煤制甲醇工藝流程及離心壓縮機應用

關慶男

摘要：煤制甲醇裝置具有工藝流程長，工藝結構復雜的特點。該裝置整個工藝流程涉及的各壓縮機工作條件及介質組份均不同，其研制涉及流體力學、結構及轉子動力學、機械設計與制造、材料學等多種學科，設計、制造難度大。本文結合離心壓縮機應用進行了分析。

關鍵詞：煤制甲醇生產;離心壓縮機;應用

隨著當今世界石油資源的日益減少和甲醇單位生產成本的降低，發展使用甲醇作為新的代替燃料已經成為一種趨勢。近年來，我國石油天然氣進口量逐年增加，對外依存度很高。石油天然氣供給不足嚴重威脅著我國經濟和社會發展，使用我國資源豐富的煤取代石油天然氣作為化工原料，是解決我國能源問題的途徑之一，而“煤制甲醇”是目前我國煤化工發展的主流方向。

一、煤制甲醇工藝流程

甲醇是最簡單的飽和醇，其工藝流程大致如下：

1.氣化將原料煤加水連同空分送來的高壓氧，在氣化爐中發生反應生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等氣體。本工藝流程一般配置空分裝置;在煤氣化過程中，有時要用高壓CO2載體輸送煤粉進氣化爐。在氣化爐中煤漿與氧發生如下主要化學反應：

CmHnSr+m/2O2→inCO+（n/2-r）H2+rH2SCO+H2O→H2+CO2

氣化反應在氣化爐反應段瞬間完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等氣體。離開氣化爐反應段的熱氣體和熔渣進入激冷室水浴，被水淬冷后溫度降低并被水蒸氣飽和后出氣化爐;氣體經文丘里洗滌器、碳洗塔洗滌除塵冷卻后送至變換工段。

2.變換由于氣化工段H2含量不足，所以在本工段將氣體中的CO部分變換成H2.主要化學反應為：CO+H2O→H2+CO2

3.低溫甲醇洗本工段采用低溫甲醇洗工藝脫除變換氣中CO2、全部硫化物、其他雜質和H2O。主要包括吸收系統、溶液再生系統和壓縮制冷系統。

4.甲醇合成及精餾經甲醇洗脫硫脫碳凈化后的合成氣，經過甲醇合成氣壓縮機壓縮后進入反應器進行甲醇合成，CO和H2在Cu-Zn催化劑作用下，合成粗甲醇，粗甲醇從甲醇分離器底部排出，經甲醇膨脹槽減壓釋放出溶解氣后送往甲醇精餾工段制得精甲醇。

5.空分裝置煤氣化需要空分裝置的氧氣，空分裝置主要包括分子篩凈化空氣、空氣增壓、氧氣和氮氣內/外壓縮流程等。原料空氣自吸入口吸入，經自潔式空氣過濾器除去灰塵及其他機械雜質。過濾后的空氣進入離心式空壓機經壓縮機壓縮到約0.57MPa（A），然后進入空氣冷卻塔冷卻。經空冷塔冷卻后的空氣進入切換使用的分子篩純化器，空氣中的二氧化碳、碳氫化合物和水分被吸附。凈化后的空氣抽出一小部分，作為儀表空氣和工廠空氣。其余空氣借助空氣增壓機及膨脹機等設備，在換熱器和精餾塔內冷卻液化餾分，制得液氧、液氮，然后根據具體工藝需要送至各種場合。以上所述為煤制甲醇的工藝流程的簡介，其中，用到的主要壓縮機情況如下：空分裝置中用了空壓機、增壓機、氧壓機及氮壓機;低溫甲醇洗工藝中需要丙烯或氨制冷壓縮機;甲醇合成工段的合成氣壓縮機;氣化工段需要二氧化碳壓縮機。

二、煤制甲醇工藝流程中離心壓縮機應用

1.空分裝置壓縮機?？辗盅b置的壓縮機主要包括空壓機組以及空氣增壓機組還有氧氣、氮氣壓縮機組。其中根據空分裝置的實際制氧需求不同，制氧量也存在較大的差異，所以可以采用不同的系列壓縮機進行處理，不同的模式結構差異不大，主要通過齒輪增速整體組裝的方式來實現其功能。在制氧要求不高于6萬m3/h的情況下，空壓機可以采用MCO的模式，該模式屬于單缸單軸多級結構，可以劃分為三段、四段進行壓縮，配備有級間冷卻器，同時帶有入口導葉裝置，便于對流量進行調整。該設備采用了首級半開放的模式，而其他級則采用了封閉式的葉輪，這樣效率相對更高?？諝庠鰤簷C組的出口壓力較高，所以需要選擇性能較強的壓縮機組設備。可以選擇單軸系列的三段壓縮模式，課題采用鍛鋼機殼，設備的密封性良好且機械性能較強，同時內機殼可以采用鑄鋼的模式，這樣綜合加工性能優異且針對性更強。平衡盤密封時可以采用蜂窩密封的方式，能夠有效避免氣體激震的問題。氧氣本身具有較強的氧化作用，所以在氧氣壓縮機組的設計時應該避免強氧化作用帶來的安全影響和設備隱患。在氧壓縮機機組當中，內壁的通道與氧氣接觸的碳鋼零件表面都需要進行鍍銅防銹處理，這樣可以有效防止機殼生銹，同時也能夠避免高溫高壓的氧氣接觸出現異常燃燒的問題，有效提升設備的可靠性。氮氣壓縮機機組的設計工藝差異較大，不過機理與空氣增壓設備類似，雖然不存在氮氣介質問題，但是當壓力較高時，會出現泄漏量升高的問題，所以還是需要選擇更安全的碳環密封模式進行處理。

2.合成氣壓縮機。合成氣壓縮機選擇機型以及系統的穩定性對于整個甲醇工藝流程都會產生較大的影響。一般來說，需要根據實際的生產需要與設備規模來進行選擇。在合成氣壓縮機的壓力調整到合適的狀態時，應該能夠正好適應生產的負荷強度要求，入口的壓力為2～5Mpa的情況均可。在同樣的裝置規模下，壓縮機也會表現出完全不同的狀態。合成段氣體以及循環段氣體根據流程都可以在壓縮機的缸外進行混合，隨后被送入到工藝流程當中，這個過程中壓縮機的缸體內部也可以進行混合，隨后一起送出到工藝流程當中。

3.制冷壓縮機。在低溫清洗單元，由于需要較低的環境溫度，所以需要借助于制冷壓縮機的幫助。常規制冷劑一般選取丙烯或者氨氣，蒸發溫度為零下40℃左右，在液粒分離后進入到壓縮機當中，釋放出冷凝壓力，隨后進入到冷凝器當中。在制冷過程中，通過完整的制冷系統可以給甲醇創造較低的環境溫度，同時也可以根據設備的規模來選擇冷量，中間根據實際的蒸發情況來選擇合適的裝備。在冷量增加時，壓縮機的機型會增大，相應的成本也會增加，所以選擇合適的裝置才能夠取得良好的經濟效益。

由于我國煤儲藏量遠比石油和天然氣多得多，因此從煤出發制合成氣、甲醇，最后制低碳烯烴等產品的研究對于“缺油少氣多煤”的我國來說，其戰略意義更為重大。壓縮機是整個流程中的關鍵設備，壓縮機的制造能力和發展對裝置有直接影響。本文以此為出發點，重點描述了煤制甲醇整個工藝流程所能用到的主要離心式壓縮機的氣動性能、結構特點等。隨著工藝的技術進步，隨著煤化工行業的不斷發展，離心壓縮機也會在更廣闊的舞臺上發揮作用。

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