田希源（兗礦國(guó)宏化工有限責(zé)任公司，山東鄒城273500）

0 引言

為更好實(shí)現(xiàn)煤氣化制甲醇期間的節(jié)能節(jié)水目標(biāo)，推進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程，需采用更加可靠的夾點(diǎn)技術(shù)，對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析與優(yōu)化，預(yù)測(cè)生產(chǎn)期間的能耗目標(biāo)值，制定出煤氣化制甲醇環(huán)節(jié)能耗量管控機(jī)制，從根本上控制煤氣化制甲醇工藝實(shí)施過(guò)程中的資源消耗量，更好實(shí)現(xiàn)甲醇生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益最大化目標(biāo)。

1 夾點(diǎn)技術(shù)的理論分析

夾點(diǎn)理念首次提出于20 世紀(jì)70 年代末，當(dāng)時(shí)主要為解決換熱器網(wǎng)絡(luò)中的溫度夾點(diǎn)問(wèn)題，指出通過(guò)控制夾點(diǎn)能夠更好提升換熱網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間的最大熱回收量[1]。從廣義上來(lái)講，夾點(diǎn)技術(shù)就是應(yīng)用熱阱系統(tǒng)，向公用工程輸入熱量，不會(huì)產(chǎn)生其他熱量流出。應(yīng)用熱源系統(tǒng)，在公用工程冷卻過(guò)程中帶走熱量，不會(huì)產(chǎn)生其他熱量的流入。

為確保夾點(diǎn)技術(shù)能夠充分發(fā)揮出其應(yīng)有作用，需對(duì)夾點(diǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行不斷優(yōu)化。要求在夾點(diǎn)之上避免設(shè)置冷卻器，夾點(diǎn)之下避免設(shè)置加熱器，不可出現(xiàn)跨越夾點(diǎn)加熱的情況。

2 煤氣化制甲醇工藝夾點(diǎn)設(shè)置

2.1 煤氣化制甲醇工藝

隨著社會(huì)發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，各類能源消耗量增大，為更好解決能源緊張問(wèn)題，可運(yùn)用甲醇替代其他燃料，控制燃料燃燒期間的廢棄物排放量，從根本上保障周邊生態(tài)環(huán)境。煤氣化制甲醇是當(dāng)前甲醇生產(chǎn)的重要方式，在實(shí)際生產(chǎn)期間需經(jīng)歷煤氣化、渣水處理、變換熱回收、低溫甲醇洗、甲醇合成與甲醇精餾等環(huán)節(jié)。

2.2 不同環(huán)節(jié)夾點(diǎn)的應(yīng)用

在煤氣化制甲醇的渣水處理環(huán)節(jié)應(yīng)用夾點(diǎn)技術(shù)，使渣水處理能源利用率不斷提升[2]。具體來(lái)說(shuō)，渣水處理主要就是將氣化環(huán)節(jié)輸送來(lái)的黑水進(jìn)行閃蒸處理，借助真空過(guò)濾裝置使溶渣與水分離，將經(jīng)過(guò)處理后的灰水循環(huán)使用，從根本上提升煤氣化制甲醇工藝生產(chǎn)期間的水資源利用率。結(jié)合渣水處理要點(diǎn)，明確夾點(diǎn)闕值情況，將夾點(diǎn)的目標(biāo)值與設(shè)計(jì)值控制在實(shí)際范圍之內(nèi)。

在變換熱回收環(huán)節(jié)應(yīng)用夾點(diǎn)技術(shù)，主要就是將水煤氣進(jìn)入到變換爐后，使水煤氣內(nèi)部一氧化碳與水蒸氣在催化劑的作用下發(fā)生變換反應(yīng)，生成氫氣與二氧化碳，調(diào)整反應(yīng)原料內(nèi)的氣體氫碳比。利用夾點(diǎn)技術(shù)吸收水氣內(nèi)的熱量，使粗煤氣降低到40℃，送至到低溫甲醇洗工序中。在變換熱回收單元內(nèi)，僅需冷卻公共工程，因此變換期間的目標(biāo)值與設(shè)計(jì)值均應(yīng)控制在5.5MW 范圍之內(nèi)。在變換熱回收單元產(chǎn)生蒸汽或與循環(huán)水冷卻期間，也應(yīng)進(jìn)一步提升廢熱資源利用率，確保轉(zhuǎn)換期間能夠產(chǎn)生更多的中壓蒸汽以及低壓蒸汽，控制循環(huán)水的用量。

在低溫甲醇洗過(guò)程中設(shè)置夾點(diǎn)，主要就是清除粗煤氣內(nèi)硫化氫等有害氣體，將煤氣進(jìn)行凈化，更好滿足甲醇后期合成要求。在低溫甲醇洗環(huán)節(jié)內(nèi)，單元低溫物流較多，在冷公用工程內(nèi)需采用成本較大的丙烯制冷方式，因此為從根本上提升煤氣化制甲醇生產(chǎn)期間的經(jīng)濟(jì)效益，需將低溫甲醇洗的最小熱傳溫差控制在5℃之內(nèi)，要求冷熱物流復(fù)合曲線的夾點(diǎn)溫度為102.5℃。

在對(duì)夾點(diǎn)結(jié)果進(jìn)行分析中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)煤氣化制甲醇工藝內(nèi)的換熱網(wǎng)絡(luò)存在跨越夾點(diǎn)傳熱的現(xiàn)象，依照夾點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用原則，發(fā)現(xiàn)跨越夾點(diǎn)的傳輸方式會(huì)使加熱公共工程與冷卻公共工程的消耗量增加，需注重控制最小公共工程用量，避免完全禁止能量穿越夾點(diǎn)導(dǎo)致?lián)Q熱器數(shù)量增多，操作流程復(fù)雜，生產(chǎn)成本難以管控等問(wèn)題發(fā)生。

