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      夾點技術(shù)在煤氣化制甲醇工藝中的應(yīng)用

      2017-03-04 15:11:28王璇兗礦魯南化工有限公司山東滕州277500
      化工管理 2017年21期
      關(guān)鍵詞:夾點固定床煤氣化

      王璇(兗礦魯南化工有限公司,山東滕州277500)

      梁敬會(兗礦魯南化工有限公司,山東滕州277500)

      夾點技術(shù)在煤氣化制甲醇工藝中的應(yīng)用

      王璇(兗礦魯南化工有限公司,山東滕州277500)

      梁敬會(兗礦魯南化工有限公司,山東滕州277500)

      本文對夾點技術(shù)、煤氣化工藝進行了簡單介紹,并對夾點技術(shù)在煤氣化制甲醇工藝中的應(yīng)用進行了分析,對變換熱回收單元、低溫甲醇洗單元以及多種工藝整合單元進行了探討,并提出了各單元的節(jié)能潛力以及工藝優(yōu)化方向。

      煤氣制甲醇;夾點技術(shù);節(jié)能

      我國煤炭資源豐富,在我國的一次能源生產(chǎn)和消費中,煤仍為占主導(dǎo)地位。以國家能源安全角度為根本出發(fā)點,且立足于我國具有豐富的煤炭資源的特點,探索煤炭產(chǎn)業(yè)進行多元化發(fā)展,以煤制烯烴項目是歷史的必然選擇。其中,煤氣化制甲醇部分的投資較大、水耗和能耗均較高,是煤化工企業(yè)關(guān)注的重點。

      1 夾點技術(shù)

      隨著換熱器網(wǎng)絡(luò)中的溫度夾點問題被國外工作者先后提出,并指出了夾點的存在可能使換熱器網(wǎng)絡(luò)中的熱回收不能達到最大值。所謂夾點技術(shù)主要是指從熱力學(xué)角度上出發(fā),把換熱網(wǎng)絡(luò)劃成能夠相互獨立且分離的兩個子系統(tǒng),即熱阱系統(tǒng)和熱源系統(tǒng)[1]。

      熱阱系統(tǒng)是位于夾點之上的系統(tǒng),其可以通過使用加熱公用工程實現(xiàn)熱量的輸入,與此同時,不會出現(xiàn)熱量的流出。熱源系統(tǒng)是位于夾點之下的系統(tǒng),其可以通過使用冷卻公用工程實現(xiàn)熱量的輸出,與此同時,不會出現(xiàn)熱量的流入。而恰巧位于夾點處的熱流量的值為零度。以Q來表示為跨越夾點上下的熱量傳遞形式,此時位于夾點上、下的冷物流和熱物流會發(fā)生相互的換熱匹配,主要以夾點上的熱阱系統(tǒng)和熱源系統(tǒng)來實現(xiàn)熱平衡,與此同時,夾點上、下的加熱工程量和冷卻工程量隨之而發(fā)生變化。因此,為了可以保證工程用量能夠達到最小值,要按照下述夾點方法設(shè)計原則:

      (1)不應(yīng)在夾點之上設(shè)置任何冷卻公用工程;

      (2)不應(yīng)在夾點之下設(shè)置任何加熱公用工程;

      (3)不應(yīng)在傳熱過程中出現(xiàn)跨越夾點的情況。

      2 煤氣化及其工藝

      煤氣化是指以煤或煤焦為原料,在高溫條件下以空氣、水蒸氣或氫氣等作氣化劑,通過化學(xué)反應(yīng)將其中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料或下游原料的過程。煤氣化過程屬于一個熱化學(xué)過程[2]。

      煤氣化工藝作為一種生產(chǎn)合成氣等產(chǎn)品的主要途徑,依據(jù)氣化爐內(nèi)流體力學(xué)狀態(tài)進行分類,可將煤氣化技術(shù)分為固定床、流化床和氣流床三種類型。其中,固定床技術(shù)依據(jù)壓力不同又可分為常壓固定床、加壓固定床和固定床的改進型。

