李響
（陜西啟創能源化工科技有限公司，陜西 西安048400）
［摘 要］近年來，焦化行業產業結構調整加快，因其副產的焦爐煤氣是較好的化工原料，使得焦爐煤氣制甲醇、液化天然氣（LNG）、合成氨、尿素、乙二醇、乙醇項目成為熱點；其中，已投運的焦爐煤氣制合成氨聯產LNG項目采用的工藝路線有2條，最主要的區別在于是否設置CO變換工段。通過對設置CO變換工段與否的產品產量、公用工程消耗、項目投資、綜合經濟效益等進行比較，認為焦爐煤氣制合成氨聯產LNG項目采用不設置變換工段的工藝方案更為合理。
［關鍵詞］焦爐煤氣；合成氨聯產LNG項目；變換工段設置與否；產品產量；公用工程消耗；項目投資；綜合經濟效益
［中圖分類號］TQ113.26+4.2 ［文獻標志碼］B ［文章編號］1004-9932（2021）03-0034-03
0 引 言
焦化行業屬于傳統化工行業，技術和資金壁壘不高，近年來焦化行業一直面臨產能過剩和高耗能、高污染等問題，供給側改革以來，一系列“去產能”政策出臺，違規產能和不環保產能被淘汰，國內幾乎已將4.3 m以下焦爐全部淘汰，新上焦化裝置焦爐都在6 m以上。近年來，產業結構調整加快、“關小上大”，焦化行業通過聯產解決環保問題，同時增加企業經濟效益。數據顯示，2019年全國焦炭產量為4.72×108 t，表觀消費量為4.65×108 t。
焦爐煤氣是焦化行業重要的副產品，焦爐煤氣中含有近60%的H2、約23%的CH4和8%的CO，是較好的化工原料，近年來焦爐煤氣制甲醇、液化天然氣（LNG）、合成氨、尿素、乙二醇、乙醇項目成為熱點，基本上已經取代了焦爐煤氣直接發電項目。當焦爐煤氣量為30 000 m3/h左右時，建議投建甲醇、液化天然氣（LNG）項目；當焦爐煤氣量超過40 000 m3/h時，建議投建甲醇聯產合成氨或者合成氨聯產LNG項目。近年由于甲醇市場比較疲軟，同時市場對LNG的需求增大，合成氨聯產LNG項目的經濟效益較好。目前，已投運的焦爐煤氣制合成氨聯產LNG項目采用的工藝路線有2條，最主要的區別在于是否設置CO變換工段。以下筆者就焦爐煤氣制合成氨聯產LNG項目是否設置CO變換工段談一點認識，供業內參考。
1 焦爐煤氣制合成氨聯產LNG項目工藝方案
據目前國家的有關批復情況，2 800 kt/a焦化項目副產的焦爐煤氣量約為80 000 m3/h（干基），以此為基礎建設焦爐煤氣制合成氨聯產LNG項目，以及其焦爐煤氣的典型組分（見表1）為基準進行的工藝設計及探討如下。
1.1 工藝方案一——不設置變換工段
焦化裝置送來的焦爐煤氣進入氣柜緩沖穩壓，經一次增壓后進入變溫吸附（TSA）凈化系統，除去焦油、萘、苯后進行二次增壓，增壓后進入鐵鉬加氫精脫硫系統，將氣體中的總硫脫至0.1×10-6以下；脫硫后的凈化氣經MDEA脫碳后，采用液氮洗/深冷分離工藝將氣體中的甲烷及少量多碳烴分離出來作為LNG產品，同時在冷箱內進行洗滌配氮，達到配比要求后的氫氮氣送往氨合成系統生產液氨。
1.2 工藝方案二——設置變換工段
焦化裝置送來的焦爐煤氣進入氣柜緩沖穩壓，經一次增壓后進入TSA凈化系統，除去焦油、萘、苯后進行二次增壓，增壓后進入變換工段，通過變換反應將氣體中的CO含量降至1.2%以下；變換氣經濕法脫硫、MDEA脫碳和活性炭精脫硫后，采用液氮洗/深冷分離工藝將氣體中的甲烷及少量多碳烴分離出來作為LNG產品，同時在冷箱內進行洗滌配氮，達到配比要求后的氫氮氣送往氨合成系統生產液氨。當然，工藝方案二也可以設計為在工藝方案一的精脫硫系統與MDEA脫碳系統中間設置變換工段，但如此一來項目的投資及運行能耗較高。
2 2種工藝方案的比較
2.1 產品產量比較
采用上述2種工藝方案，除變換工段的設置會影響液氨和LNG的產量外，2種工藝方案深冷分離出來的富CO氣量也不同（富CO氣返回焦爐燃燒置換出部分焦爐煤氣供化工生產使用）。2種工藝方案之液氨和LNG產量的對比見表2�？梢钥闯觯悍桨敢换貭t氣量較大，而富CO氣的熱值較高，所以方案一置換出的焦爐煤氣量較大，由于不設置變換工段，置換出的較大焦爐煤氣量相應地會提高LNG的產量；方案二因為設置有變換工段，焦爐煤氣中的CO與水蒸氣經變換反應轉化成了CO2和H2，相應地會增加液氨的產量。簡言之，方案二（設置變換工段）比方案一（不設置變換工段）液氨產量高15.3 kt/a而LNG產量少12.0 kt/a。
2.2 公用工程消耗比較
由于方案一與方案二返爐富CO氣量的不同，使得不同的工藝方案下裝置的實際運行負荷不同，因而公用工程的消耗也有較大區別。不過，2種方案均需在液氮洗/深冷分離工序之前將氣體中的總硫脫除至 0.1×10-6 以下，只是采用的脫硫工藝不同而已（為便于直觀地比較，脫硫系統稱為精脫硫，下同）。2種工藝方案各工序公用工程消耗的對比見表3。
更多內容詳見《中氮肥》2021年第3期