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摘要：本文首先对我国焦炉煤气的使用情况进行阐述，进而对通过焦炉煤气制取天然气的流程步骤等进行了详细分析，最后对我国焦炉煤气制取天然气的发展现状进行了整体分析，提出焦炉煤气制取天然气的广阔应用前景。
关键词：焦炉煤气；天然气；综合利用；工艺；发展现状
1 前言
我国是一个焦炭生产大国，每年的焦炭产量在3.6亿吨以上，在生产焦炭的过程中還会产生一定体积的焦炉煤气，如果按照产出的平均值400m3計算，那么全国的焦炉煤气产量将超过870亿m3，我们将企业生产消耗，民用生活消耗，用来进行氨、甲醇生产消耗去除，我国每年仍旧会排除将近200亿m3的焦炉煤气[1]。当前我国整体环境污染严重，需要降低焦炉煤气的排放量，为了减少能源的消耗，通过一定的技术手段将焦炉煤气转换为天然气变得十分必要。
2 焦炉煤气的甲烷化综合利用现状
2.1 焦炉煤气的甲烷化
焦炉煤气是由多种成分组成的，主要包括CH4、CO、CO2、CnHm、H2等，其中我们在将焦炉煤气转换为甲烷过程中，主要的化学反应式分别为式（1）、（2）：
CO+3H2 =CH4 +H2O（1）
CO2 +4H2 =CH4 +2H2O（2）
通过对化学反应式进行分析，我们可以得出将焦炉煤气转化为甲烷可以消耗大量的CO、CO2，使得焦炉煤气主要剩余成分变为CH4、H2、少量N2等混合气体，这些混合气体可以通过变压吸附气体分离技术转化为天然气。
2.2 综合利用现状
因为我国是能源消耗大国，所以要尽可能降低焦炉煤气使用的损耗。多年以来，众多研究人员对于焦炉煤气的应用提出自己的观点，在他们的观点中，目前因为我国甲醇生产产量过高，还有甲醇生产工序复杂，投资大，收益低，使得焦炉煤气生产甲醇没有实际意义，同时由于当前汽油价格逐渐上涨，很多车辆进行天然气装置改造，目前已经成立了很多加气站，因为天然气自身的纯净性可以有效降低汽油的污染，因此将焦炉煤气进行转化为天然气变得十分可行，我们可以通过对焦炉煤气进行甲烷化，将甲烷化后的混合气体用来生产天然气，最后通过气体压缩得到汽车可以使用的压缩天然气，有效可以有效节约能源，有利于降低焦炉煤气的同时发展新能源汽车。
3 焦炉煤气制天然气工艺流程简述
3.1 工艺流程
通过焦炉煤气制取天然气主要包括两个流程，分别为脱硫净化和甲烷化，其中具体的生产流程如图1所示。
3.1.1 脱硫净化
焦炉煤气的脱硫净化流程复杂，首先要进行湿法脱硫，该方法主要分为以下几个步骤（1）降低焦炉煤气中H2S含量，使它的含量降低到20mg/m3以下；（2）对步骤（1）处理后的气体进行压缩，提高气体的体系压力，使其达到0.3MPa；（3）利用高效脱油剂将压缩后的气体的焦油含量降低到0.1×10-6mg/m3以下；（4）采用活性炭精脱硫剂对步骤（3）后的气体进行脱硫处理，完成湿法脱硫。在经过湿法脱硫后还需要以下几个步骤才能完成焦炉煤气的脱硫净化流程，具体步骤分别为：（1）对湿法脱硫后的气体采用活性炭催化剂，并利用变温变压吸附技术进行气体内的苯萘净化，降低焦炉煤气中的苯、萘含量，将其指标控制住10×10-6mg/m3以下；（2）对步骤（1）处理后的气体进行压缩，提高气体的体系压力，使其达到1MPa；（3）对加压后的气体进行氧气、烯烃等成分的去除；（4）对步骤（3）中的气体进行一级加氢反应，以及脱氧处理，生产H2S；（5）采用一级氧化锌精脱硫反应器将上个步骤生成的H2S去除；（6）开始进行二级加氢，重复步骤（4）、（5），通过二级氧化锌反应器将焦炉煤气脱硫至0.1×10-6mg/m3以下。