在甲醇合成以及精餾環(huán)節(jié)中涉及夾點(diǎn)，切實(shí)提升甲醇合成與精餾期間的能源利用率。甲醇合成主要就是將凈化合成后氣體輸入到合成裝置進(jìn)行合成反應(yīng)，形成粗甲醇[3]。通過(guò)精餾塔去除粗甲醇內(nèi)的雜質(zhì)，從而獲得高質(zhì)量甲醇產(chǎn)品。將夾點(diǎn)最小傳送溫差設(shè)置在10℃，發(fā)現(xiàn)甲醇合成與精餾環(huán)節(jié)的冷熱物流負(fù)荷曲線夾點(diǎn)溫度為78.6℃。

由此可見(jiàn)，在甲醇合成以及精餾環(huán)節(jié)內(nèi)存在以下問(wèn)題：第一，跨越夾點(diǎn)傳熱。對(duì)甲醇合成塔入塔后的氣體溫度與出塔合成氣體溫度進(jìn)行換熱；第二，在夾點(diǎn)之上應(yīng)用了冷卻公用工程。氣體出塔合成與入塔合成轉(zhuǎn)換熱后，溫度仍然高于夾點(diǎn)溫度，但應(yīng)用了循環(huán)冷卻水冷卻，導(dǎo)致甲醇冷凝期間的熱力資源被額外消耗。因此為提升甲醇合成期間的資源利用率，需合理應(yīng)用甲醇冷凝潛熱。

依照夾點(diǎn)設(shè)計(jì)原則，在跨越夾點(diǎn)傳熱以及夾點(diǎn)上應(yīng)用冷卻公用工程，會(huì)導(dǎo)致工程實(shí)施期間的能耗量增加，因此需結(jié)合煤氣化裝置的工藝生產(chǎn)要求，對(duì)甲醇合成期間的控制方式進(jìn)行不斷改進(jìn)與優(yōu)化。

2.3 煤氣化制甲醇工藝的整合

在煤氣化制甲醇工藝應(yīng)用期間，涉及到多個(gè)單元的工藝?，F(xiàn)階段在各工段環(huán)節(jié)的優(yōu)化過(guò)程中，只局限在考慮本工段能量平衡方面，對(duì)于各工段之間可用于熱量交換的物流研究較少，為更好滿足甲醇生產(chǎn)期間部分物質(zhì)的冷卻要求，需采用增加冷卻工用工程的方式，導(dǎo)致生產(chǎn)期間的熱量流失嚴(yán)重；同樣，部分應(yīng)要加熱的物質(zhì)也需通過(guò)加熱公共系統(tǒng)獲取足夠的熱量，致使煤氣化制甲醇工藝實(shí)際應(yīng)用期間的能量損失巨大。

為從根本上提升煤氣化制甲醇生產(chǎn)期間的能源利用率，對(duì)周邊生態(tài)溫度造成的不利影響，需將煤氣化制甲醇生產(chǎn)環(huán)節(jié)整合在一起，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的能源潛力進(jìn)行挖掘，進(jìn)行最優(yōu)化夾點(diǎn)設(shè)計(jì)，使各單元的能源消耗量得到有效控制[4]。結(jié)合當(dāng)前煤氣化制甲醇生產(chǎn)要求，將生產(chǎn)環(huán)節(jié)各單元的最小溫度差統(tǒng)一控制在10℃，使加熱供應(yīng)工程與冷卻供應(yīng)工程的節(jié)能潛力得到最大限度發(fā)揮。

3 夾點(diǎn)技術(shù)在煤氣化制甲醇工藝中應(yīng)用的效果分析

以某生產(chǎn)企業(yè)蒸餾裝置的能耗量為例，該蒸餾裝置運(yùn)行期限的能耗約占25%，蒸餾裝置長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中的原料消耗量增加，難以實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)期間經(jīng)濟(jì)效益最大化目標(biāo)，使企業(yè)發(fā)展到達(dá)瓶頸階段[5]。而將夾點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用在煤氣化制甲醇生產(chǎn)的蒸餾裝置內(nèi)，將換熱溫度提升到294℃，使蒸餾加熱能力進(jìn)一步增長(zhǎng)，原材料用量不斷降低。

同時(shí)，在煤氣化制甲醇環(huán)節(jié)內(nèi)高效應(yīng)用夾點(diǎn)技術(shù)也可提升甲醇生產(chǎn)期間的速率，幫助相關(guān)管理部門(mén)分析甲醇生產(chǎn)存在的不合理問(wèn)題，針對(duì)此些問(wèn)題提出相應(yīng)的解決方案，煤氣化制甲醇生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能潛力得到充分發(fā)揮。切實(shí)提升夾點(diǎn)技術(shù)研究力度，分析夾點(diǎn)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用期間的改進(jìn)重點(diǎn)，使夾點(diǎn)技術(shù)在解決社會(huì)能源緊張問(wèn)題、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展中發(fā)揮出重要作用。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，為充分發(fā)揮出夾點(diǎn)技術(shù)的積極作用，在煤氣化制甲醇工藝應(yīng)用期間，相關(guān)管理部門(mén)也需對(duì)夾點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管，借助夾點(diǎn)技術(shù)分析出能源使用不合理的癥結(jié)所在，深入挖掘出煤氣化制甲醇工藝節(jié)能潛力，使煤氣化制甲醇工作能夠更好響應(yīng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展號(hào)召，切實(shí)提升各類資源的利用率。