【摘要】:甲烷化制LNG是焦炉煤气利用的新领域。分享了焦炉煤气甲烷化制LNG生产装置节能降耗的几点措施，并进行了经济性分析。结果表明，充分利用LNG生产过程副产物—蒸汽及富氢气资源，设备优化配置使其运行状态处于高效区是生产装置节能降耗的重要举措。
焦炉煤气甲烷化制LNG是焦炉煤气利用的新领域。分享了焦炉煤气甲烷化制LNG生产装置节能降耗的几点措施，并进行了经济性分析。结果表明，充分利用LNG生产过程副产物—蒸汽及富氢气资源，设备优化配置使其运行状态处于高效区是生产装置节能降耗的重要举措。
天然气市场十分巨大，天然气作为替代煤炭的清洁能源选项之一，在环境严重污染的今天提高天然气在能源消费中的占比显得更为重要；《中国能源展望2030》预计，2020年国内天然气消费量为2900亿立方米，“十三五”期间年均增长7.5%；2030年达到4800亿立方米，2020年到2030年间年均增长5.2%，占一次能源消费总量比重升至12%。焦炉煤气是在炼焦过程中产生的副产品,主要成分是氢气和甲烷,还有少量烯烃、一氧化碳和二氧化碳等。焦炉煤气甲烷化制LNG项目不仅可以弥补能源供应缺口，而且可以改善能源质量、减少温室气体的排放，充分、合理利用工业排放气资源，使资源最大限度地得到利用，符合国家循环经济和节能减排资源综合利用的政策，利国利民利企业，具有良好的经济效益和深远的社会意义。
设备优化配置
通过对国内外不同甲烷化工艺技术方案分析，可以看出焦炉煤气甲烷化制LNG生产装置离不开大型压缩设备的利用；绝大多数方案中电机拖动原料气压缩机，合成气压缩机，制冷剂压缩机等动设备是最基本的配置，因此电能消耗是焦炉煤气甲烷化制LNG生产装置一项最重要的消耗，电耗率的大小直接关系到产品成本高低。合理选择设备参数，提高大型动设备运行效率，是降低产品电耗率的重要举措。提高动设备运行效率主要包括两方面，一是提高电机运行效率；二是提高动设备本体运行效率。
异步电动机的运行特性是指在额定电压UN、额定频率fN下运行时，电动机子转子转速n1、输出转矩M、定子电流I1、定子电路的功率因数cosφ、电动机效率η与输出功率P之间的关系,异步电动机工作特性曲线如下图所示：
由图可知：电动机空载时，P=0，η=0。有载时，随着负载的增大，输出功率增大，效率迅速增加。在电动机正常运行的范围内，因主磁通和转速的变化很小，故铁损耗和机械损耗可以认为基本不变（不变损耗），而铜损耗随负载的增大而增大（可变损耗）。当可变损耗等于不变损耗时，电动机的效率达到最高。若负载继续增大则会令效率有所减小。效率的最大值一般出现在额定负载的70%～100%范围内，额定功率一般为75%～95%。由于额定负载附近的功率因数及效率均较高，所以电机应运行在额定负载附近，以尽量避免或减小轻载和空载的运行时间。焦炉煤气甲烷化制LNG项目原料主要来至炼焦过程中产生的废气，原料供应量受焦化企业负荷变化影响很大，同时配煤比的变化对焦炉煤气的产量也有很大影响，焦炉煤气供应量很不稳定。因此在电机配置上20000Nm3/h+10000 Nm3/h
方案优于两台15000Nm3/h(以河南京宝新奥新能源有限公司30000Nm3/h焦炉煤气甲烷化制LNG生产装置为例)。另外，采用软启动方式、选用高效率电机、采用变频器+电动机等方法，也可达到节约能源，提高电机效率的目的。
提高动设备本体运行效率主要是压缩机的运行效率，有几个方面：一是采用高效压缩机设备；二是压缩机与电机高效区吻合；三是设备维护良好，机械效率高；四是避免回路调节流量，从节能效果上讲变频方式>进口节流>回路调节；五是一次压缩（4kpa至2.5MPa）代替两次压缩（4kpa至0.35MPa至2.5MPa）。
蒸汽及富氢气资源的综合利用
焦炉煤气甲烷化反应为强放热反应：
CO + 3H2 = CH4 + H2O △H=-206.16kj/mol
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O △H=-165.08kj/mol
焦炉煤气甲烷化制LNG生产装置采用废锅型式转移甲烷化反应热，同时产生产生饱和蒸汽，以30000Nm3/h焦炉煤气计，蒸汽产量约14t/h；LNG为低温液化精馏，生产装置耗蒸汽量小，蒸汽无法充分利用，放空将引起巨大浪费；焦炉煤气甲烷化过程中，氢气过剩，液化工段有富氢气产生，以30000Nm3/h焦炉煤气计，富氢气流量约5000Nm3/h，热值为9800kj/ Nm3。工艺燃料消耗量不高，富氢气资源需求量不大，资源无法得到合理利用。
MRC制冷循环为LNG液化提供冷源，MRC压缩采用离心压缩机，该设备在整个生产装置中耗能最高；利用富氢气作为燃料，采用锅炉产生饱和蒸汽同甲烷化外送蒸汽一起过热，形成过热蒸汽通过蒸汽透平方式拖动离心压缩机不仅能够合理利用装置副产蒸汽及富氢气资源，降低电量消耗；同时能提高能量利用效率。
我公司通过对LNG生产装置现有动设备的不断优化配置，提高了设备运行效率，LNG产品电耗率由原来的0.85度/Nm3降低到0.65度/Nm3，由此可见充分利用LNG生产过程副产物—蒸汽及富氢气资源，设备优化配置使其运行状态处于高效区对实现生产装置节能降耗的意义重大。（作者单位:134河南京宝新奥新能源有限公司 中国银河证券股份有限公司 ）
