雜醇油作為燃料在鍋爐中燃燒的應(yīng)用總結(jié)

郭少鋒

(鶴壁煤電股份有限公司化工分公司 河南鶴壁 458000)

雜醇油作為燃料在鍋爐中燃燒的應(yīng)用總結(jié)

郭少鋒

(鶴壁煤電股份有限公司化工分公司 河南鶴壁 458000)

由于在甲醇合成過程中存在副反應(yīng)，故在甲醇生產(chǎn)過程中有雜醇油產(chǎn)生。概述了煤制甲醇的工藝流程及甲醇合成的機(jī)理，介紹了將雜醇油引入鍋爐作為燃料燃燒的應(yīng)用情況。將雜醇油引入鍋爐燃燒，不僅可以降低燃料煤的消耗量，而且解決了雜醇油的處置問題，具有一定的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

甲醇；精餾；雜醇油

0 前言

鶴壁煤電股份有限公司化工分公司600 kt/a甲醇項(xiàng)目于2008年9月正式開工建設(shè)。該項(xiàng)目以煤為原料，采用殼牌粉煤加壓氣化、低水汽比寬溫耐硫變換、德國魯奇低溫甲醇洗、丹麥托普索低壓甲醇合成、WSA硫回收、天大北洋四塔甲醇精餾、PRISEN膜氫回收等工藝技術(shù)，主要設(shè)備從國外進(jìn)口，是國內(nèi)單系列較大的煤基甲醇生產(chǎn)裝置。2013年5月，600 kt/a甲醇項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)過幾年的調(diào)試和改造，2016年6月實(shí)現(xiàn)裝置CO2工況100%負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。

1 煤制甲醇工藝流程

600 kt/a煤制甲醇流程框圖如圖1所示。

給排水裝置向全公司提供脫鹽水和循環(huán)水，動(dòng)力裝置則負(fù)責(zé)提供高、中、低壓蒸汽?？辗盅b置采用法國液空公司的空氣分離技術(shù)，具有高效節(jié)能的特點(diǎn)，主要向煤氣化裝置和甲醇裝置提供合格的高壓氧氣、高中壓氮?dú)夂蛢x表空氣，同時(shí)副產(chǎn)液氧、液氮和液氬。來自空分裝置的高壓氧氣與原料煤在氣化爐內(nèi)發(fā)生煤氣化反應(yīng)，反應(yīng)生成的高溫煤氣(粗煤氣)經(jīng)低水汽比寬溫耐硫變換爐將部分CO變換為H2以滿足甲醇合成所需的氫碳比(2.00～2.05)要求，然后經(jīng)低溫甲醇洗裝置將多余的CO2和硫化物脫除，得到的凈化氣進(jìn)入合成塔反應(yīng)生成粗甲醇；粗甲醇經(jīng)精餾得到的合格精甲醇送入甲醇計(jì)量罐中，經(jīng)檢驗(yàn)合格的精甲醇由精甲醇泵送往甲醇成品罐區(qū)對(duì)外銷售。

2 甲醇合成工藝原理

2.1 甲醇合成工藝

來自低溫甲醇洗裝置的新鮮原料氣經(jīng)甲醇合成離心機(jī)壓縮增壓后進(jìn)入合成塔內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)，生成的氣態(tài)甲醇經(jīng)冷卻、冷凝、分離后，得到的粗甲醇送甲醇精餾工段；未反應(yīng)的氣體經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)升壓后大部分進(jìn)入合成回路循環(huán)利用，其余作為弛放氣送入氫回收裝置，回收的有效氣體與新鮮氣匯合后返回循環(huán)機(jī)進(jìn)口。

圖1 600 kt/a煤制甲醇流程框圖

2.2 甲醇合成反應(yīng)原理

甲醇合成反應(yīng)是在催化劑作用下進(jìn)行的復(fù)雜的、可逆的化學(xué)過程，其反應(yīng)原理如下。

主反應(yīng)：

CO+2H2=CH3OH

CO2+3H2=CH3OH+H2O

副反應(yīng)：

CO+H2=HCHO

2CO+4H2=CH3OCH3+H2O

2CO+4H2=CH3CH2OH+H2O

4CO+8H2= CH3CH2CH2CH2OH+3H2O

由于在甲醇合成過程中存在著其他副反應(yīng)，故需對(duì)其進(jìn)行精餾提純。

3 雜醇油的產(chǎn)出

3.1 精餾分離原理

粗甲醇中含有的雜質(zhì)種類較多，在工業(yè)生產(chǎn)中，主要是利用各組分沸點(diǎn)的不同，采用精餾的方法將甲醇與其他雜質(zhì)組分分離。本項(xiàng)目甲醇精餾采用三塔精餾+回收塔流程，其中：預(yù)精餾塔采用填料塔；加壓精餾塔、常壓精餾塔和回收塔采用填料與塔盤混裝，加壓精餾塔設(shè)置13塊塔盤，常壓精餾塔設(shè)置22塊塔盤，回收塔設(shè)置26塊塔盤[1]。在正常情況下，日產(chǎn)精甲醇1 900 t，側(cè)線雜醇油采出量為1.2 t/h。

