陳畢楊，曹尚峰

(武漢鋼鐵集團 氣體有限責任公司，武漢 430083)

焦爐煤氣制氫方法的比較及成本分析

陳畢楊，曹尚峰

(武漢鋼鐵集團 氣體有限責任公司，武漢 430083)

使用焦爐煤氣為原料分離的化工產品主要是氫氣和天然氣。小規(guī)模焦爐煤氣制氫一般采用變壓吸附法。大規(guī)模焦爐煤氣可先分離出LNG，再提取氫氣。分別對兩種制氫方法做了介紹和成本分析。

焦爐煤氣；制氫；比較

氫氣在工業(yè)上有著廣泛的用途。近年來，隨著精細化工、醫(yī)藥電子、粉末冶金、林農業(yè)品加氫、生物工程、石油煉制、氫燃料清潔汽車等行業(yè)的迅速發(fā)展，對氫氣需求急速增加。

化肥和石油化工等大規(guī)模氫氣用戶一般采用煤制氫、天然氣蒸汽轉化和輕油蒸汽轉化等技術。精細化工，醫(yī)藥、電子、冶金等小規(guī)模氫氣用戶一般選用水電解制氫、甲醇裂解制氫和變壓吸附制氫等技術。水電解工藝技術成熟，但能耗高。甲醇裂解制氫原料易得，流程簡單，操作方便。

對于擁有煉鋼、煉油或者其他化工過程中產生的各種富氫氣體資源的用戶來說，采用變壓吸附工藝從尾氣中直接回收提純氫氣是最簡單、最節(jié)約的方案。

1 焦爐煤氣制氫

焦爐煤氣富含55%左右的氫氣和25%左右的甲烷，所以使用焦爐煤氣為原料分離的化工產品主要是氫氣和天然氣。

小規(guī)模焦爐煤氣制氫一般采用變壓吸附法，只提取焦爐煤氣中55%左右的氫氣，解析氣返回回收,一般做燃料利用。

大規(guī)模焦爐煤氣利用分兩種情況。當沒有大規(guī)模的氫氣用戶時，首先要把焦爐煤氣中的氫氣甲烷化，再分離提取LNG，即焦爐煤氣制天然氣。第二種情況是焦爐煤氣資源豐富的同時又擁有大規(guī)模的管道氫用戶,焦爐煤氣可采用深冷法先分離出LNG，再經過變壓吸附提取氫氣供給管道用戶，這種情況是焦爐煤氣回收提氫的工藝路線中資源最優(yōu)化，效益最大化的方案。

2 小型變壓吸附制氫

2.1 工藝簡介

焦爐煤氣變壓吸附制氫工藝流程如圖1所示。焦爐煤氣組分復雜、原料氣壓力低、產品氫氣純度要求高，工藝流程由壓縮工序、預處理工序、變壓吸附工序和凈化工序組成。另外為使系統(tǒng)排放的污水能達到環(huán)保要求，還應配有一套污水處理工序。

圖1 焦爐煤氣變壓吸附制氫流程簡圖

2.2 成本分析

某600 m3/h焦爐煤氣制氫裝置項目總投資350萬，根據(jù)項目投資特點計算折舊成本。固定資產按資產類別確定綜合折舊年限，采用直線折舊法計算年折舊為22.17萬，則單位產品折舊成本為0.046元。

根據(jù)生產報表，生產1 m3氫氣需消耗焦爐煤氣2 m3，耗電0.3 kW·h，耗循環(huán)水34.4 kg。列入表1中計算單位生產運行成本為1.233元。

項目運行期間每年人工支出為40萬元，年維修費、管理費、銷售費等合計30萬元，計算單位產品固定成本：0.1455元。

該裝置制氫總成本為每立方氫氣1.425元。

表1 單位產品生產運行成本

3 大型變壓吸附制氫

目前我國大規(guī)模的制氫項目中以煤為原料的工藝路線占比最重，但是很多企業(yè)都認識到焦爐煤氣中的氫氣資源非常寶貴，僅作為燃料非?？上?，應選擇先進的技術，合理的方法來生產和應用焦爐煤氣中的氫氣，以獲得最大的經濟和環(huán)境效益。

但是擁有大規(guī)模焦爐煤氣資源的鋼鐵企業(yè)基本已經煤氣平衡，如果想大規(guī)模的把焦爐煤氣抽出做原料就必須用天然氣等燃料置換煤氣平衡中的焦爐煤氣。

