章焦爐煤氣的特性001

1.1焦爐煤氣的來源及組成001

1.1.1荒煤氣001

1.1.2焦爐煤氣004

1.2焦爐煤氣雜質及主要危害005

1.2.1硫化物005

1.2.2氯化物006

1.2.3汞006

1.2.4焦油006

1.2.5萘006

1.2.6苯007

1.2.7氧氣007

1.2.8不飽和烴008



第二章焦爐煤氣的壓縮與淨化009

2.1概述009

2.2焦爐煤氣壓縮009

2.2.1螺杆壓縮機的工藝原理010

2.2.2螺杆壓縮機的應用011

2.3焦爐煤氣預淨化012

2.3.1變溫吸附的工藝原理012

2.3.2變溫吸附工藝流程015

2.3.3工藝操作參數018

2.3.4原料焦爐煤氣的條件及產品淨化氣的指標018

2.3.5變溫吸附的應用條件019

2.4焦爐煤氣精脫硫020

2.4.1概述020

2.4.2焦爐煤氣中主要硫化物的性質及脫除方法020

2.4.3精脫硫的反應原理023

2.4.4工藝流程說明026

2.4.5主要操作指標027

2.4.6主要設備027

2.4.7主要催化劑的性能028

2.4.8精脫硫裝置設計及生產運行中需重視的幾個問題030



第三章焦爐煤氣轉化變換制合成氣033

3.1概述033

3.2焦爐煤氣催化部分氧化工藝033

3.2.1工藝原理033

3.2.2工藝流程036

3.2.3焦爐煤氣甲烷轉化的操作及控制038

3.2.4催化部分氧化的主要設備043

3.3焦爐煤氣非催化部分氧化工藝048

3.3.1概述048

3.3.2非催化部分氧化工藝049

3.3.3非催化部分氧化工藝技術特點051

3.3.4非催化部分氧化工藝改進及優化052

3.4焦爐煤氣催化與非催化部分氧化法的比較054

3.4.1主要工藝條件054

3.4.2工藝流程055

3.4.3主要技術經濟指標對比表056

3.4.4比較結果058

3.4.5兩種工藝的對比分析059

3.5一氧化碳變換059

3.5.1概述059

3.5.2變換的物理化學基礎060

3.5.3變換催化劑064

3.5.4變換工藝流程070

3.5.5等溫變換工藝071

3.5.6變換蒸汽消耗074

3.5.7評述076



第四章焦爐煤氣制甲醇077

4.1概述077

4.2甲醇合成的原理077

4.2.1甲醇合成反應機理077

4.2.2甲醇合成的主要反應及平衡常數078

4.3甲醇合成催化劑080

4.3.1甲醇合成催化劑的開發過程080

4.3.2甲醇合成催化劑的性能081

4.3.3低壓合成甲醇催化劑082

4.4甲醇合成工藝條件083

4.4.1溫度084

4.4.2壓力084

4.4.3氣體組成085

4.4.4空速086

4.5焦爐煤氣制甲醇的典型流程087

4.5.1工藝流程說明087

4.5.2主要操作指標088

4.6國內外甲醇合成技術090

4.6.1國外甲醇合成技術090

4.6.2國外大甲醇技術比較093

4.6.3國內甲醇合成技術099

4.7甲醇精餾102

4.7.1雙塔精餾工藝103

4.7.2三塔精餾工藝103

4.7.3（3 1）四塔精餾工藝105

4.7.4“五塔三效”精餾工藝106

4.7.5MTO級甲醇精餾工藝106

4.8焦爐煤氣與煤氣化生產甲醇的對比108

4.8.1條件108

4.8.2不同方法的對比108

4.8.3結論110



第五章焦爐煤氣制合成氨112

5.1概述112

5.2氨合成工藝113

5.2.1氨合成熱力學113

5.2.2氨合成工藝過程及反應條件116

5.2.3氨合成壓力的選擇120

5.2.4氨合成催化劑122

5.3焦爐煤氣生產合成氨工藝及設備123

5.3.1氨合成回路124

5.3.2氨合成塔124

5.3.3主要設備技術規格125

5.3.4氨合成裝置的運行數據126

5.3.5評價127

5.4國內氨合成技術128

5.4.1氨合成塔及考核評價指標128

