焦化企业CO2捕集耦合富余焦炉煤气资源综合利用

在“碳达峰 碳中和”背景下，将捕集利用焦化企业炼焦炉加热燃料燃烧排放CO₂ 耦合富余的富氢焦炉煤气合成生产甲醇等能源化工产品，是一个良好的“碳中和”路径，具有一定的意义。

焦化企业利用捕集焦炉加热燃料燃烧排放的CO₂耦合富余焦炉煤气合成生产甲醇等能源化工产品，主要有两种工艺路线可供选择。

 工艺路线一：配套建设CO₂捕集装置，将焦炉烟道废气引入CO₂捕集装置进行处理，产出低纯度的CO₂气体(或CO₂纯度99.0%产品气)。并配套建设以焦粒(或煤炭)作原料的新型气化炉(利用空分装置驶放的氧气作气化剂)，将捕获的低纯度CO₂气体送入新型气化炉内，与碳还原反应生成CO气体。气化炉产出含高组分CO的煤气经净化系统处理后，同富余的焦炉煤气掺混，输送至焦炉煤气深加工与综合利用生产装置，作为合成甲醇的原料气，产出甲醇等能源化工产品。

 工艺路线二：随着CO₂二步法或一步法合成甲醇工艺技术应用开发的不断进步成熟，将焦炉烟道废气引入CO₂捕集装置，产出CO₂纯度99.0%产品气，与富余的焦炉煤气掺混，掺混后含有高组分CO₂的煤气，作为合成生产甲醇的化学原料，产出甲醇等能源化工产品。

现举例测算一座年产120万焦炭的焦化企业，捕集耦合利用焦炉加热燃料燃烧排放CO₂量、富余焦炉煤气量和产出甲醇量。

1、焦炉加热燃料燃烧排放CO₂量

(1)基础工艺参数

（a）吨干焦耗湿煤（含7%水分）量 1.423吨

（b）炼焦标准耗热量（即含7%水湿煤耗热量，来源于炼焦行业团标）用焦炉煤气加热时 2310kj/kg（或2.31GJ/t）

  (c) 焦炉煤气特性参数缺省值（来源于相关核算报告指南）

低位发热量  167.460GJ/万Nm³

单位热值含碳量 13.60*10^-3 吨/GJ

(2)燃料燃烧CO2排放量测算

（a）炼焦耗湿煤量 120*1.423＝170.76万t/a

（b）用焦炉煤气加热时，燃料燃烧CO₂排放量  （依据相关核算报告指南计算公式）： 2.31*1707600/167.460*2.277456*0.99*44/12＝19.475万tCO₂/a

(3)捕集利用CO₂量(取捕集率为92%计)   19.475*0.92≈18.0万t/a

2、富余焦炉煤气量

(1)炼焦工艺参数

a、吨焦耗干煤  1.33t干煤/t干焦

b、吨干煤产生煤气  330标立方米/t干煤

c、取富余焦炉煤气量占产生焦炉煤气总量的52%计

d、焦炉煤气组成(%v)及密度

H₂  59.5 CO 6.0  CO₂  2.4  CH₄25.5  CmHn  2.2  N₂4.0  O₂  0.4

密度(标态)＝0.451Kg/m³

(2)富余焦炉煤气量(A)测算

A＝1200000*1.33*330*0.52/8760＝31264标立方米/h(折算成质量为14.1t/h)

其中：H₂为18602标立方米/h(折算成质量为1.661t/h)；CO为1875.8标立方米/h(折算成质量为2.345t/h)；CO₂为750.3标立方米/h(折算成质量为1.474t/h)；CH₄为7972标立方米/h(折算成质量为5.694t/h)；CmHn为688标立方米/h(折算成质量为1.001t/h)；

3、产出甲醇量测算

(1)工艺路线一

a、甲醇产量＝22.9万吨/a(由18.0万吨/a CO₂与C还原反应生成CO)/0.875≈26万吨(理论计算值，实际产量要低于理论值)

 b、销售产值 260000*2450＝6.37亿元/a

(2)工艺路线二

a、有关文献报道，生产一吨甲醇需消耗CO₂为 1.43吨

b、甲醇产量＝18万吨/a/1.43＝12.5万吨/a

c、销售产值＝126000*2450＝3.06亿元/a

(3)附加说明：a、均未包括富余焦炉煤气中含有的CO、CO₂、甲烷和多碳烃转化组分合成甲醇的产量；b、富余焦炉煤气中所含的全部氢气组分，在不能满足合成生产甲醇所需氢气量时，应考虑补充些绿氢(或调整工艺等)。

甲醇是一种重要的化工原料和清洁能源，焦化企业捕集利用CO₂与富氢焦炉煤气耦合转化为甲醇，相比CO₂加绿氢制甲醇，应具有很大优势。一般认为焦炉烟道气中含有CO₂浓度(6.0～7.0%)相比较煤电等企业排放烟气中含有CO₂浓度要低，捕集利用会得不偿失。但通过CO₂与富氢焦炉煤气耦合利用和工艺粗略计算得出应是利大于弊。最大的优势是将捕获的CO₂在本焦化企业内消纳，并转换成甲醇等能源化工产品，可降低CO₂贮运费用等。捕集装置是产出低纯度的CO₂产品气，相比较通常的CO₂捕集装置是产出高纯度的液休CO₂，这也可降低捕集CO₂成本及装置建设投资等。

 笔者建议相关咨询研究设计单位联合焦化企业，在获得政府有关部门资金支持下，更深入的研究开发焦炉烟道气CO₂捕集耦合富氢焦炉煤气转换成甲醇等能源化工产品新工艺、新装置，进行全流程系统的综合经济技术分析、能耗分折和甲醇产品“碳足迹”分析与评价等。并能建设投运一套示范装置，为焦化企业真正实现低(零)碳排放炼焦，为国家努力实现“碳中和”做出一份贡献。