。如我国景德镇等地将焦炉煤气用作陶瓷厂窑炉的加热燃料，生产出优质的陶瓷制品。此外，焦炉煤气还可用作水泥和玻璃等工业生产的燃料。

2、利用焦炉煤气发电

由于焦炉普遍采用了高效的烟气余热回收技术，约有50%~55%的焦炉煤气富余，我国许多焦化企业将剩余的焦炉煤气用于发电。焦炉煤气发电有三种方式，分别为蒸汽发电（热电联产）、燃气轮机发电和内燃机发电，目前这几种发电方式在国内均有应用，技术成熟。如果焦化企业与高电耗生产匹配或与发供电企业联营，且上网电价合适，焦炉煤气用于发电可作为优先选择的技术路之一。其运行与管理简便，生产作业间长，可采取多种方式，企业收益稳定。

3、利用焦炉煤气制氢

焦炉煤气中的氢含量达55%~60%，是重要的氢资源提供者。目前，焦炉煤气制氢的主要方法是采用变压吸附技术（PSA）从冷焦炉煤气中分离氢气，该工艺生产的氢气纯度可达99.99%，从上世纪80年代开始，我国宝钢、鞍钢、武钢、本钢、包钢等钢铁企业先后建设了多套100立方米/时至5000立方米/时、纯度为99.999%的焦炉煤气变压吸附制氢装置，其中投产运行时间最长的一套已达20多年。我国有多家钢铁企业采用PSA从焦炉煤气中分离氢气，用作轧钢厂保护性气体。

据了解，日本钢铁行业每年提供约40亿标准立方米氢气供应给燃料电池行业使用，通过改进工艺，未来其供应量将进一步增加。另外，由于大多数日本钢厂位于城市中心附近，所以未来城市所需的大部分清洁能源可由钢厂负责供应。在我国，随着氢电池开发、应用成本的降低，利用炼焦煤气提氢将成为焦炉煤气资源化利用的新亮点。采用炼焦煤气生产氢气将是未来炼焦煤气资源化应用的新途径。

4、焦炉煤气用于生产直接还原铁

传统的炼铁工业完全依靠碳为还原剂，随着炼焦煤和焦炭资源的日益短缺，业界正在开发资源节约、环境友好的氢冶金，用焦炉煤气直接还原铁是氢冶金重要的应用技术之一。由于氢的还原潜能是一氧化碳的14倍，大力开发焦炉煤气直接还原铁，可以大大降低炼铁过程对炼焦煤和焦炭的消耗。直接还原铁生产技术的关键在于还原性气体（70%H2和30%C0）的制备，而焦炉煤气中H2和甲烷含量分别在55%~60%和23%~27%，只需将焦炉煤气中的甲烷进行裂解（重整）即可获得74%的H2和25%的CO，以此作为直接还原生产海锦铁的还原性气体非常亷价。用焦炉煤气生产直接还原铁的研究以HYL-ZR（自重整）希尔工艺技术为基础，其通过在自身还原段中生成还原气体而实现最佳的还原效率，因此，该工艺无需使用外部重整炉设备或者其他的还原气体生成系统。采用HYL-ZR（自重整）希尔工艺用焦炉煤气生产直接还原铁的生产成本较低，直接还原铁的金属率可达94%。

5、焦炉煤气用于高炉喷吹炼铁

高炉喷吹含氢介质强化氢还原已成为当今冶炼工艺的热点。首先，无论从热力学还是从动力学条件看，高温下氢作为铁氧化物的还原剂比一氧化碳更具优势；其次，氢还原的气态产物是水蒸气而不是二氧化碳，故喷吹含氢介质可减少二氧化碳的产生量。炼焦过程中，煤炭72%~78%生成焦炭，15%~18%生成焦炉煤气。在炼铁过程中，焦炭的还原当量与焦炉煤气的还原当量之比为1：1，因为H2的还原潜能与CO的还原潜能之比为14：1。因此，将焦炉煤气通入高炉中同样可以炼铁，相当于提高了炼焦煤资源的利用率，可缓解炼焦煤资源供应紧张的问题。与天然气相比，焦炉煤气的还原性能更好。法国、俄罗斯等国已把高炉喷吹焦炉煤气作为节能减排关键技术进行开发，目前我国也已开始了高炉喷吹焦炉煤气的研究，钢铁联合企业的焦化厂应关注该技术的发展。