某混合煤氣組成參數(shù)如表2所示。設替換的天然氣熱值為8500 kcal/ m3，按目前的市場價格計算1 m3焦爐煤氣的置換價格為1.1元，遠大于焦爐煤氣本身的市場價格，經濟性已不復存在。

所以考慮只用天然氣置換焦爐煤氣中的氫氣部分。設氫氣熱值為2580 kcal/ m3。則計算可得1 m3焦爐煤氣的置換價格約為0.4元。

表2 某混合煤氣成分

只用天然氣置換焦爐煤氣中的氫氣部分，即使用混合煤氣中的焦爐煤氣為原料經過變壓吸附提取氫氣產品，解析氣再混合天然氣返回混合煤氣用戶。該方案與小型變壓吸附制氫裝置相比成本組成類似，但充分考慮了解析氣的熱值和經濟價值，再加上規(guī)模效益，綜合計算氫氣的單位成本約為1.15元。

4 大型焦爐煤氣制氫副產LNG

4.1 技術簡介

大型焦爐煤氣制氫氣副產LNG技術近年來在我國應用于大規(guī)模氫氣生產。其產品氫氣主要依靠管道氣用戶，副產LNG面向市場。

10萬m3/h焦爐煤氣制氫氣(副產LNG)項目總投資約為13億，同等規(guī)模的煤制氫項目投資超過14億。由于投資小，能耗低，焦爐煤氣制氫副產LNG工藝對比煤制氫工藝具有非常明顯的成本優(yōu)勢。

4.2 成本分析

某裝置焦爐煤氣處理量15 000 m3/h(氫氣產量8250 m3/h，LNG 3300 m3/h)，項目總投資約1.1億。采用直線折舊法中平均年限法計算年折舊為697萬元，則單位氫氣產品折舊成本為0.106元。

該項目氫氣提取率高，根據(jù)生產報表每立方米氫氣(副產LNG)消耗焦爐煤氣1.8 m3，原料消耗約占運行成本的80%，計算得到單位氫氣生產運行成本約為1.125元。

項目運行期間每年人工支出為200萬元，年維修費、管理費、銷售費等合計450萬元，計算單位產品固定成本為0.098元。

綜上，該裝置生產1m3氫氣和0.4 m3LNG的總成本約為1.329元。

5 總結

小型焦爐煤氣制氫裝置的制氫成本約為每立方氫氣1.425元，若考慮解析氣回收并適當擴大規(guī)模，單位成本或降至1.15元。

當焦爐煤氣資源豐富且有管道氫氣用戶的情況下采用焦爐煤氣制氫副產LNG的工藝路線是資源最優(yōu)化，效益最大化的方案。每生產1m3氫氣和0.4 m3LNG的總成本約為1.329元，對比單一制氫成本，該方案中LNG的單位成本僅為0.448元，利潤可觀。

對于已經實現(xiàn)煤氣平衡的鋼鐵企業(yè)來說，如有合適的管道氫氣用戶，可分段投資逐步置換出焦爐煤氣中的氫氣。對于擁有大量焦爐煤氣資源的企業(yè)來說，可以結合LNG、氫氣產品的市場情況，重新規(guī)劃焦爐煤氣的資源利用，使焦爐煤氣從傳統(tǒng)的燃料角色徹底轉變?yōu)榛ぴ系慕巧?。對比傳統(tǒng)的氫氣制取方法焦爐煤氣提氫不僅是更加環(huán)保的資源綜合利用，還擁有非?？捎^的經濟效益。

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陳畢楊，女，工程師。2010年畢業(yè)于北京科技大學動力工程及工程熱物理專業(yè)，工學碩士?，F(xiàn)任職于武鋼氣體公司。

Comparison and Cost Analysis of Process of HydrogenProduction from Coke Oven Gas

CHEN Biyang， CAO Shangfeng

(WISCO Gases Corporation Ltd., Wuhan 430083,China)

The mainly products separated from coke oven gas are hydrogen and natural gas. The process of small-scale coke oven gas hydrogen production generally use the method of PSA.LNG can be separated from the coke oven gas in the process of large-scale, and then produces hydrogen. In this paper, two methods of process of hydrogen production were introduced and analyzed.

coke oven gas；process of hydrogen production；comparison

2016-12-06

TQ116.2+3

B

1007-7804(2017)01-0028-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.01.007