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(diǎn)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(diǎn)技術(shù)、煤氣化工藝進(jìn)行了簡單介紹，并對夾點(diǎn)技術(shù)在煤氣化制甲醇工藝中的應(yīng)用進(jìn)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(jìn)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(diǎn)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(fèi)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(diǎn)，且立足于我國具有豐富的煤炭資源的特點(diǎn)，探索煤炭產(chǎn)業(yè)進(jìn)行多元化發(fā)展，以煤制烯烴項(xiàng)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(diǎn)。

1 夾點(diǎn)技術(shù)

隨著換熱器網(wǎng)絡(luò)中的溫度夾點(diǎn)問題被國外工作者先后提出，并指出了夾點(diǎn)的存在可能使換熱器網(wǎng)絡(luò)中的熱回收不能達(dá)到最大值。所謂夾點(diǎn)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(dú)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(diǎn)之上的系統(tǒng)，其可以通過使用加熱公用工程實(shí)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(diǎn)之下的系統(tǒng)，其可以通過使用冷卻公用工程實(shí)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(diǎn)處的熱流量的值為零度。以Q來表示為跨越夾點(diǎn)上下的熱量傳遞形式，此時位于夾點(diǎn)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(diǎn)上的熱阱系統(tǒng)和熱源系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)熱平衡，與此同時，夾點(diǎn)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(dá)到最小值，要按照下述夾點(diǎn)方法設(shè)計(jì)原則：

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

（2）不應(yīng)在夾點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(diǎn)。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(diǎn)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(yùn)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(diǎn)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(jì)值和目標(biāo)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)。低溫物流在所有物流中占主要部分，冷卻公用工程在運(yùn)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(diǎn)溫度可以達(dá)到102.5℃，根據(jù)夾點(diǎn)方法設(shè)計(jì)原則可知，傳熱跨越了夾點(diǎn)，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(diǎn)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(jì)水耗、能耗及對環(huán)境所造成的污染達(dá)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(jì)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(diǎn)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(jìn)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(qiáng)等；煤氣化制甲醇工藝中夾點(diǎn)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(xiàng)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(diǎn)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