5.4.2蒸汽過熱器及廢熱鍋爐132

5.5國外大型合成氨技術特點及比較134

5.5.1國外成熟的氨合成技術概況134

5.5.2大型合成氨工藝技術的綜合比較139

5.5.3評述140

5.6焦爐煤氣純氧與富氧轉化生產合成氨的比較141

5.6.1生產方法及產品規模141

5.6.2采用的主要技術142

5.6.3方塊流程及氣體平衡表142

5.6.4主要技術經濟指標的比較145

5.6.5評述146



第六章焦爐煤氣甲烷化制天然氣147

6.1概述147

6.2天然氣利用政策及質量標準147

6.2.1天然氣利用政策147

6.2.2天然氣產品質量標準148

6.2.3焦爐煤氣甲烷化制天然氣149

6.3焦爐煤氣制天然氣技術現狀150

6.3.1絕熱床甲烷化技術151

6.3.2等溫床甲烷化技術152

6.4焦爐煤氣甲烷化工藝過程及原理154

6.4.1甲烷化反應機理154

6.4.2反應器移熱156

6.5甲烷化催化劑156

6.5.1Topsφe甲烷化催化劑157

6.5.2Davy甲烷化催化劑157

6.5.3其他158

6.6焦爐煤氣甲烷化的典型流程及設備158

6.6.1絕熱床甲烷化流程158

6.6.2等溫甲烷化流程163

6.6.3主要設備165

6.7大型焦爐煤氣甲烷化裝置168

6.7.1設計條件168

6.7.2主要技術指標的比較169

6.7.3裝置評價173

6.8焦爐煤氣甲烷化制天然氣工程相關問題174

6.8.1甲烷化流程的選擇174

6.8.2焦爐煤氣甲烷化的產品氣175

6.8.3焦爐煤氣甲烷化制天然氣與煤氣化制天然氣的不同176

6.8.4焦爐煤氣補碳甲烷化工藝176

6.8.5羰基化物的危害177

6.8.6甲烷水合物的影響178

6.8.7甲烷化裝置金屬粉末化腐蝕及防護179



第七章焦爐煤氣提氫及氫能182

7.1概述182

7.1.1氫的存在及氫的性質182

7.1.2氫的用途183

7.1.3制氫方法184

7.2變壓吸附（PSA）提氫186

7.2.1變壓吸附（PSA）提氫的工藝原理186

7.2.2變壓吸附工藝對吸附劑的要求188

7.2.3吸附塔死空間體積的影響189

7.2.4吸附繫數和分離繫數190

7.2.5從氣相中提取產品的工藝191

7.3焦爐煤氣PSA提氫工藝192

7.3.1焦爐煤氣提氫的典型流程192

7.3.2主要裝置說明194

7.3.3焦爐煤氣兩段PSA提氫工藝技術197

7.3.4焦爐煤氣提氫的成本198

7.4吸附劑及PSA設備198

7.4.1吸附劑198

7.4.2主要設備及控制繫統201

7.5氫能及氫能產業201

7.5.1概述201

7.5.2氫能產業發展現狀202

7.5.3氫能利用體繫206

7.6氫能在汽車領域的應用211

7.6.1氫燃料電池及其應用211

7.6.2氫燃料電池汽車214

7.6.3氫能發動機汽車216

7.6.4氫能汽車產業鏈的發展方向218

7.6.5我國氫能源發展與展望219



第八章焦爐煤氣的綜合利用方案220

8.1概述220

8.2焦爐煤氣綜合利用方案220

8.2.1利用方案220

8.2.2深冷分離裝置對氣體的淨化要求221

8.3MDEA脫CO2裝置222

8.3.1MDEA法脫CO2的原理223

8.3.2焦爐煤氣MDEA法脫CO2裝置224

8.4焦爐煤氣純化裝置225

8.4.1脫汞純化裝置225

8.4.2干燥脫水裝置226

8.5焦爐煤氣深冷液化分離裝置227

8.5.1深冷液化分離的原理227

8.5.2深冷液化分離裝置228

8.5.3深冷分離裝置的進出口物料231

8.6焦爐煤氣綜合利用生產LNG主要設備及消耗232

8.6.1主要設備一覽表232

8.6.2主要化學品用量234

8.6.3主要消耗表234

8.7帶液氮洗的深冷分離裝置235

8.7.1適用於合成氨工藝要求的液氮洗深冷分離裝置235

8.7.2裝置性能指標236

8.7.3裝置流程說明237