3.1.2甲烷化
在对焦炉煤气的脱硫净化后，我们还需要对它进行甲烷化，甲烷化的具体流程如下：（1）首先将350℃的焦炉煤气与250℃的压缩循环气混合进行一级甲烷化反映；（2）将步骤（1）处理后的气体与脱硫后的焦炉煤气混合，并进行降温处理，进行二级甲烷化反应；（3）将步骤（2）处理后的气体与脱硫后的焦炉煤气混合，并进行降温处理，进行三级甲烷化反应；（4）将步骤（3）处理后的气体与脱硫后的新鲜净化气混合，并进行降温处理，进行四级甲烷化反应；（5）将步骤（4）处理后的气体进行降温、冷却、压缩等处理过程进入一级甲烷化循环，同时将剩余气体输送到到变压吸附（PSA）系统处理。
3.2反应原理及工艺特点
3.2.1反应原理
我们将焦炉煤气进行甲烷化处理，要经过一系列的化学反应，其中常用的化学反应式分别如下式（3）至式（7）：
CO+3H2=CH4+H2O+2.06×105J/mol（3）
CO2+4H2=CH4+2H2O+1.65×105J/mol（4）
CO+H2O=CO2+H2+4.1×104J/mol（5）
2CO=C+CO2+1.73×105J/mol（6）
CH4=C+2H2-7.5×104J/mol（7）
由于整个焦炉煤气甲烷化处理流程中，各种化学反应导致绝热温升过高，同时导致式（6）、式（7）中的积碳副反应发生，因此我们在进行甲烷化处理过程中，为了降低甲烷化绝热温升，避免积碳副效应的产生，因此我们在整个流程中采取多级工艺，将每个工艺流程中CO含量进行严格控制，使其含量保持在3%以下，同时我们还要控制各个甲烷化出口温度，使其温度保持在430摄氏度以下，采用上述这些方法，我们可以顺利完成甲烷化反应，同时降低积碳副反应。
3.2.2 工艺特点
在对焦炉煤气进行天然气制取时，主要有以下几个工艺特点：（1）将部分循环工艺与多级冷激工艺进行结合，可以有效降低循环量，节约能源；（2）将每个工艺流程中CO含量进行严格控制，控制各个甲烷化出口温度，可以有助于顺利完成甲烷化反应，同时降低积碳副反应；（3）整个过程利用低温活性高，热稳定性好的新型甲烷化催化剂，烯烃饱和及脱氧性能优越；（4）将脱硫工艺与甲烷化工艺进行结合，有效提高能量利用率；（5）各工艺热量由甲烷化反应而来，可以减少设备投入。
4 国内焦炉煤气制天然气发展现状
随着各行各业对能源的需求量增多，我国能源状况紧张，导致包括天然气在内的各种能源价格上涨严重，随着焦炉煤气制取天然气技术的成熟，对焦炉煤气进行有效利用，可以节约能源与成本，目前我国有很多公司具备焦炉煤气制取天然气技术，这些公司分别为武汉科林精细化工有限公司、西南化工设计院、上海华西化工科技有限公司、中科院理化研究所等单位。上述这些公司虽然他们采取的技术细节不完全相同，但是他们的整体工艺基本都是通过脱硫净化、甲烷化等技术完成，不但能够制取合格的天然气，还能够有效生产氢气，且浓度可以达到99.9%的洁净燃料氢气。
5 展望
目前焦炉煤气制取天然气技术已经发展的较为成熟，因为它成本不高，工艺简单、能力利用率高等优点，对于我国的环境保护、节能减排起到了重要的作用，有助于建设资源节约型和环境友好型社会的同时，还有助于完成焦化企业的升级，优化了焦化企业的产业结构，为传统的焦化产业注入新鲜的活力，在未来的一段时间里，采用焦炉煤气进行天然气制取技术还将继续发展，前景广阔。
参考文献：
[1]贾卫波. 焦炉气综合利用技术开发[D].北京化工大学，2016.
[2]王兆文，杜雄伟. 焦炉煤气制天然气产业的发展探讨[J]. 煤化工，2014，42（01）：7-11. [2017-08-06].
