李响
（陕西启创能源化工科技有限公司，陕西 西安048400）
［摘 要］近年来，焦化行业产业结构调整加快，因其副产的焦炉煤气是较好的化工原料，使得焦炉煤气制甲醇、液化天然气（LNG）、合成氨、尿素、乙二醇、乙醇项目成为热点；其中，已投运的焦炉煤气制合成氨联产LNG项目采用的工艺路线有2条，最主要的区别在于是否设置CO变换工段。通过对设置CO变换工段与否的产品产量、公用工程消耗、项目投资、综合经济效益等进行比较，认为焦炉煤气制合成氨联产LNG项目采用不设置变换工段的工艺方案更为合理。
［关键词］焦炉煤气；合成氨联产LNG项目；变换工段设置与否；产品产量；公用工程消耗；项目投资；综合经济效益
［中图分类号］TQ113.26+4.2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）03-0034-03
0 引 言
焦化行业属于传统化工行业，技术和资金壁垒不高，近年来焦化行业一直面临产能过剩和高耗能、高污染等问题，供给侧改革以来，一系列“去产能”政策出台，违规产能和不环保产能被淘汰，国内几乎已将4.3 m以下焦炉全部淘汰，新上焦化装置焦炉都在6 m以上。近年来，产业结构调整加快、“关小上大”，焦化行业通过联产解决环保问题，同时增加企业经济效益。数据显示，2019年全国焦炭产量为4.72×108 t，表观消费量为4.65×108 t。
焦炉煤气是焦化行业重要的副产品，焦炉煤气中含有近60%的H2、约23%的CH4和8%的CO，是较好的化工原料，近年来焦炉煤气制甲醇、液化天然气（LNG）、合成氨、尿素、乙二醇、乙醇项目成为热点，基本上已经取代了焦炉煤气直接发电项目。当焦炉煤气量为30 000 m3/h左右时，建议投建甲醇、液化天然气（LNG）项目；当焦炉煤气量超过40 000 m3/h时，建议投建甲醇联产合成氨或者合成氨联产LNG项目。近年由于甲醇市场比较疲软，同时市场对LNG的需求增大，合成氨联产LNG项目的经济效益较好。目前，已投运的焦炉煤气制合成氨联产LNG项目采用的工艺路线有2条，最主要的区别在于是否设置CO变换工段。以下笔者就焦炉煤气制合成氨联产LNG项目是否设置CO变换工段谈一点认识，供业内参考。
1 焦炉煤气制合成氨联产LNG项目工艺方案
据目前国家的有关批复情况，2 800 kt/a焦化项目副产的焦炉煤气量约为80 000 m3/h（干基），以此为基础建设焦炉煤气制合成氨联产LNG项目，以及其焦炉煤气的典型组分（见表1）为基准进行的工艺设计及探讨如下。
1.1 工艺方案一——不设置变换工段
焦化装置送来的焦炉煤气进入气柜缓冲稳压，经一次增压后进入变温吸附（TSA）净化系统，除去焦油、萘、苯后进行二次增压，增压后进入铁钼加氢精脱硫系统，将气体中的总硫脱至0.1×10-6以下；脱硫后的净化气经MDEA脱碳后，采用液氮洗/深冷分离工艺将气体中的甲烷及少量多碳烃分离出来作为LNG产品，同时在冷箱内进行洗涤配氮，达到配比要求后的氢氮气送往氨合成系统生产液氨。
1.2 工艺方案二——设置变换工段
焦化装置送来的焦炉煤气进入气柜缓冲稳压，经一次增压后进入TSA净化系统，除去焦油、萘、苯后进行二次增压，增压后进入变换工段，通过变换反应将气体中的CO含量降至1.2%以下；变换气经湿法脱硫、MDEA脱碳和活性炭精脱硫后，采用液氮洗/深冷分离工艺将气体中的甲烷及少量多碳烃分离出来作为LNG产品，同时在冷箱内进行洗涤配氮，达到配比要求后的氢氮气送往氨合成系统生产液氨。当然，工艺方案二也可以设计为在工艺方案一的精脱硫系统与MDEA脱碳系统中间设置变换工段，但如此一来项目的投资及运行能耗较高。
2 2种工艺方案的比较
2.1 产品产量比较
采用上述2种工艺方案，除变换工段的设置会影响液氨和LNG的产量外，2种工艺方案深冷分离出来的富CO气量也不同（富CO气返回焦炉燃烧置换出部分焦炉煤气供化工生产使用）。2种工艺方案之液氨和LNG产量的对比见表2。可以看出：方案一回炉气量较大，而富CO气的热值较高，所以方案一置换出的焦炉煤气量较大，由于不设置变换工段，置换出的较大焦炉煤气量相应地会提高LNG的产量；方案二因为设置有变换工段，焦炉煤气中的CO与水蒸气经变换反应转化成了CO2和H2，相应地会增加液氨的产量。简言之，方案二（设置变换工段）比方案一（不设置变换工段）液氨产量高15.3 kt/a而LNG产量少12.0 kt/a。
2.2 公用工程消耗比较
由于方案一与方案二返炉富CO气量的不同，使得不同的工艺方案下装置的实际运行负荷不同，因而公用工程的消耗也有较大区别。不过，2种方案均需在液氮洗/深冷分离工序之前将气体中的总硫脱除至 0.1×10-6 以下，只是采用的脱硫工艺不同而已（为便于直观地比较，脱硫系统称为精脱硫，下同）。2种工艺方案各工序公用工程消耗的对比见表3。
更多内容详见《中氮肥》2021年第3期