焦炉煤气甲烷化及制氢
我国粗钢产量常年占全球 50% 以上，高炉炼钢必须依赖冶金焦炭，全国焦化产能超 5 亿吨/年。焦炉煤气是炼焦的副产气体，基数庞大。
以往焦炉煤气是做为厂区自用锅炉燃料。把焦炉煤气直接燃烧是对资源的极大浪费。一方面燃烧发电综合热效率仅 30%～40%，另一方面燃烧污染物排放量很大。
焦炉煤气中含有丰富的高价值组分，如下表所示。但过去因深度利用焦炉煤气技术门槛高、早期成套装备国产化不足，所以国内焦化厂的大量焦炉煤气未能被充分利用。
成都新能联工程技术有限公司在国内开创了焦炉煤气甲烷化及制氢行业，为充分挖掘巨量焦炉煤气的价值和降低污染排放做出了开拓性贡献。
2009年，公司在山东铁雄焦化开展的“200标方/小时全流程焦炉煤气合成天然气试验”通过鉴定。
2013年4月，云南富源华鑫清洁能源有限公司20000标方/小时焦炉煤气制天然气项目顺利开车，首次以国产技术建成了大型化、工业化、百万吨级焦炉煤气生产天然气的全套工艺流程装置。
| 组分 | 体积占比 | 说明 |
|---|---|---|
| H₂（氢气） | 54%～59% | 核心高价值组分，制氢核心原料 |
| CH₄（甲烷） | 24%～28% | 甲烷化基础气源 |
| CO（一氧化碳） | 5%～7% | 有毒、易积碳，甲烷化需转化 |
| CO₂（二氧化碳） | 1.5%～3% | 酸性气，需脱除或参与反应 |
| C₂+（乙烷、乙烯等重烃） | 2%～4% | 不饱和烃，易结焦，前置脱除 |
| N₂、O₂ | 0.5%～2% | 惰性杂质，降低产品热值 / 纯度 |
一、焦炉煤气制氢
1. 工艺原理
利用分子筛 / 活性炭吸附剂高压吸附杂质、低压解析解吸的变压吸附特性：
原料气中 CH₄、CO、CO₂、C₂+ 被吸附截留，H₂几乎不被吸附，直接穿出吸附塔得到高纯氢气；降压后杂质脱附，吸附剂再生循环。
2. 物理分离
前置预处理中的净化反应：
1）脱硫：H2S + ZnO = ZnS + H2O（氧化锌精脱硫）
2）脱氧保护催化剂：2H2 + O2 = 2H2O（脱氧反应器）
3. 制氢产品
高纯 H₂（99.9%～99.999%）、解析尾气（富甲烷混合气，可作燃料或进甲烷化装置）
二、焦炉煤气甲烷化（生产合成天然气 SNG）
1. 核心原理
2. 全部主化学反应方程式
3. 甲烷化产品
三、完整主流工艺流程
流程 A：焦炉煤气制氢
预处理单元：初冷、电捕焦油器脱焦油→洗萘脱苯→湿法脱硫（氨法 / 栲胶法）→脱氨→压缩→氧化锌精脱硫→脱氧干燥
PSA 变压吸附制氢单元：多塔并联吸附系统，自动程控阀切换吸附 / 均压 / 解吸 / 冲洗
产品后处理：高纯氢增压外送；解吸尾气送锅炉燃烧或并入甲烷化装置
流程 B：焦炉煤气制 SNG 甲烷化
深度净化：同制氢前置，H₂S＜0.1ppm，防止镍基催化剂中毒
水汽变换单元：配入水蒸汽，将部分 CO 转为 CO₂，调整 H₂/CO 配比，避免积碳
多级甲烷化反应器
一级高温甲烷化：反应放热最大，副产高压蒸汽，控制床温防烧结
二级低温精制甲烷化：残余微量 CO/CO₂深度转化
脱碳脱水单元：MDEA 胺法脱除多余 CO₂、分子筛脱水
调压加臭：成品 SNG 外送城市燃气管网
流程 C：联产工艺（制氢 + 甲烷化联合）
净化后焦炉气分两路：一路进 PSA 制高纯氢；PSA 解析富碳尾气送入甲烷化装置制 SNG，实现气源全利用，无废气放空。
四、焦炉煤气甲烷化 / 制氢的行业意义
- 资源化消纳炼焦副产：传统焦化厂焦炉气直接烧锅炉热值利用率低，高附加值转化大幅提升经济效益；
- 替代化石天然气：自产 SNG 降低工业企业外购管道天然气成本，缓解国内天然气缺口；
- 低成本工业氢源：焦炉煤气含 55% 左右氢气，相比煤制氢、电解水制氢投资、能耗更低，是钢铁、化工最优低成本氢源；
- 减碳环保：高价值利用替代直接燃烧，降低焦化厂区碳排放，副产 CO₂可配套 CCUS 捕集封存；
- 产业链协同：焦化 – 化工园区耦合，实现园区氢气、蒸汽、燃气自给。
五、深度下游化工应用（合成气、合成氨、甲醇、烯烃等）
1. 制备合成气（CO+H₂）
路径 1：焦炉煤气重整制合成气（用于煤化工） 净化焦炉气配水蒸汽 / 氧气，蒸汽重整： 将原有高 CH₄气源逆转化为合成气（CO+H₂混合气），适配各类羰基合成、费托合成装置。
路径 2：制氢 + CO 耦合合成气 PSA 产出高纯 H₂，配套煤气化 / CO 回收装置配 CO，按需调配 H₂/CO 比例，精准定制合成气。
2. 合成氨
工艺：焦炉气 PSA 制高纯 H₂ → 空分装置制 N₂ → 按 3:1 氢氮比混合 → 压缩、催化合成氨
优势：省去煤造气制氢工段，大幅降低合成氨装置煤耗，焦化 – 化肥联合厂主流路线。
3. 甲醇 / 二甲醚合成 合成气（H₂/CO≈2:1）催化合成甲醇；甲醇再脱水制二甲醚（民用燃料、气雾剂）。
4. 费托合成制液体燃料 重整后合成气进入费托反应器，产出汽油、柴油、石蜡等高附加值油品，适配无油气资源的焦化园区。
5. 其他精细化工延伸
• 氢气供给：双氧水、己内酰胺、金属粉末还原、光伏硅料还原；
• SNG 深加工：裂解制氢气、炭黑；
• 副产 CO₂：碳酸二甲酯、干冰、食品添加剂、CCUS 碳封存；
• 烯烃路线：合成气经 MTO/MTP 制乙烯、丙烯。