夾點技術在煤氣化制甲醇工藝中的應用

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)

夾點技術在煤氣化制甲醇工藝中的應用

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、煤氣化工藝進行了簡單介紹，并對夾點技術在煤氣化制甲醇工藝中的應用進行了分析，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能潛力以及工藝優化方向。

煤氣制甲醇；夾點技術；節能

我國煤炭資源豐富，在我國的一次能源生產和消費中，煤仍為占主導地位。以國家能源安全角度為根本出發點，且立足于我國具有豐富的煤炭資源的特點，探索煤炭產業進行多元化發展，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，是煤化工企業關注的重點。

1 夾點技術

隨著換熱器網絡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絡中的熱回收不能達到最大值。所謂夾點技術主要是指從熱力學角度上出發，把換熱網絡劃成能夠相互獨立且分離的兩個子系統，即熱阱系統和熱源系統[1]。

熱阱系統是位于夾點之上的系統，其可以通過使用加熱公用工程實現熱量的輸入，與此同時，不會出現熱量的流出。熱源系統是位于夾點之下的系統，其可以通過使用冷卻公用工程實現熱量的輸出，與此同時，不會出現熱量的流入。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生相互的換熱匹配，主要以夾點上的熱阱系統和熱源系統來實現熱平衡，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計原則：

（1）不應在夾點之上設置任何冷卻公用工程；

（2）不應在夾點之下設置任何加熱公用工程；

（3）不應在傳熱過程中出現跨越夾點的情況。

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，通過化學反應將其中的可燃部分轉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過程[2]。

煤氣化工藝作為一種生產合成氣等產品的主要途徑，依據氣化爐內流體力學狀態進行分類，可將煤氣化技術分為固定床、流化床和氣流床三種類型。其中，固定床技術依據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。

固定床氣化技術的典型代表是BGL碎煤熔渣和魯奇加壓氣化技術。該氣化技術具有原料適應范圍廣（強黏結性煙煤除外）、可氣化水分和灰分較高的劣質煤、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。

流化床氣化技術典型的代表有山西煤化所的ICC灰融聚氣化技術和恩德粉煤氣化技術。其仍然存在煤氣中有效成分低、碳轉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生化學反應，生成二氧化碳和氫氣，從而調節氫碳比。

設冷、熱物流的最小熱溫差為10℃，夾點在冷、熱物流復合曲線中沒有出現，變換熱回收單元中的冷卻公用工程起到了至關重要的作用。其設計值和目標值一致，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冷卻水和產生蒸汽，盡可能的回收廢熱而達到節能的目的，產生更多的低壓和中壓蒸汽，從而降低了循環水的使用量。

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），提高凈化氣的質量，使其符合甲醇合成相關標準。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℃，根據夾點方法設計原則可知，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雜，目前關注點多集中在工段內部的能量守恒。然而。將系統看成一個整體，便可保證過程工業工程設計水耗、能耗及對環境所造成的污染達到最小值，從而系統結構復雜程度變高，其具備的優化潛力隨之而增大。將系統看成一個整體，將其熱溫差值設計成11℃，加熱和冷卻公用工程的節能效果可以分別提升到208%和48%。

4 結語

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

[1]張厚智孫濤孫蘭強等；煤氣化制甲醇工藝中夾點技術的應用分析[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選擇[J].潔凈煤技術，2011，17(2)：34-38.

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

姓名:王璇（1988-）；性別：女，籍貫：山東省鄒城人，學歷：本科，畢業于河南城建學院；現有職稱：助理工程師；研究方向：煤化工