夾點技術(shù)在煤氣化制甲醇工藝中的應(yīng)用

田希源（兗礦國宏化工有限責(zé)任公司，山東鄒城273500）

0 引言

為更好實現(xiàn)煤氣化制甲醇期間的節(jié)能節(jié)水目標(biāo)，推進社會可持續(xù)發(fā)展進程，需采用更加可靠的夾點技術(shù)，對當(dāng)前生產(chǎn)工藝進行分析與優(yōu)化，預(yù)測生產(chǎn)期間的能耗目標(biāo)值，制定出煤氣化制甲醇環(huán)節(jié)能耗量管控機制，從根本上控制煤氣化制甲醇工藝實施過程中的資源消耗量，更好實現(xiàn)甲醇生產(chǎn)的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益最大化目標(biāo)。

1 夾點技術(shù)的理論分析

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

為確保夾點技術(shù)能夠充分發(fā)揮出其應(yīng)有作用，需對夾點設(shè)計環(huán)節(jié)進行不斷優(yōu)化。要求在夾點之上避免設(shè)置冷卻器，夾點之下避免設(shè)置加熱器，不可出現(xiàn)跨越夾點加熱的情況。

2 煤氣化制甲醇工藝夾點設(shè)置

2.1 煤氣化制甲醇工藝

隨著社會發(fā)展進程的不斷加快，各類能源消耗量增大，為更好解決能源緊張問題，可運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)用夾點技術(shù)，使渣水處理能源利用率不斷提升[2]。具體來說，渣水處理主要就是將氣化環(huán)節(jié)輸送來的黑水進行閃蒸處理，借助真空過濾裝置使溶渣與水分離，將經(jīng)過處理后的灰水循環(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，明確夾點闕值情況，將夾點的目標(biāo)值與設(shè)計值控制在實際范圍之內(nèi)。

在變換熱回收環(huán)節(jié)應(yīng)用夾點技術(shù)，主要就是將水煤氣進入到變換爐后，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。

在低溫甲醇洗過程中設(shè)置夾點，主要就是清除粗煤氣內(nèi)硫化氫等有害氣體，將煤氣進行凈化，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)合曲線的夾點溫度為102.5℃。

在對夾點結(jié)果進行分析中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)煤氣化制甲醇工藝內(nèi)的換熱網(wǎng)絡(luò)存在跨越夾點傳熱的現(xiàn)象，依照夾點技術(shù)應(yīng)用原則，發(fā)現(xiàn)跨越夾點的傳輸方式會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)成本難以管控等問題發(fā)生。

在甲醇合成以及精餾環(huán)節(jié)中涉及夾點，切實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行合成反應(yīng)，形成粗甲醇[3]。通過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)的冷熱物流負荷曲線夾點溫度為78.6℃。

由此可見，在甲醇合成以及精餾環(huán)節(jié)內(nèi)存在以下問題：第一，跨越夾點傳熱。對甲醇合成塔入塔后的氣體溫度與出塔合成氣體溫度進行換熱；第二，在夾點之上應(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。

依照夾點設(shè)計原則，在跨越夾點傳熱以及夾點上應(yīng)用冷卻公用工程，會導(dǎo)致工程實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，對甲醇合成期間的控制方式進行不斷改進與優(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，涉及到多個單元的工藝?，F(xiàn)階段在各工段環(huán)節(jié)的優(yōu)化過程中，只局限在考慮本工段能量平衡方面，對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)期間的熱量流失嚴重；同樣，部分應(yīng)要加熱的物質(zhì)也需通過加熱公共系統(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，對生產(chǎn)過程中的能源潛力進行挖掘，進行最優(yōu)化夾點設(shè)計，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，該蒸餾裝置運行期限的能耗約占25%，蒸餾裝置長期處于低負荷運行狀態(tài)，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中的原料消耗量增加，難以實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營期間經(jīng)濟效益最大化目標(biāo)，使企業(yè)發(fā)展到達瓶頸階段[5]。而將夾點技術(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℃，使蒸餾加熱能力進一步增長，原材料用量不斷降低。

同時，在煤氣化制甲醇環(huán)節(jié)內(nèi)高效應(yīng)用夾點技術(shù)也可提升甲醇生產(chǎn)期間的速率，幫助相關(guān)管理部門分析甲醇生產(chǎn)存在的不合理問題，針對此些問題提出相應(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。切實提升夾點技術(shù)研究力度，分析夾點技術(shù)在實際應(yīng)用期間的改進重點，使夾點技術(shù)在解決社會能源緊張問題、促進國民經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展中發(fā)揮出重要作用。

4 結(jié)語

總而言之，為充分發(fā)揮出夾點技術(shù)的積極作用，在煤氣化制甲醇工藝應(yīng)用期間，相關(guān)管理部門也需對夾點技術(shù)的應(yīng)用進行嚴格監(jiān)管，借助夾點技術(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)社會可持續(xù)發(fā)展號召，切實提升各類資源的利用率。