国内焦炉煤气现状及综合利用情况
一、焦炉煤气资源利用现状
2010年全国焦炭产能预计3.7亿吨，焦炉煤气产量1500多亿方/年，全国约有焦化企业2000多家，其中1/3为钢铁联合企业，2/3为独立焦化企业；而独立焦化企业主要分布在山西、河南、山东、云南、内蒙等地，其中山西为世界上焦炭最大聚集地。山西焦炭产能约占全国22%，近期坚持焦化并举，淘汰落后产能，实施总量控制（1.4亿吨），为焦炉气综合利用市场提供良好发展环境；全省焦化投资预计330亿，将继续规范吕梁、临汾两大焦化产业基地，完善30个产焦百万吨的重点企业，孕育良好的焦炉气制甲烷市场契机；2020年，将在介休、孝义等地建设十大焦炉气综合利用园，并在河津、清徐建设两个焦炉气制甲烷示范项目(形成规模10亿m3/a)；山西、河南、山东、云南、内蒙等地焦炉气资源丰富但离中心城市距离远，许多焦炉气被直接燃放，利用率低；焦炉气制甲醇和化肥由于市场受限和发电上网困难等因素影响，目前较好的利用途径是焦炉煤气甲烷化制天燃气。
焦炉煤气是指用炼焦用煤在炼焦炉中经高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同
时所得到的可燃气体，是炼焦产品的副产品，未经净化处理的称之为荒煤气，经净化处理的称之为净煤气即本文所指的焦炉煤气。
焦炉煤气的热值约为17580kJ/ m3～18420 kJ/ m3，天然气的热值约为35588 kJ/ m3，焦炉煤气的热值约为天然气热值的一半。焦炉煤气的密度为0.45 kg/ m3～0.48 kg/ m3。着火温度为600℃～650℃，具有燃烧速度快、着火快、火焰短的特点，理论燃烧温度为1800℃～2000℃。
每炼1吨焦炭，会产生430m3左右的焦炉煤气。这些焦炉煤气中的一半用于企业自身回炉助燃，另外约200m3必须使用专门的装置进行回收净化处理，否则只能直接排入大气，或者燃烧排放（俗称“点天灯”）。全国外供焦炉煤气预计就有700多亿立方米，有很多非钢焦化企业所产的焦炉煤气无法利用被“点天灯”而浪费了（这些企业一般远离城市中心），有约300亿立方米被白白排放掉。
二、焦炉煤气常规综合利用途经
（一）焦炉煤气的组成与杂质含量
焦炉煤气是焦炭生产过程中煤炭经高温干馏出来的气体产物。在干馏温度为550℃，荒煤气中有大量的H2、CH4、CO、H2S、COS、CS2、NH3、HCN、噻吩、硫磺、硫醚、焦油、萘、苯等化学物质。在炼焦产品中，按重量计算，焦炉煤气占15％－18％，为全部产品的第二位，仅次于焦炭产品。荒煤气是不允许外供的，必须经过化产回收净化处理后使用，即转为净煤气才能外供使用。
焦炉煤气的主要组分为H2、CO、CH4、CO2等，随着炼焦配比和操作工艺参数的不同，焦炉煤气的组成略有变化。一般焦炉煤气的组成见表1，杂质含量见表2。
表1 焦炉煤气的组成
表2 焦炉煤气中的杂质含量（mg/m）
（二）焦炉煤气的用途
主要可划分为四类，分别是工业与民用燃料、化工原料、还原剂直接还原炼铁以及制氢。
1、工业与民用燃料
焦炉煤气作为民用燃料时，可接入城市供气管网作为居民用气。焦炉煤气是人工煤气中最适合作为民用燃气的气体。焦炉煤气热值较高，一氧化碳含量低，比较安全，所以长期在一些大中城市作为主要民用燃气使用。但与天燃气相比，焦炉煤气无论热值、燃烧产物，还是洁净度都不如天燃气；近年来，由于西气东输为一些地区使用天然气提供了便利条件，天然气替代了大量的焦炉煤气，但在天然气输送不到的地方，焦炉煤气仍可作为主要民用燃气使用。由于众多的独立焦化企业远离城市中心，导致其管网建设十分困难。
焦炉煤气作为工业燃料时，主要用在三个方面：一是焦化企业在化学产品回收与净化工艺流程中作为加热用燃料；二是钢铁联合企业在炼钢、烧结、轧钢等过程中用焦炉煤气作为燃料；三是焦化企业用剩余的焦炉煤气作为发电用燃料。
2、化工用气方面
焦炉煤气中富含氢气，甲烷含量也较高，通过重整反应将CH4转化为CO和 H2，进而用于生产各种有机化工产品。特别是焦炉煤气制甲醇技术快速发展已日趋成熟，2004年底，第一套8万t/ a焦炉煤气制甲醇项目在云南曲靖建成投产以来，目前国内已有近10套焦炉煤气制甲醇装置已投入商业运行，单套装置设计规模多为10～20万t/a。
3、还原剂直接还原炼铁
现有的直接还原炼铁生产技术已经非常成熟，主要可分为两种方法：一种是以天然气作为还原剂的气基竖炉生产工艺，其生产量约占海绵铁总产量的92％；另一种是以煤为还原剂的煤基回转窑生产工艺，其生产量约占总产量的8％。
焦炭是高炉炼铁过程的还原剂（CO作为还原剂），焦炉煤气也可以作为直接还原炼铁的还原剂。原始焦炉煤气中H2和甲烷体积分数分别按55％和25％计，甲烷经过热裂解后，H2和CO的体积分数分别约为74％和25％，作为还原剂直接还原炼铁，甚至好于天然气的热裂解气体。
4、制液氢
液氢是公认的未来最理想的清洁能源载体，燃烧仅产生水蒸气并释放热量。液氢是火箭用氢氧发动机的良好燃料。在我国发射地球同步通讯卫星中，液氢已成为不可缺少的火箭燃料，其用量随着发射卫星（包括为国外发射商用通讯卫星）的增多而迅速增加，已达到一定规模的用量。
另外，液氢是获得高纯氢和超高纯氢的重要来源，它们广泛应用于有色稀有金属的冶炼、电子元器件和光导纤维的生产中作为还原气或保护气，其用量在国外也是相当可观的。
液氢也可作为高能物理研究，空间模拟试验的冷冻剂。在天然气提氦工厂中，液氢也可用作氦气液化的预冷剂。在能源富余的地方，将氢气液化并运输到化工、石油炼制和油脂化工等工厂作为工艺过程加氢之用，也是不可忽视的用途之一。
焦炉煤气含氢体积分数近60％，因此可以焦炉煤气为原料制备液氢。
三、焦炉煤气低温分离制取LNG
1、问题提出
近年来, 我国对焦化行业实施“准入”制度，焦炉煤气的综合利用成为炼焦企业生存与发展的关键。一些大型的炼焦企业建设了焦炉煤气制甲醇项目，并取得了良好的经济效益，为大型炼焦企业综合利用焦炉煤气找到了新方法。但中小焦化企业生产规模相对较小，焦炉煤气产量少，成本优势不明显，多家企业联合又困难，影响了焦化企业对焦炉煤气的综合利用。
2 、焦炉煤气生产LNG的技术特点
为了解决中小企业焦炉煤气综合利用的问题，中科院理化技术研究所改变利用思路，
