杂醇油作为燃料在锅炉中燃烧的应用总结

郭少锋

(鹤壁煤电股份有限公司化工分公司 河南鹤壁 458000)

杂醇油作为燃料在锅炉中燃烧的应用总结

郭少锋

(鹤壁煤电股份有限公司化工分公司 河南鹤壁 458000)

由于在甲醇合成过程中存在副反应，故在甲醇生产过程中有杂醇油产生。概述了煤制甲醇的工艺流程及甲醇合成的机理，介绍了将杂醇油引入锅炉作为燃料燃烧的应用情况。将杂醇油引入锅炉燃烧，不仅可以降低燃料煤的消耗量，而且解决了杂醇油的处置问题，具有一定的经济和环保效益。

甲醇；精馏；杂醇油

0 前言

鹤壁煤电股份有限公司化工分公司600 kt/a甲醇项目于2008年9月正式开工建设。该项目以煤为原料，采用壳牌粉煤加压气化、低水汽比宽温耐硫变换、德国鲁奇低温甲醇洗、丹麦托普索低压甲醇合成、WSA硫回收、天大北洋四塔甲醇精馏、PRISEN膜氢回收等工艺技术，主要设备从国外进口，是国内单系列较大的煤基甲醇生产装置。2013年5月，600 kt/a甲醇项目投产运行，经过几年的调试和改造，2016年6月实现装置CO2工况100%负荷稳定运行。

1 煤制甲醇工艺流程

600 kt/a煤制甲醇流程框图如图1所示。

给排水装置向全公司提供脱盐水和循环水，动力装置则负责提供高、中、低压蒸汽。空分装置采用法国液空公司的空气分离技术，具有高效节能的特点，主要向煤气化装置和甲醇装置提供合格的高压氧气、高中压氮气和仪表空气，同时副产液氧、液氮和液氩。来自空分装置的高压氧气与原料煤在气化炉内发生煤气化反应，反应生成的高温煤气(粗煤气)经低水汽比宽温耐硫变换炉将部分CO变换为H2以满足甲醇合成所需的氢碳比(2.00～2.05)要求，然后经低温甲醇洗装置将多余的CO2和硫化物脱除，得到的净化气进入合成塔反应生成粗甲醇；粗甲醇经精馏得到的合格精甲醇送入甲醇计量罐中，经检验合格的精甲醇由精甲醇泵送往甲醇成品罐区对外销售。

2 甲醇合成工艺原理

2.1 甲醇合成工艺

来自低温甲醇洗装置的新鲜原料气经甲醇合成离心机压缩增压后进入合成塔内进行催化反应，生成的气态甲醇经冷却、冷凝、分离后，得到的粗甲醇送甲醇精馏工段；未反应的气体经循环气压缩机升压后大部分进入合成回路循环利用，其余作为弛放气送入氢回收装置，回收的有效气体与新鲜气汇合后返回循环机进口。

图1 600 kt/a煤制甲醇流程框图

2.2 甲醇合成反应原理

甲醇合成反应是在催化剂作用下进行的复杂的、可逆的化学过程，其反应原理如下。

主反应：

CO+2H2=CH3OH

CO2+3H2=CH3OH+H2O

副反应：

CO+H2=HCHO

2CO+4H2=CH3OCH3+H2O

2CO+4H2=CH3CH2OH+H2O

4CO+8H2= CH3CH2CH2CH2OH+3H2O

由于在甲醇合成过程中存在着其他副反应，故需对其进行精馏提纯。

3 杂醇油的产出

3.1 精馏分离原理

粗甲醇中含有的杂质种类较多，在工业生产中，主要是利用各组分沸点的不同，采用精馏的方法将甲醇与其他杂质组分分离。本项目甲醇精馏采用三塔精馏+回收塔流程，其中：预精馏塔采用填料塔；加压精馏塔、常压精馏塔和回收塔采用填料与塔盘混装，加压精馏塔设置13块塔盘，常压精馏塔设置22块塔盘，回收塔设置26块塔盘[1]。在正常情况下，日产精甲醇1 900 t，侧线杂醇油采出量为1.2 t/h。

3.2 精馏工艺流程

来自甲醇合成工序或甲醇罐区的粗甲醇中加入适量碱液，经换热器预热后进入预精馏塔，预精馏塔顶部加水萃取以除去粗甲醇中的不凝气和影响精甲醇产品质量的轻馏分，预精馏塔塔釜采用蒸汽再沸器和冷凝液再沸器加热，经预精馏塔处理后的甲醇进入后续的甲醇精馏塔。甲醇精馏塔由加压精馏塔和常压精馏塔组成，加压精馏塔在一定的压力下操作，塔顶蒸汽冷凝作为常压精馏塔塔底再沸器的热源，从加压精馏塔回流槽中采出部分精甲醇产品，塔底甲醇进入常压精馏塔，塔釜采用蒸汽再沸器加热；常压精馏塔采用加压精馏塔塔顶蒸汽冷凝作为塔底再沸器的热源，从塔顶回流液中采出精甲醇产品，从塔下部侧线采出杂醇油并送至回收塔，塔底废水由泵送至界外。回收塔采用蒸汽再沸器加热，塔顶采出精甲醇，塔底废水与常压精馏塔废水一起送污水处理装置，从塔下部侧线采出杂醇油储存于杂醇油储罐。经测定，杂醇油中含水质量分数约为20%，含甲醇及其他物质质量分数约80%。