8.7.4主要公用工程消耗237

8.8半焦（蘭炭）干餾煤氣的綜合利用方案239

8.8.1概況239

8.8.2內熱式干餾煤氣的化工利用方案239

8.8.3評述243



第九章焦爐煤氣補碳生產化工產品244

9.1概述244

9.2補碳氣源244

9.2.1補CO2氣244

9.2.2補電石爐氣或鐵合金爐氣245

9.2.3補轉爐氣或高爐氣247

9.2.4補水煤氣248

9.3焦爐煤氣補碳生產甲醇248

9.3.1補碳前裝置的狀況249

9.3.2補碳後裝置的狀況250

9.3.3補碳效果252

9.4焦爐煤氣補碳生產乙醇252

9.4.1概述252

9.4.2合成氣經二甲醚羰基化制乙醇的反應及工藝過程254

9.4.3焦爐煤氣補碳生產乙醇方案255

9.4.4評述256

9.5焦爐煤氣補碳生產乙二醇256

9.5.1概述256

9.5.2合成氣生產乙二醇技術257

9.5.3合成氣制乙二醇的工藝過程258

9.5.4利用焦爐煤氣和礦冶爐氣生產40萬噸/年乙二醇工藝方案259

9.5.5評述262

9.6焦爐煤氣與礦冶爐氣經費托合成油品及化工產品263

9.6.1概述263

9.6.2我國費托合成工業發展情況264

9.6.3費托合成的反應原理及產品分布268

9.6.4用焦爐煤氣、礦冶爐氣經費托合成生產化工產品的方案270

9.6.5鈷基費托合成化工產品及市場273

9.6.6評述274



第十章焦爐煤氣的多聯產繫統275

10.1概述275

10.2我國多聯產繫統的工程示範275

10.3熱電聯產繫統278

10.3.1燃氣輪機蒸汽輪機聯合循環熱電聯產繫統278

10.3.2燃氣輪機279

10.3.3焦爐煤氣燃氣輪機聯合循環發電繫統281

10.4焦爐煤氣為主的多聯產繫統283

10.4.1方案Ⅰ——焦爐煤氣與礦冶爐氣生產乙醇多聯產方案283

10.4.2方案Ⅱ——焦爐煤氣礦冶爐氣費托合成化學品的多聯產方案285

10.5評述286



第十一章頂替焦爐回爐煤氣的技術287

11.1概述287

11.2常壓固定床純氧連續氣化生產水煤氣288

11.2.1原料及水煤氣組成288

11.2.2工藝流程288

11.2.3主要設備290

11.2.4主要消耗指標291

11.2.5水煤氣頂替回爐焦爐煤氣和補碳方案291

11.3常壓固定床生產空氣煤氣293

11.3.1空氣煤氣組成293

11.3.2主要消耗293

11.3.3空氣煤氣頂替回爐焦爐煤氣方案293

11.4科達煤氣化生產空氣煤氣294

11.4.1原料及煤氣組成295

11.4.2科達煤氣化工藝流程296

11.4.3氣化爐繫統主要技術指標296

11.4.4科達空氣煤氣頂替回爐焦爐煤氣方案297

11.5中科合肥煤氣化技術298

11.5.1原料及煤氣組成299

11.5.2工藝流程300

11.5.3主要消耗301

11.5.4頂替回爐焦爐煤氣的方案301

11.6評述302



參考文獻303

十九大報告指出，我國經濟已經由高速增長階段轉向高質量發展階段。國民經濟對能源的需求和質量要求越來越高，同時國家對環境保護的政策也日趨嚴格。

2011年至今，國家發改委發布的《產業結構調整指導目錄》都將焦爐煤氣高附加值利用等先進技術的研發與應用列入鼓勵類項目。我國有豐富的工業副產氣體資源，焦爐煤氣、干餾煤氣、礦冶爐氣（高爐煤氣、轉爐煤氣、鐵合金爐氣、電石爐氣、黃磷爐氣等）都是極為寶貴的氣體資源，不僅數量巨大，而且氣體組分大都適於化工綜合利用。按照分子加工的理念，利用這些氣體生產化工產品，可以節約大量的石油和煤炭資源，且投資要比煤氣化30%左右，成本也要低得多，同時可減排大量的二氧化碳等溫室氣體，符合國家減量化、資源化、建設節約型社會的發展理念。

本書是筆者在長期的實踐工作中，對國內焦爐煤氣綜合利用的工藝技術和工程設計的總結。重點闡述了焦爐煤氣化工利用的各種技術路線、產品方案、關鍵技術及設備、工程實踐等內容，也對礦冶爐氣的合理利用提出了方案和建議。

