蒸汽螺桿膨脹發(fā)電技術(shù)在甲醇生產(chǎn)中的應(yīng)用

徐 賀

(浙江晉巨化工有限公司，浙江衢州 324004)

浙江晉巨化工有限公司(以下簡稱晉巨化工)甲醇合成裝置采用魯奇低壓甲醇合成技術(shù)，甲醇合成反應(yīng)器為絕熱-管殼外冷復(fù)合式結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器列管內(nèi)裝填催化劑，管外充滿沸騰水。甲醇合成反應(yīng)在等溫條件下進(jìn)行，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量由管外沸騰水副產(chǎn)2.5 MPa中壓蒸汽帶走，副產(chǎn)中壓蒸汽經(jīng)調(diào)節(jié)閥組減壓為0.5 MPa低壓蒸汽，然后進(jìn)入低壓蒸汽管網(wǎng)為甲醇精餾裝置提供熱源[1]。

上述過程存在大量的熱能損失現(xiàn)象，為進(jìn)一步提高甲醇合成過程中的熱能利用率，充分回收副產(chǎn)中壓蒸汽的能量，晉巨化工決定對甲醇合成熱能回收流程進(jìn)行工藝技術(shù)改造，采用開山集團蒸汽螺桿膨脹發(fā)電技術(shù)，將熱能轉(zhuǎn)化為電能[2]。該改造項目于2015年5月完成并投用，經(jīng)過6個月的運行，改造后中壓蒸汽與低壓蒸汽之間的能量差得到充分利用，發(fā)電效益明顯，達(dá)到了節(jié)能創(chuàng)效的目的。

1 改造前工藝狀況

1.1 工藝流程

晉巨化工100 kt/a低壓甲醇裝置采用水煤氣(H2+CO體積分?jǐn)?shù)>90%)為原料，在銅基催化劑、230 ℃高溫絕熱條件下，反應(yīng)器列管內(nèi)發(fā)生甲醇合成反應(yīng)，將H2和CO轉(zhuǎn)化為高溫甲醇?xì)鈁3]，反應(yīng)器列管內(nèi)的高溫甲醇?xì)馀c管外沸騰熱水進(jìn)行間接換熱，產(chǎn)生2.5 MPa中壓蒸汽，經(jīng)反應(yīng)器汽包緩沖分離后，再經(jīng)過調(diào)節(jié)閥組減壓為0.5 MPa低壓蒸汽，然后進(jìn)入低壓蒸汽管網(wǎng)為甲醇精餾裝置提供熱源。

1.2 存在的問題

副產(chǎn)2.5 MPa中壓蒸汽經(jīng)過調(diào)節(jié)閥組減壓為0.5 MPa低壓蒸汽后，進(jìn)入低壓蒸汽管網(wǎng)，蒸汽壓差損失較大，熱能損失嚴(yán)重。為此，通過對甲醇合成裝置熱能回收工藝進(jìn)行技術(shù)改造，采用蒸汽螺桿膨脹發(fā)電技術(shù)，將中壓蒸汽與低壓蒸汽的蒸汽壓差經(jīng)過熱功轉(zhuǎn)換的形式轉(zhuǎn)化為電能。

2 改造措施

2.1 改造內(nèi)容及工藝流程

采用開山集團蒸汽螺桿膨脹發(fā)電技術(shù)，將甲醇合成過程中副產(chǎn)的2.5 MPa中壓蒸汽引入蒸汽儲罐，緩沖分離飽和水后，經(jīng)過蒸汽過濾器進(jìn)入蒸汽螺桿膨脹機，高溫高壓的水蒸氣進(jìn)入螺桿膨脹機后，利用蒸汽膨脹推動轉(zhuǎn)子腔內(nèi)互相嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)動，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子帶動異步電動機運轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的電能并入公司電網(wǎng)，可實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換。蒸汽經(jīng)膨脹做功后，副產(chǎn)2.5 MPa中壓蒸汽壓力降為0.5 MPa的低壓蒸汽，然后進(jìn)入低壓蒸汽管網(wǎng)為甲醇精餾裝置提供熱源。改造后甲醇合成裝置熱能回收工藝流程如圖1所示。

圖1 改造后甲醇合成裝置熱能回收工藝流程

2.2 設(shè)備組成

(1) 蒸汽螺桿膨脹機，型號KSGe329- 25- 7- 50，功率450 kW，適應(yīng)6～10 t/h的進(jìn)口中壓蒸汽流量波動。

(2) 隔爆三相異步電動機，型號YB3- 4003- 4，功率450 kW，轉(zhuǎn)速1 480 r/min，額定電壓380 V，配備相應(yīng)動力控制系統(tǒng)。

(3) 機組潤滑油路系統(tǒng)，包括配備防爆電機的油泵、油過濾器、油冷器、油站以及閥門、管線、儀表等。

(4) 機組密封氣路系統(tǒng)，包括密封氣儲罐、過濾器、減壓閥、止逆閥、管線、儀表等。

(5) 機組自動控制系統(tǒng)，包括進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥、進(jìn)氣快切閥、旁通調(diào)節(jié)閥、排氣快切閥。

(6) 機組聯(lián)鎖報警系統(tǒng)，包括就地和遠(yuǎn)傳儀表，具有故障聲光報警、自動聯(lián)鎖保護(hù)處理功能，同時可將主要監(jiān)控數(shù)據(jù)PLC控制器送入DCS控制室上位機顯示。

2.3 技術(shù)特點

(1) 螺桿膨脹機用于甲醇合成副產(chǎn)的中壓蒸汽減壓過程，實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)化為機械能做功發(fā)電，回收了減壓過程中損失的熱能。

(2) 螺桿膨脹機在飽和蒸汽狀態(tài)下的創(chuàng)新性使用，彌補了汽輪機不能在飽和蒸汽狀態(tài)下使用的不足。

(3) 螺桿膨脹機在熱源壓力、流量大范圍波動情況下能保持高效率穩(wěn)定運行，能適應(yīng)化工行業(yè)余熱利用的特點。

(4) 螺桿膨脹機啟動時不盤車，系統(tǒng)可自動暖機，操作簡單，系統(tǒng)安全可靠性高，可實現(xiàn)全自動無人職守、遠(yuǎn)距離監(jiān)控，適合化工企業(yè)進(jìn)行余熱利用[4-5]。

(5) 螺桿膨脹機轉(zhuǎn)子粗大堅實，長期無大修，小修維護(hù)方便，運行維護(hù)費用低。

3 改造效果

改造后，甲醇合成裝置運行穩(wěn)定，在合成裝置粗甲醇產(chǎn)能315 t/d的狀況下，副產(chǎn)中壓蒸汽240 t/d，經(jīng)蒸汽螺桿膨脹機熱功轉(zhuǎn)換后，可日產(chǎn)380 V電能6 960 kW·h，按裝置運行時間330 d計，則年可產(chǎn)生電能約2.3×106kW·h。

4 結(jié)語

通過此次工藝技術(shù)改造，甲醇合成裝置副產(chǎn)蒸汽熱能得到較好的利用，實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)化為機械能做功發(fā)電。目前，該熱能回收流程已實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行，取得了較好的經(jīng)濟效益，達(dá)到節(jié)能創(chuàng)效的目的。同時，為國內(nèi)化工行業(yè)在熱能回收方面提供了寶貴的經(jīng)驗和技術(shù)。