夹点技术在煤气化制甲醇工艺中的应用

王璇(兖矿鲁南化工有限公司,山东滕州277500)

梁敬会(兖矿鲁南化工有限公司,山东滕州277500)

夹点技术在煤气化制甲醇工艺中的应用

王璇(兖矿鲁南化工有限公司,山东滕州277500)

梁敬会(兖矿鲁南化工有限公司,山东滕州277500)

本文对夹点技术、煤气化工艺进行了简单介绍，并对夹点技术在煤气化制甲醇工艺中的应用进行了分析，对变换热回收单元、低温甲醇洗单元以及多种工艺整合单元进行了探讨，并提出了各单元的节能潜力以及工艺优化方向。

煤气制甲醇；夹点技术；节能

我国煤炭资源丰富，在我国的一次能源生产和消费中，煤仍为占主导地位。以国家能源安全角度为根本出发点，且立足于我国具有丰富的煤炭资源的特点，探索煤炭产业进行多元化发展，以煤制烯烃项目是历史的必然选择。其中，煤气化制甲醇部分的投资较大、水耗和能耗均较高，是煤化工企业关注的重点。

1 夹点技术

随着换热器网络中的温度夹点问题被国外工作者先后提出，并指出了夹点的存在可能使换热器网络中的热回收不能达到最大值。所谓夹点技术主要是指从热力学角度上出发，把换热网络划成能够相互独立且分离的两个子系统，即热阱系统和热源系统[1]。

热阱系统是位于夹点之上的系统，其可以通过使用加热公用工程实现热量的输入，与此同时，不会出现热量的流出。热源系统是位于夹点之下的系统，其可以通过使用冷却公用工程实现热量的输出，与此同时，不会出现热量的流入。而恰巧位于夹点处的热流量的值为零度。以Q来表示为跨越夹点上下的热量传递形式，此时位于夹点上、下的冷物流和热物流会发生相互的换热匹配，主要以夹点上的热阱系统和热源系统来实现热平衡，与此同时，夹点上、下的加热工程量和冷却工程量随之而发生变化。因此，为了可以保证工程用量能够达到最小值，要按照下述夹点方法设计原则：

（1）不应在夹点之上设置任何冷却公用工程；

（2）不应在夹点之下设置任何加热公用工程；

（3）不应在传热过程中出现跨越夹点的情况。

2 煤气化及其工艺

煤气化是指以煤或煤焦为原料，在高温条件下以空气、水蒸气或氢气等作气化剂，通过化学反应将其中的可燃部分转化为气体燃料或下游原料的过程。煤气化过程属于一个热化学过程[2]。

煤气化工艺作为一种生产合成气等产品的主要途径，依据气化炉内流体力学状态进行分类，可将煤气化技术分为固定床、流化床和气流床三种类型。其中，固定床技术依据压力不同又可分为常压固定床、加压固定床和固定床的改进型。

固定床气化技术的典型代表是BGL碎煤熔渣和鲁奇加压气化技术。该气化技术具有原料适应范围广（强黏结性烟煤除外）、可气化水分和灰分较高的劣质煤、氧耗量较低等特点。但美中不足的是，蒸汽分解率低，和出炉煤气中有效气的含量较低，而甲烷和二氧化碳的含量较高。

流化床气化技术典型的代表有山西煤化所的ICC灰融聚气化技术和恩德粉煤气化技术。其仍然存在煤气中有效成分低、碳转化率偏低和带出物碳含量高且难分离等多方面问题。

3 煤气化制甲醇工艺中的夹点分析

甲醇是一种洁净的燃料，也是一种重要的化工原料。煤气化制甲醇的工艺主要包括变换热回收单元、低温甲醇洗单元和多种工艺整合单元等[3]。

3.1 变换热回收单元

变换热回收单元主要有两个工艺目的：

（1）最大可能的回收水煤气的热量，控制粗煤气的温度在40℃左右且运送至低温甲醇洗单元；

（2）输送部分水煤气至变换炉中，并在催化剂的作用下，使水蒸气和一氧化碳发生化学反应，生成二氧化碳和氢气，从而调节氢碳比。

设冷、热物流的最小热温差为10℃，夹点在冷、热物流复合曲线中没有出现，变换热回收单元中的冷却公用工程起到了至关重要的作用。其设计值和目标值一致，变换热回收单元所涉及到的冷却公用工程包括使用了循环冷却水和产生蒸汽，尽可能的回收废热而达到节能的目的，产生更多的低压和中压蒸汽，从而降低了循环水的使用量。

3.2 低温甲醇洗单元

低温甲醇洗单元的主要目的是为了清洗煤气中的有害气体（硫化氢和二氧化碳等），提高净化气的质量，使其符合甲醇合成相关标准。低温物流在所有物流中占主要部分，冷却公用工程在运行时，其使用了较高价格的丙烯。为减少相关资金的投入，确定冷、热物流间的最小传温差为5℃，此时的夹点温度可以达到102.5℃，根据夹点方法设计原则可知，传热跨越了夹点，就会增加冷、热工程的耗能。

3.3 多种工艺整合单元

煤气化制甲醇的工艺比较复杂，目前关注点多集中在工段内部的能量守恒。然而。将系统看成一个整体，便可保证过程工业工程设计水耗、能耗及对环境所造成的污染达到最小值，从而系统结构复杂程度变高，其具备的优化潜力随之而增大。将系统看成一个整体，将其热温差值设计成11℃，加热和冷却公用工程的节能效果可以分别提升到208%和48%。

4 结语

综上所述，夹点技术应用于煤气化制甲醇中是较为科学合理的，其既能确定能量不合理因素，还能提高节能，为改进工艺指明了方向。将所有单元看作一个整体，使系统的节能潜力更上新台阶。

[1]张厚智孙涛孙兰强等；煤气化制甲醇工艺中夹点技术的应用分析[J]，化工管理，2016(07).

[2]冯亮杰，郑明峰.煤制甲醇项目的煤气化技术选择[J].洁净煤技术，2011，17(2)：34-38.

[3]叶鑫，丁干红.夹点技术在煤气化制甲醇工艺中的应用[J].煤化工，2010(06).

姓名:王璇（1988-）；性别：女，籍贯：山东省邹城人，学历：本科，毕业于河南城建学院；现有职称：助理工程师；研究方向：煤化工