[3]汪元博，武明华，徐妍，钱启，胡昌来. 焦炉煤气制取液化天然气的现状及展望[J]. 燃料与化工，2015，46（02）：43-45+48. [2017-08-06]. DOI：10.16044/j.cnki.rlyhg.2015.02.018
关键词：焦炉煤气；天然气；综合利用；工艺；发展现状
1 前言
我国是一个焦炭生产大国，每年的焦炭产量在3.6亿吨以上，在生产焦炭的过程中還会产生一定体积的焦炉煤气，如果按照产出的平均值400m3計算，那么全国的焦炉煤气产量将超过870亿m3，我们将企业生产消耗，民用生活消耗，用来进行氨、甲醇生产消耗去除，我国每年仍旧会排除将近200亿m3的焦炉煤气[1]。当前我国整体环境污染严重，需要降低焦炉煤气的排放量，为了减少能源的消耗，通过一定的技术手段将焦炉煤气转换为天然气变得十分必要。
2 焦炉煤气的甲烷化综合利用现状
2.1 焦炉煤气的甲烷化
焦炉煤气是由多种成分组成的，主要包括CH4、CO、CO2、CnHm、H2等，其中我们在将焦炉煤气转换为甲烷过程中，主要的化学反应式分别为式（1）、（2）：
CO+3H2 =CH4 +H2O（1）
CO2 +4H2 =CH4 +2H2O（2）
通过对化学反应式进行分析，我们可以得出将焦炉煤气转化为甲烷可以消耗大量的CO、CO2，使得焦炉煤气主要剩余成分变为CH4、H2、少量N2等混合气体，这些混合气体可以通过变压吸附气体分离技术转化为天然气。
2.2 综合利用现状
因为我国是能源消耗大国，所以要尽可能降低焦炉煤气使用的损耗。多年以来，众多研究人员对于焦炉煤气的应用提出自己的观点，在他们的观点中，目前因为我国甲醇生产产量过高，还有甲醇生产工序复杂，投资大，收益低，使得焦炉煤气生产甲醇没有实际意义，同时由于当前汽油价格逐渐上涨，很多车辆进行天然气装置改造，目前已经成立了很多加气站，因为天然气自身的纯净性可以有效降低汽油的污染，因此将焦炉煤气进行转化为天然气变得十分可行，我们可以通过对焦炉煤气进行甲烷化，将甲烷化后的混合气体用来生产天然气，最后通过气体压缩得到汽车可以使用的压缩天然气，有效可以有效节约能源，有利于降低焦炉煤气的同时发展新能源汽车。
3 焦炉煤气制天然气工艺流程简述
3.1 工艺流程
通过焦炉煤气制取天然气主要包括两个流程，分别为脱硫净化和甲烷化，其中具体的生产流程如图1所示。
3.1.1 脱硫净化
焦炉煤气的脱硫净化流程复杂，首先要进行湿法脱硫，该方法主要分为以下几个步骤（1）降低焦炉煤气中H2S含量，使它的含量降低到20mg/m3以下；（2）对步骤（1）处理后的气体进行压缩，提高气体的体系压力，使其达到0.3MPa；（3）利用高效脱油剂将压缩后的气体的焦油含量降低到0.1×10-6mg/m3以下；（4）采用活性炭精脱硫剂对步骤（3）后的气体进行脱硫处理，完成湿法脱硫。在经过湿法脱硫后还需要以下几个步骤才能完成焦炉煤气的脱硫净化流程，具体步骤分别为：（1）对湿法脱硫后的气体采用活性炭催化剂，并利用变温变压吸附技术进行气体内的苯萘净化，降低焦炉煤气中的苯、萘含量，将其指标控制住10×10-6mg/m3以下；（2）对步骤（1）处理后的气体进行压缩，提高气体的体系压力，使其达到1MPa；（3）对加压后的气体进行氧气、烯烃等成分的去除；（4）对步骤（3）中的气体进行一级加氢反应，以及脱氧处理，生产H2S；（5）采用一级氧化锌精脱硫反应器将上个步骤生成的H2S去除；（6）开始进行二级加氢，重复步骤（4）、（5），通过二级氧化锌反应器将焦炉煤气脱硫至0.1×10-6mg/m3以下。
3.1.2甲烷化
