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煤制甲醇低温余热利用与碳减排工艺研究

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：李龙

[导读] 摘要：煤制甲醇作为煤化工产业的重要生产环节，特别是对于当前能源日益紧缺的条件下，要想正确发挥出技术本身应有的价值效用，必须深度挖掘出各项工艺实施过程中的可利用价值，然后制定针对方案，达到降低企业运行成本的目标。

        辽宁大唐阜新煤制天然气有限责任公司辽宁省阜新市 123000
        摘要：煤制甲醇作为煤化工产业的重要生产环节，特别是对于当前能源日益紧缺的条件下，要想正确发挥出技术本身应有的价值效用，必须深度挖掘出各项工艺实施过程中的可利用价值，然后制定针对方案，达到降低企业运行成本的目标。基于此，文章从煤气化技术与酸气脱除技术对煤制甲醇工艺流程进行解析，并对煤制甲醇低温余热利用形式、碳减排工艺进行研究。
        关键词：煤制甲醇；低温余热；碳减排工艺
        引言：在工业产业的升级下，我国对甲醇产品的需求量逐渐加大，同时受限于国家油气资源短缺的问题，现阶段，在制作甲醇产品时，多以煤炭作为主体原料，采取相关工艺来获取甲醇资源。煤制甲醇工艺中，一般将产生大量的余热，但此类热量的产生一般被企业所忽视，进而造成能源的间接浪费。通过合理技术体系的设定，为煤制甲醇低温余热提供利用空间，可有效提高资源利用率，并可降低煤制甲醇中产生的碳排放指标，与我国绿色化、节能化的生产理念相一致。
        一、煤制甲醇工艺流程
        （一）煤气化技术
        煤制甲醇工艺中，煤气化技术作为最主要的生产手段之一，技术工艺的应用形式直接决定着煤制甲醇生产质量。煤气化技术类型一般可分为以三种。第一，固定床加工模式，其主要是对碎质煤料进行加压并汽化；第二，流化床加工模式，此类技术主要是对质量、体积较小的煤料进行汽化，技术环境为常压；第三，气流床加工模式，其作用载体是将粉末状、液态状的煤料与氧气、水蒸气，共同输入到反应设备中，以制作出甲醇。
        从技术加工特性来看，每一类技术都具备一定的优缺点，在技术择定过程中，应从多方面进行考虑。生产环境需求，煤制甲醇工艺生产中产生废弃物将对外部环境造成一定影响，为此，应选取具有一定的清洁能力的煤气化技术。气流床加工模式中废物产生率较低，且目前我国对此类技术的研究程度较深，可最大限度的降低煤制甲醇生产过程中的环境影响问题。技术成熟度需求，煤制甲醇技术的实现具有一定周期性，在工业生产中，往往选定一项技术就必须建立一整套的工艺生产体系，为最大限度的降低经济成本投入，在技术择定时，应遵循经济性、环保性、稳定性的原则。煤料性能要求，由于不同种类的煤气化技术对煤料状态具有不同需求度，且煤料的物理特性、化学特性等均在一定程度上影响整体生产效率。为此，应依据最终的甲醇制取及应用形式，来正确界定煤气化技术的运用。
        （二）酸气脱除技术
        酸气脱除技术一般分为物理溶剂加工法与化学溶剂加工法两种。物理溶剂加工法中溶剂载体一般以对二氧化碳、硫化氢等气体具有较大吸收量的为主，经过降温、加压等物理操作，将此类气体进行分离，然后再由升温、降压的操作对此类气体进行吸收。从技术特性来看，主要是物理溶剂具有较高的稳定性，在温度、气压值变化的条件下，不会与二氧化碳、硫化氢等气体发生反应，并通过相关操作将气体进行分离与吸收，且溶剂将恢复到原有的性质可继续使用。
        化学溶剂加工方法主要是以乙醇胺物质为基底作为吸收溶液，以对反应过程中产生的各类酸性气体进行有效吸收。乙醇胺因其分子量低、吸收浓度高等特性，已经被广泛应用到化学溶剂加工中。
        二、煤制甲醇低温余热利用
        煤气化技术在应用过程中，整个工艺工序所产生的热量及其它数据值如表一所示。整个工艺过程中，蒸汽、冷却水等原料属于一种加工载体，在汽化到液化的过程中，将产生较高的热能变化差值，即为余热值的产生。从表一中的数据可知，当内部液体进行气化时，整个设备需进行升温、降压，然后通过冷热量之间的转换，才可得出与基准值设定相符合的物质。然而，在现场操作中，设备内的高温出口环节并不是单一的对气体进行排出，其内部的气体也将带有一定的煤料熔渣，将对整体热量值起到一定的消耗作用，进而令整体工艺的热量值无法得到有效利用。对于此，可将整个工艺中气化模式所产生热量值进行容纳，精准的核验出各个工序环节中的焓差值与容流率等，然后才去正确换热冷却工序，提高整个系统的热量回收效率。
        煤制甲醇工序中，产生的余热具有较高的利用价值，通过对某一工序环节进行优化，将生产中的余热进行导出，可广泛应用到自身后续生产工序中。例如，以有机朗肯循环为基础的热力学理论，通过将煤制甲醇所产生的热量进行再利用，将煤制甲醇工序中的冷凝装置、加热装置、蒸发装置作为热量导出来源，然后计算出内部的各类数据值，然后应用到绝热加压、定压冷却中，可有效降低后续能源的投入，在热循环的应用下，可有效节约煤制甲醇的经济成本损耗。
        表一：煤气化各单元内的数值流量值

        三、煤制甲醇碳减排工艺研究
        现阶段，大部分企业的煤制甲醇工艺在对产生的二氧化碳气体进行处理时，仍沿用传统的低温捕集工艺，通过将含有甲醇物质的富集类溶液进行高温、降压的闪蒸处理，将物质内部中含有的二氧化碳气体进行分离，然后由解吸塔设备进行吸入。在此工序中，含有二氧化碳的甲醇富集来溶液，将由解吸塔进行内部分离，然后将甲醇液体经过升温、热量交换后进行导出，而含有分离出的二氧化碳气体则将被导入闪蒸塔内，通过汽提工艺来获取高浓度二氧化碳产品。
        煤制甲醇工艺施行中，为最大限度的降低二氧化碳气体的排放量，可针对低温捕集工艺环节进行相关优化，通过改变各类组分的分离工艺，以提高设备对二氧化碳废气的吸收效率。例如，将承载二氧化碳闪蒸工序的设备，置于浓缩装置与解吸装置之间，当气体流经闪蒸装置时，可有效对气体本身二度的减压分离效果，提高闪蒸环节中二氧化碳的排放率。与此同时，可将收集到的二氧化碳气体进行高强度压缩，令其在生产环境可产生一定的热量，并将此过程中的热量应用到循环工序中。通过余热的有效利用，可为整体操控工序提供更高的节能保障措施，并可增加煤制甲醇工序内二氧化碳气体的捕集效率，从而增强煤制甲醇过程的生产效率。
        结语：
        综上所述，煤制甲醇低温余热的利用，可为生产工序提供循环性的热能支持，技术人员在利用余热进行循环处理时，通过深度分析出各项生产环节对热能的损耗，来建立合理的循环供热机制，保证在能量守恒下，可最大限度的发挥出内循环工作的优势，以降低经济成本的投入。同时，煤制甲醇在生产工序中，可对内部酸性气体进行大容量吸收，以降低生产中污染废气的排放，对周边环境起到一定的防护作用。
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