變換反應(yīng)熱綜合利用技術(shù)的研究與應(yīng)用

馬偉(內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017313)

0 引言

世林化工30萬(wàn)噸/年煤制甲醇項(xiàng)目是巴彥高勒煤炭資源配套轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，對(duì)保障巴彥高勒煤礦正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)具有重要作用。由于原氣化裝置技術(shù)不成熟，存在設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致生產(chǎn)不能正常穩(wěn)定開展，嚴(yán)重影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量。為此開始進(jìn)行技術(shù)改造。煤制甲醇裝置中，來(lái)自氣化系統(tǒng)的粗合成氣經(jīng)變換系統(tǒng)的兩級(jí)變換反應(yīng)，將H2和CO比例達(dá)到甲醇合成反應(yīng)的要求。由于，變換反應(yīng)屬放熱反應(yīng)，經(jīng)一次變換反應(yīng)后的粗合成氣(即“一變變換氣”)溫度超出了二次變換反應(yīng)的溫度要求，需通過(guò)熱交換降溫。

1 改造背景及目的

氣化爐能夠副產(chǎn)17t/h 中壓飽和蒸汽。原工藝流程是利用氣化爐副產(chǎn)的蒸汽，通過(guò)蒸汽過(guò)熱器與一變變換氣進(jìn)行換熱，使其滿足進(jìn)行二次變換反應(yīng)的溫度要求。由于，技改前裝置負(fù)荷較低且運(yùn)行不穩(wěn)定，原工藝流程基本能夠?qū)崿F(xiàn)換熱目標(biāo)，但該股蒸汽供應(yīng)有限，影響換熱效果的情況已有所顯現(xiàn)。技改后，裝置負(fù)荷將大幅提升，需要換熱的一變變換氣量將較過(guò)去增加近20%，按原工藝流程，必須從鍋爐補(bǔ)充蒸汽，否則僅靠氣化爐副產(chǎn)蒸汽必然無(wú)法達(dá)到換熱效果。改造前后的一變變換氣換熱工藝流程見圖1、圖2所示。

圖1原一變變換氣換熱工藝流程示意圖

圖2航天氣化系統(tǒng)的一變變換氣換熱工藝流程示意圖

世林化工現(xiàn)有無(wú)錫光華鍋爐股份公司生產(chǎn)的3臺(tái)75t/h 煤粉鍋爐，原設(shè)計(jì)為二開一備，因燃燒器存在缺陷，單臺(tái)鍋爐實(shí)際產(chǎn)汽能力均不足70t/h，為維持生產(chǎn)必須三臺(tái)鍋爐一起開，進(jìn)入采暖季，則需要關(guān)停余熱發(fā)電機(jī)組才能保證蒸汽平衡。此次技改后，單臺(tái)鍋爐產(chǎn)汽量達(dá)到70t/h 以上，但由于甲醇生產(chǎn)能力的提高，蒸汽總產(chǎn)量應(yīng)達(dá)到220t/h，才能實(shí)現(xiàn)平衡，鍋爐及氣化、甲醇等系統(tǒng)生產(chǎn)的蒸汽僅能勉強(qiáng)維持平衡。若技改后，仍按原工藝流程，由鍋爐補(bǔ)充中壓飽和蒸汽，對(duì)一變變換氣換熱，必然使蒸汽供應(yīng)更加緊張，甚至造成蒸汽失衡，影響甲醇正常生產(chǎn)。

2 改造方案

按照改變一變變換氣換熱方式，避免鍋爐中壓飽和蒸汽的補(bǔ)充，且能夠副產(chǎn)蒸汽，增加蒸汽生產(chǎn)來(lái)源的思路，對(duì)采用蒸汽發(fā)生器替代蒸汽過(guò)熱器進(jìn)行理論測(cè)算。

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

進(jìn)蒸汽過(guò)熱器的一變變換氣參數(shù)為：42939.5kg/h(3541.6m3/h，2158.6kmol/h)，溫度447.9℃，壓力3.63MPa，密度12.12kg/m3。

出蒸汽過(guò)熱器的一變變換氣參數(shù)為：42939.5kg/h(3264.1m3/h，2158.6kmol/h)，溫度389.1℃，壓力3.61MPa，密度13.16kg/m3。