      固定床氣化技術(shù)的典型代表是BGL碎煤熔渣和魯奇加壓氣化技術(shù)。該氣化技術(shù)具有原料適應(yīng)范圍廣(強黏結(jié)性煙煤除外)、可氣化水分和灰分較高的劣質(zhì)煤、氧耗量較低等特點。但美中不足的是,蒸汽分解率低,和出爐煤氣中有效氣的含量較低,而甲烷和二氧化碳的含量較高。

      流化床氣化技術(shù)典型的代表有山西煤化所的ICC灰融聚氣化技術(shù)和恩德粉煤氣化技術(shù)。其仍然存在煤氣中有效成分低、碳轉(zhuǎn)化率偏低和帶出物碳含量高且難分離等多方面問題。

      3 煤氣化制甲醇工藝中的夾點分析

      甲醇是一種潔凈的燃料,也是一種重要的化工原料。煤氣化制甲醇的工藝主要包括變換熱回收單元、低溫甲醇洗單元和多種工藝整合單元等[3]。

      3.1 變換熱回收單元

      變換熱回收單元主要有兩個工藝目的:

      (1)最大可能的回收水煤氣的熱量,控制粗煤氣的溫度在40℃左右且運送至低溫甲醇洗單元;

      (2)輸送部分水煤氣至變換爐中,并在催化劑的作用下,使水蒸氣和一氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成二氧化碳和氫氣,從而調(diào)節(jié)氫碳比。

      設(shè)冷、熱物流的最小熱溫差為10℃,夾點在冷、熱物流復(fù)合曲線中沒有出現(xiàn),變換熱回收單元中的冷卻公用工程起到了至關(guān)重要的作用。其設(shè)計值和目標值一致,變換熱回收單元所涉及到的冷卻公用工程包括使用了循環(huán)冷卻水和產(chǎn)生蒸汽,盡可能的回收廢熱而達到節(jié)能的目的,產(chǎn)生更多的低壓和中壓蒸汽,從而降低了循環(huán)水的使用量。

      3.2 低溫甲醇洗單元

      低溫甲醇洗單元的主要目的是為了清洗煤氣中的有害氣體(硫化氫和二氧化碳等),提高凈化氣的質(zhì)量,使其符合甲醇合成相關(guān)標準。低溫物流在所有物流中占主要部分,冷卻公用工程在運行時,其使用了較高價格的丙烯。為減少相關(guān)資金的投入,確定冷、熱物流間的最小傳溫差為5℃,此時的夾點溫度可以達到102.5℃,根據(jù)夾點方法設(shè)計原則可知,傳熱跨越了夾點,就會增加冷、熱工程的耗能。

      3.3 多種工藝整合單元

      煤氣化制甲醇的工藝比較復(fù)雜,目前關(guān)注點多集中在工段內(nèi)部的能量守恒。然而。將系統(tǒng)看成一個整體,便可保證過程工業(yè)工程設(shè)計水耗、能耗及對環(huán)境所造成的污染達到最小值,從而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度變高,其具備的優(yōu)化潛力隨之而增大。將系統(tǒng)看成一個整體,將其熱溫差值設(shè)計成11℃,加熱和冷卻公用工程的節(jié)能效果可以分別提升到208%和48%。

      4 結(jié)語

      綜上所述,夾點技術(shù)應(yīng)用于煤氣化制甲醇中是較為科學(xué)合理的,其既能確定能量不合理因素,還能提高節(jié)能,為改進工藝指明了方向。將所有單元看作一個整體,使系統(tǒng)的節(jié)能潛力更上新臺階。

      [1]張厚智孫濤孫蘭強等;煤氣化制甲醇工藝中夾點技術(shù)的應(yīng)用分析[J],化工管理,2016(07).

      [2]馮亮杰,鄭明峰.煤制甲醇項目的煤氣化技術(shù)選擇[J].潔凈煤技術(shù),2011,17(2):34-38.

      [3]葉鑫,丁干紅.夾點技術(shù)在煤氣化制甲醇工藝中的應(yīng)用[J].煤化工,2010(06).

      姓名:王璇(1988-);性別:女,籍貫:山東省鄒城人,學(xué)歷:本科,畢業(yè)于河南城建學(xué)院;現(xiàn)有職稱:助理工程師;研究方向:煤化工

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