变换反应热综合利用技术的研究与应用

马伟(内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯017313)

0 引言

世林化工30万吨/年煤制甲醇项目是巴彦高勒煤炭资源配套转化项目，对保障巴彦高勒煤矿正常生产经营具有重要作用。由于原气化装置技术不成熟，存在设计缺陷，导致生产不能正常稳定开展，严重影响了企业的经济运行质量。为此开始进行技术改造。煤制甲醇装置中，来自气化系统的粗合成气经变换系统的两级变换反应，将H2和CO比例达到甲醇合成反应的要求。由于，变换反应属放热反应，经一次变换反应后的粗合成气(即“一变变换气”)温度超出了二次变换反应的温度要求，需通过热交换降温。

1 改造背景及目的

气化炉能够副产17t/h 中压饱和蒸汽。原工艺流程是利用气化炉副产的蒸汽，通过蒸汽过热器与一变变换气进行换热，使其满足进行二次变换反应的温度要求。由于，技改前装置负荷较低且运行不稳定，原工艺流程基本能够实现换热目标，但该股蒸汽供应有限，影响换热效果的情况已有所显现。技改后，装置负荷将大幅提升，需要换热的一变变换气量将较过去增加近20%，按原工艺流程，必须从锅炉补充蒸汽，否则仅靠气化炉副产蒸汽必然无法达到换热效果。改造前后的一变变换气换热工艺流程见图1、图2所示。

图1原一变变换气换热工艺流程示意图

图2航天气化系统的一变变换气换热工艺流程示意图

世林化工现有无锡光华锅炉股份公司生产的3台75t/h 煤粉锅炉，原设计为二开一备，因燃烧器存在缺陷，单台锅炉实际产汽能力均不足70t/h，为维持生产必须三台锅炉一起开，进入采暖季，则需要关停余热发电机组才能保证蒸汽平衡。此次技改后，单台锅炉产汽量达到70t/h 以上，但由于甲醇生产能力的提高，蒸汽总产量应达到220t/h，才能实现平衡，锅炉及气化、甲醇等系统生产的蒸汽仅能勉强维持平衡。若技改后，仍按原工艺流程，由锅炉补充中压饱和蒸汽，对一变变换气换热，必然使蒸汽供应更加紧张，甚至造成蒸汽失衡，影响甲醇正常生产。

2 改造方案

按照改变一变变换气换热方式，避免锅炉中压饱和蒸汽的补充，且能够副产蒸汽，增加蒸汽生产来源的思路，对采用蒸汽发生器替代蒸汽过热器进行理论测算。

2.1 基础数据

进蒸汽过热器的一变变换气参数为：42939.5kg/h(3541.6m3/h，2158.6kmol/h)，温度447.9℃，压力3.63MPa，密度12.12kg/m3。

出蒸汽过热器的一变变换气参数为：42939.5kg/h(3264.1m3/h，2158.6kmol/h)，温度389.1℃，压力3.61MPa，密度13.16kg/m3。

进蒸汽过热器的中压饱和蒸汽参数为：102000kg/h(4442.8m3/h，5662kmol/h)，温度267℃，压力5.1MPa，密度22.96kg/m3。出蒸汽过热器的中压过热蒸汽参数为：102000kg/h(4442.8m3/h，5662kmol/h)，温度286℃，压力5.07MPa，密度22.96kg/m3。

2.2 计算数据

经查蒸汽热焓表，中压饱和蒸汽焓值H1=2795kJ/kg，中压过热蒸汽焓值H2=2876kJ/kg。

蒸汽焓升△H=H2-H1=81kJ/kg

蒸 汽 过 热器的总换热量Q=△h×M=81×102000=8.26×106kJ/h

世林化工中压锅炉水(预热后的脱盐水)参数为150℃7.4MPa，假设蒸汽发生器和原蒸汽过热器的传热效率相同，生产227℃2.5MPa 中压饱和蒸汽，则蒸发量焓升：△H=2802-

636=2166kJ/kg。

利用蒸汽发生器可生产蒸汽量为：

按排污水系数0.04计算，生产3809kg/h 蒸汽，需中压锅炉水3961kg/h。

正常运行情况下，三台锅炉共消耗脱盐水200t/h。由于脱盐水在除氧、预热、增压等过程中基本不会出现损耗，因此脱盐水站的生产能力尚有20t/h 的余量。改造项目消耗中压锅炉水3.96t/h，因此脱盐水站现有生产能力能够满足本项目需要。

3 结论

通过对改造，可以做到一下三点：(1)优化调整换热方式。原工艺流程以气化副产蒸汽为换热介质，通过蒸汽过热器对一变变换气降温，生产的中压过热蒸汽用做空分系统动力蒸汽。本项目以脱盐水为换热介质，通过蒸汽发生器对一变变换气降温，生产的中压饱和蒸汽经减压，作为甲醇系统供热蒸汽。气化副产蒸汽经减压，一并作为甲醇系统供热蒸汽。(2)缓解蒸汽供应紧张局面。更换气化炉后，按原工艺流程，需通过锅炉补充蒸汽，才能满足一变变换气降温要求。本项目实施后不仅不需要增加锅炉负担，还能副产中压饱和蒸汽，能够明显缓解全厂蒸汽供应紧张的局面。(3)简化控制流程。更换气化炉后，若按原工艺流程实现一变变换气降温，需对气化炉粗合成气温度、流量、压力以及气化炉汽包副产蒸汽的温度、流量、压力等参数进行换算，并结合一变变换气温度、流量、压力，调节来自锅炉蒸汽的流量、压力等参数，逻辑控制复杂，操作难度大。本项目实施后，只需要参照一变变换气温度、流量等参数，调节脱盐水的流量即可达到降温要求，控制造作难度大幅降低。