進(jìn)蒸汽過(guò)熱器的中壓飽和蒸汽參數(shù)為：102000kg/h(4442.8m3/h，5662kmol/h)，溫度267℃，壓力5.1MPa，密度22.96kg/m3。出蒸汽過(guò)熱器的中壓過(guò)熱蒸汽參數(shù)為：102000kg/h(4442.8m3/h，5662kmol/h)，溫度286℃，壓力5.07MPa，密度22.96kg/m3。

2.2 計(jì)算數(shù)據(jù)

經(jīng)查蒸汽熱焓表，中壓飽和蒸汽焓值H1=2795kJ/kg，中壓過(guò)熱蒸汽焓值H2=2876kJ/kg。

蒸汽焓升△H=H2-H1=81kJ/kg

蒸 汽 過(guò) 熱器的總換熱量Q=△h×M=81×102000=8.26×106kJ/h

世林化工中壓鍋爐水(預(yù)熱后的脫鹽水)參數(shù)為150℃7.4MPa，假設(shè)蒸汽發(fā)生器和原蒸汽過(guò)熱器的傳熱效率相同，生產(chǎn)227℃2.5MPa 中壓飽和蒸汽，則蒸發(fā)量焓升：△H=2802-

636=2166kJ/kg。

利用蒸汽發(fā)生器可生產(chǎn)蒸汽量為：

按排污水系數(shù)0.04計(jì)算，生產(chǎn)3809kg/h 蒸汽，需中壓鍋爐水3961kg/h。

正常運(yùn)行情況下，三臺(tái)鍋爐共消耗脫鹽水200t/h。由于脫鹽水在除氧、預(yù)熱、增壓等過(guò)程中基本不會(huì)出現(xiàn)損耗，因此脫鹽水站的生產(chǎn)能力尚有20t/h 的余量。改造項(xiàng)目消耗中壓鍋爐水3.96t/h，因此脫鹽水站現(xiàn)有生產(chǎn)能力能夠滿足本項(xiàng)目需要。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)改造，可以做到一下三點(diǎn)：(1)優(yōu)化調(diào)整換熱方式。原工藝流程以氣化副產(chǎn)蒸汽為換熱介質(zhì)，通過(guò)蒸汽過(guò)熱器對(duì)一變變換氣降溫，生產(chǎn)的中壓過(guò)熱蒸汽用做空分系統(tǒng)動(dòng)力蒸汽。本項(xiàng)目以脫鹽水為換熱介質(zhì)，通過(guò)蒸汽發(fā)生器對(duì)一變變換氣降溫，生產(chǎn)的中壓飽和蒸汽經(jīng)減壓，作為甲醇系統(tǒng)供熱蒸汽。氣化副產(chǎn)蒸汽經(jīng)減壓，一并作為甲醇系統(tǒng)供熱蒸汽。(2)緩解蒸汽供應(yīng)緊張局面。更換氣化爐后，按原工藝流程，需通過(guò)鍋爐補(bǔ)充蒸汽，才能滿足一變變換氣降溫要求。本項(xiàng)目實(shí)施后不僅不需要增加鍋爐負(fù)擔(dān)，還能副產(chǎn)中壓飽和蒸汽，能夠明顯緩解全廠蒸汽供應(yīng)緊張的局面。(3)簡(jiǎn)化控制流程。更換氣化爐后，若按原工藝流程實(shí)現(xiàn)一變變換氣降溫，需對(duì)氣化爐粗合成氣溫度、流量、壓力以及氣化爐汽包副產(chǎn)蒸汽的溫度、流量、壓力等參數(shù)進(jìn)行換算，并結(jié)合一變變換氣溫度、流量、壓力，調(diào)節(jié)來(lái)自鍋爐蒸汽的流量、壓力等參數(shù)，邏輯控制復(fù)雜，操作難度大。本項(xiàng)目實(shí)施后，只需要參照一變變換氣溫度、流量等參數(shù)，調(diào)節(jié)脫鹽水的流量即可達(dá)到降溫要求，控制造作難度大幅降低。