3.3 杂醇油的热值

杂醇油热值为19 468 kJ/kg(4 650 kcal/kg)。杂醇油中除了含有甲醇以外，还含有乙醇等其他醇，通过计算，此种组分的杂醇油的热值约为17 585 kJ/kg(4 200 kcal/kg)。

甲醇提纯后所采出的杂醇油若处置不当，不仅会对环境造成污染，而且也是对资源的浪费[2]。杂醇油中除水以外的其他成分都是可燃物，如果能够将其以液态喷雾的形式引入锅炉中进行燃烧，则杂醇油的处置问题就能够得到较好的解决。

4 杂醇油在锅炉中燃烧的应用及注意事项

4.1 动力装置简介

动力装置包括3台锅炉，均为DGJ220/9.81- Ⅱ7型高压、自然循环汽包炉，四角切圆燃烧，平衡通风，固态干式风冷排渣，采用四角布置、切向燃烧、水平浓淡直流式煤粉燃烧器。煤粉燃烧器主要由一、二、三次风喷口以及一、二、三次风管壳体和风门组成，煤粉燃烧器各层二次风风室的风量分配是通过调节各层风室的风门挡板开度来实现。在正常运行时，锅炉2开1备。汽包工作压力11.19 MPa，额定蒸汽压力9.81 MPa，额定蒸发量220 t/h，总燃料煤消耗量36.42 t/h。

4.2 杂醇油引入锅炉燃烧的应用

将杂醇油储罐中的杂醇油通过防爆增压屏蔽泵增压至2.0 MPa后送至空气雾化杂醇油枪，杂醇油经雾化后进入锅炉燃烧。空气雾化杂醇油枪布置在下层二次风箱，不仅可以保证杂醇油的充分燃烧，而且可以提高煤粉的燃烧效率。

为了保证杂醇油在锅炉中能够完全燃烧，配置的主要设备：空气雾化杂醇油枪2支，即每台锅炉配置1支，流量1.2 t/h，雾化空气压力0.3～0.6 MPa；防爆增压屏蔽泵1台(2台锅炉共用)，流量3 t/h。

4.3 杂醇油在锅炉中燃烧的注意事项

(1) 杂醇油在锅炉中燃烧的前提条件是锅炉必须正常运行。

(2) 锅炉停车前必须将停车锅炉的杂醇油提前退出。

4.4 杂醇油雾化原理

空气雾化杂醇油枪是靠气泡爆破来实现雾化，气泡的形成可以是压缩空气或其他有压力的气体，如氮气、氦气等。由于气泡的爆破主要靠克服液体的表面张力，因而空气雾化杂醇油枪的雾化机理与传统甲醇的雾化机理相比产生了质的变化，更有助于燃煤锅炉的助燃。空气雾化杂醇油枪结构见图2。

图2 空气雾化杂醇油枪结构

5 杂醇油在锅炉中燃烧创造的效益

(1) 在锅炉中引入杂醇油相当于加入了新的燃料，在维持锅炉负荷不变的情况下，可减少燃料煤的用量，达到节约燃料煤的效果。锅炉用煤的平均热值在18 422 kJ/kg(4 400 kcal/kg)，杂醇油热值按17 585 kJ/kg(4 200 kcal/kg)计，1 t杂醇油燃烧放出的热量相当于0.95 t燃料煤燃烧放出的热量。杂醇油引入锅炉燃烧后，每天可节约27.4 t燃料煤，按年运行333 d、燃料煤市场价格600元/t计，年可节省燃料煤9 124 t，年节约成本约550万元。

(2) 燃料煤主要由碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素组成，燃烧后会产生硫氧化物、氮氧化物等，排放到大气后造成空气污染。而杂醇油主要有碳、氢、氧3种元素组成，燃烧后生成二氧化碳和水，减轻了对环境的污染。

[1] 曹会敏，范智勇，张国民，等.甲醇精馏的研究进展与应用[J].化工装备技术，2012(4)：48- 50.

[2] 张兴文.合成气燃气轮机掺烧杂醇技术研究[D].北京：中国科学院工程热物理研究所，2008.

Sum-UpofUseofFuselOilasFuelforBoilerCombustion

GUO Shaofeng

(Chemical Industry Branch of Hebi Coal Electricity Co., Ltd., Hebi 458000, China)

Because there is side reaction in methanol synthesis process, fusel oil is produced in methanol production process. The process flow of coal-to-methanol and the methanol synthesis mechanism are summarized, and use conditions of fusel oil as fuel for boiler combustion are introduced. Using fusel oil as fuel for boiler combustion can not only reduce consumption of fuel coal, but also has some economic and environmental protection benefits.

methanol; rectification; fusel oil

X78

B

1006- 7779(2017)04- 0034- 03

2016- 12- 05)

郭少锋(1971—)，工程师，鹤壁煤电股份有限公司化工分公司副总经理；guoshaofeng@126.com