在对焦炉煤气的脱硫净化后，我们还需要对它进行甲烷化，甲烷化的具体流程如下：（1）首先将350℃的焦炉煤气与250℃的压缩循环气混合进行一级甲烷化反映；（2）将步骤（1）处理后的气体与脱硫后的焦炉煤气混合，并进行降温处理，进行二级甲烷化反应；（3）将步骤（2）处理后的气体与脱硫后的焦炉煤气混合，并进行降温处理，进行三级甲烷化反应；（4）将步骤（3）处理后的气体与脱硫后的新鲜净化气混合，并进行降温处理，进行四级甲烷化反应；（5）将步骤（4）处理后的气体进行降温、冷却、压缩等处理过程进入一级甲烷化循环，同时将剩余气体输送到到变压吸附（PSA）系统处理。
3.2反应原理及工艺特点
3.2.1反应原理
我们将焦炉煤气进行甲烷化处理，要经过一系列的化学反应，其中常用的化学反应式分别如下式（3）至式（7）：
CO+3H2=CH4+H2O+2.06×105J/mol（3）
CO2+4H2=CH4+2H2O+1.65×105J/mol（4）
CO+H2O=CO2+H2+4.1×104J/mol（5）
2CO=C+CO2+1.73×105J/mol（6）
CH4=C+2H2-7.5×104J/mol（7）
由于整个焦炉煤气甲烷化处理流程中，各种化学反应导致绝热温升过高，同时导致式（6）、式（7）中的积碳副反应发生，因此我们在进行甲烷化处理过程中，为了降低甲烷化绝热温升，避免积碳副效应的产生，因此我们在整个流程中采取多级工艺，将每个工艺流程中CO含量进行严格控制，使其含量保持在3%以下，同时我们还要控制各个甲烷化出口温度，使其温度保持在430摄氏度以下，采用上述这些方法，我们可以顺利完成甲烷化反应，同时降低积碳副反应。
3.2.2 工艺特点
在对焦炉煤气进行天然气制取时，主要有以下几个工艺特点：（1）将部分循环工艺与多级冷激工艺进行结合，可以有效降低循环量，节约能源；（2）将每个工艺流程中CO含量进行严格控制，控制各个甲烷化出口温度，可以有助于顺利完成甲烷化反应，同时降低积碳副反应；（3）整个过程利用低温活性高，热稳定性好的新型甲烷化催化剂，烯烃饱和及脱氧性能优越；（4）将脱硫工艺与甲烷化工艺进行结合，有效提高能量利用率；（5）各工艺热量由甲烷化反应而来，可以减少设备投入。
4 国内焦炉煤气制天然气发展现状
随着各行各业对能源的需求量增多，我国能源状况紧张，导致包括天然气在内的各种能源价格上涨严重，随着焦炉煤气制取天然气技术的成熟，对焦炉煤气进行有效利用，可以节约能源与成本，目前我国有很多公司具备焦炉煤气制取天然气技术，这些公司分别为武汉科林精细化工有限公司、西南化工设计院、上海华西化工科技有限公司、中科院理化研究所等单位。上述这些公司虽然他们采取的技术细节不完全相同，但是他们的整体工艺基本都是通过脱硫净化、甲烷化等技术完成，不但能够制取合格的天然气，还能够有效生产氢气，且浓度可以达到99.9%的洁净燃料氢气。
5 展望
目前焦炉煤气制取天然气技术已经发展的较为成熟，因为它成本不高，工艺简单、能力利用率高等优点，对于我国的环境保护、节能减排起到了重要的作用，有助于建设资源节约型和环境友好型社会的同时，还有助于完成焦化企业的升级，优化了焦化企业的产业结构，为传统的焦化产业注入新鲜的活力，在未来的一段时间里，采用焦炉煤气进行天然气制取技术还将继续发展，前景广阔。
参考文献：
[1]贾卫波. 焦炉气综合利用技术开发[D].北京化工大学，2016.
[2]王兆文，杜雄伟. 焦炉煤气制天然气产业的发展探讨[J]. 煤化工，2014，42（01）：7-11. [2017-08-06].
[3]汪元博，武明华，徐妍，钱启，胡昌来. 焦炉煤气制取液化天然气的现状及展望[J]. 燃料与化工，2015，46（02）：43-45+48. [2017-08-06]. DOI：10.16044/j.cnki.rlyhg.2015.02.018