章主要介紹焦爐煤氣的特性。對焦爐煤氣的來源、產量、組成、雜質含量及變化的規律做了詳細的闡述，分析了焦爐煤氣的雜質對焦爐煤氣綜合加工利用的影響，明確了雜質含量及脫除要求。

第二章主要介紹焦爐煤氣化工利用前的加壓輸送、預淨化以及精脫硫技術。本章內容是焦爐煤氣化工利用的道關。由於焦爐煤氣中含有部分焦油、萘、塵等雜質，對焦爐煤氣壓縮機極為不利，必須予以脫除，書中重點介紹了不怕焦油和萘等雜質的螺杆壓縮機及其應用情況。預淨化推薦采用我國近年來新開發的變溫吸附（TSA）技術。精脫硫推薦采用我國獨創的加氫脫硫技術，可有效脫除焦爐煤氣中噻吩等有機硫化合物。

第三章介紹了焦爐煤氣轉化變換制合成氣的技術。該技術是我國20世紀60年代開發的技術，將焦爐煤氣中的甲烷轉化為一氧化碳和氫氣，用於生產合成氨及甲醇等產品，是我國焦爐煤氣綜合利用較早的工業實踐。

第四章、第五章分別介紹了利用焦爐煤氣生產甲醇和合成氨的技術，同時對當前國內外的大甲醇和大合成氨技術做了簡單的介紹。

第六章介紹了焦爐煤氣甲烷化制液化天然氣（LNG）技術。我國是目前世界上利用焦爐煤氣制天然氣的國家，該技術是解決我國清潔低碳能源不足的切實有效的手段和措施。

第七章介紹了焦爐煤氣提氫及氫能技術。焦爐煤氣富含氫氣，用焦爐煤氣提氫具有實用性和經濟性，特別是在氫能和氫能經濟即將來臨之際，介紹一些焦爐煤氣提氫及氫能經濟的技術，相信會對焦化行業的有關人員有一定的啟發和借鋻意義。

第八章介紹了焦爐煤氣的綜合利用技術。基於分子加工的理念，將焦爐煤氣中的各分子分離出來，利用各分子之長，因地制宜加工為LNG、甲醇、合成氨等產品，以取得的產量和的經濟效益，同時對干餾煤氣的合理利用提出了建議。

第九章介紹了焦爐煤氣補碳生產化工產品。焦爐煤氣中氫多，而一般煤氣化的粗煤氣中都是氫少、碳多，高爐煤氣、轉爐煤氣、電石爐氣及鐵合金爐氣等礦冶爐氣的有效成分主要是一氧化碳，將焦爐煤氣中的氫與含一氧化碳的煤氣，分別提出有效氣或進行混合加工利用，生產甲醇、乙醇、乙二醇、費托合成化學品等，是一條比較合理和經濟的路線，既節能、投資，又可減排溫室氣體。

第十章介紹了焦爐煤氣的多聯產繫統。所謂多聯產即為化工產品、電力和熱能的多聯產。焦爐煤氣及礦冶爐氣中的氫氣、一氧化碳被化工利用後，餘下的甲烷、高碳烴化合物等可燃氣體可用於燃氣輪機發電並產生熱能等，以滿足工廠對熱、電的需求，這樣的多聯產繫統對資源和能源的利用更為合理、效率高、經濟效益好。

第十一章介紹了頂替回爐焦爐煤氣的技術。一般焦爐約有45%的焦爐煤氣要回爐作為加熱焦爐的燃料，焦爐煤氣作為燃料氣使用，價值大為降低。加熱焦爐可以使用低熱值煤氣（復熱式焦爐），在鋼鐵聯合企業可以用高爐煤氣頂替，而獨立焦化企業可用空氣氣化的低熱值煤氣頂替，提出四種煤焦氣化煤氣的頂替方案，供用戶選擇。

本書在編寫的過程中，得到了北京眾聯盛化工工程有限公司及有關人員的大力支持和協助，鄭淑怡負責全部文稿的整理和校對，張美環、邊建存等負責插圖繪制，吳楓負責全書的統稿和審核；同時還參考了國內外公開發表的書刊和資料，在此對相關人員和著作者一並表示感謝。由於水平所限，書中難免有不妥之處，請讀者批評指正。



作者

2020年8月