焦炉煤气制氢工艺技术简介

氢气（H2）是一种最清洁二次能源，有取代化石燃料的趋势，在国内已有多座城市开始投运氢燃料电池公交车（如河北张家口市等）和洒水车（如广州市），真正实现零污染排放，可以这样说我国即将形成“氢能经济”，同时氢气又是优良的还原剂，可以替代碳（C）作为金属氧化物的还原剂，用于钢铁等工业生产过程，氢气还是化学工业和煤焦化企业粗苯、煤焦油加氢精制的生产原料。因此要开发利用这种理想的氢气清洁能源及氢气化工原料，必须首先开发出氢气资源。

焦化厂净化后的焦炉煤气（Coke Oven Gas，简称COG）中含有氢气54～59%（体积百分数，下同）；甲烷23～29%以及烃类、一氧化碳、二氧化碳、氧气、氮气和少量的硫化氢、有机硫、氨、焦油尘、BTX（苯、甲苯、二甲苯）、一氧化氮等杂质成分。若一座年生产焦炭能力300万吨的独立型煤焦化企业，按生产一吨焦炭产生430立方米焦炉煤气计，扣除炼焦炉自用加热消耗估算取值50%，且有富余焦炉煤气量约7.4万立方米/小时；折算得出氢气资源量约4万立方米/小时（按焦炉煤气中含氢55%计）。

目前，实现工业化的氢气体分离技术可分为三大主流技术：（1）膜分离法，产品氢纯度（体积）80～99%，氢回收率75～85%，操作压力3～15MPa；（2）变压吸附（PSA）分离法，产品氢纯度99～99.999%，氢回收率80～97%，操作压力0.5～3.0MPa；（3）深冷分离法，产品氢纯度90～99%，氢回收率98%；操作压力1.0～8.0MPa 。由上述三大氢分离法多项技术参数比较得出，变压吸附法（PSA）是一种较灵活、实用性强的氢分离工艺技术，适合于焦炉煤气的氢分离。国内一些钢铁联合型焦化企业或独立型焦化企业已工业化应用开发PSA法进行焦炉煤气制氢，实践经验得出，该项工艺技术较成熟，宜推广应用。焦炉煤气制氢工艺大致可分为如下工序，精净化、预处理、压缩、PSA提氢、脱氧干燥和产品氢储存外供等。当前较典型的焦炉煤气制氢工艺技术路线有：（1）焦炉煤气制氢联产热电，即应用PSA法提取焦炉煤气中氢后，含富甲烷的尾气供给热电作燃料，如河南平煤集团首山焦化，其产品氢气直接供给神马66盐作化工原料；（2）焦炉煤气制氢联产液化天然气（LNG），即同时得到氢气和LNG两种产品，该工艺技术省除掉了焦炉煤气制LNG工艺路线的甲烷转化工序，为中科院理化所开发应用的焦炉煤气制氢新工艺技术（已申请专利）。