3.2 精餾工藝流程

來自甲醇合成工序或甲醇罐區(qū)的粗甲醇中加入適量堿液，經(jīng)換熱器預(yù)熱后進(jìn)入預(yù)精餾塔，預(yù)精餾塔頂部加水萃取以除去粗甲醇中的不凝氣和影響精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量的輕餾分，預(yù)精餾塔塔釜采用蒸汽再沸器和冷凝液再沸器加熱，經(jīng)預(yù)精餾塔處理后的甲醇進(jìn)入后續(xù)的甲醇精餾塔。甲醇精餾塔由加壓精餾塔和常壓精餾塔組成，加壓精餾塔在一定的壓力下操作，塔頂蒸汽冷凝作為常壓精餾塔塔底再沸器的熱源，從加壓精餾塔回流槽中采出部分精甲醇產(chǎn)品，塔底甲醇進(jìn)入常壓精餾塔，塔釜采用蒸汽再沸器加熱；常壓精餾塔采用加壓精餾塔塔頂蒸汽冷凝作為塔底再沸器的熱源，從塔頂回流液中采出精甲醇產(chǎn)品，從塔下部側(cè)線采出雜醇油并送至回收塔，塔底廢水由泵送至界外?；厥账捎谜羝俜衅骷訜幔敳沙鼍状?，塔底廢水與常壓精餾塔廢水一起送污水處理裝置，從塔下部側(cè)線采出雜醇油儲(chǔ)存于雜醇油儲(chǔ)罐。經(jīng)測(cè)定，雜醇油中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20%，含甲醇及其他物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)約80%。

3.3 雜醇油的熱值

雜醇油熱值為19 468 kJ/kg(4 650 kcal/kg)。雜醇油中除了含有甲醇以外，還含有乙醇等其他醇，通過計(jì)算，此種組分的雜醇油的熱值約為17 585 kJ/kg(4 200 kcal/kg)。

甲醇提純后所采出的雜醇油若處置不當(dāng)，不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，而且也是對(duì)資源的浪費(fèi)[2]。雜醇油中除水以外的其他成分都是可燃物，如果能夠?qū)⑵湟砸簯B(tài)噴霧的形式引入鍋爐中進(jìn)行燃燒，則雜醇油的處置問題就能夠得到較好的解決。

4 雜醇油在鍋爐中燃燒的應(yīng)用及注意事項(xiàng)

4.1 動(dòng)力裝置簡介

動(dòng)力裝置包括3臺(tái)鍋爐，均為DGJ220/9.81- Ⅱ7型高壓、自然循環(huán)汽包爐，四角切圓燃燒，平衡通風(fēng)，固態(tài)干式風(fēng)冷排渣，采用四角布置、切向燃燒、水平濃淡直流式煤粉燃燒器。煤粉燃燒器主要由一、二、三次風(fēng)噴口以及一、二、三次風(fēng)管殼體和風(fēng)門組成，煤粉燃燒器各層二次風(fēng)風(fēng)室的風(fēng)量分配是通過調(diào)節(jié)各層風(fēng)室的風(fēng)門擋板開度來實(shí)現(xiàn)。在正常運(yùn)行時(shí)，鍋爐2開1備。汽包工作壓力11.19 MPa，額定蒸汽壓力9.81 MPa，額定蒸發(fā)量220 t/h，總?cè)剂厦合牧?6.42 t/h。

4.2 雜醇油引入鍋爐燃燒的應(yīng)用

將雜醇油儲(chǔ)罐中的雜醇油通過防爆增壓屏蔽泵增壓至2.0 MPa后送至空氣霧化雜醇油槍，雜醇油經(jīng)霧化后進(jìn)入鍋爐燃燒?？諝忪F化雜醇油槍布置在下層二次風(fēng)箱，不僅可以保證雜醇油的充分燃燒，而且可以提高煤粉的燃燒效率。

為了保證雜醇油在鍋爐中能夠完全燃燒，配置的主要設(shè)備：空氣霧化雜醇油槍2支，即每臺(tái)鍋爐配置1支，流量1.2 t/h，霧化空氣壓力0.3～0.6 MPa；防爆增壓屏蔽泵1臺(tái)(2臺(tái)鍋爐共用)，流量3 t/h。

4.3 雜醇油在鍋爐中燃燒的注意事項(xiàng)

(1) 雜醇油在鍋爐中燃燒的前提條件是鍋爐必須正常運(yùn)行。

(2) 鍋爐停車前必須將停車鍋爐的雜醇油提前退出。

4.4 雜醇油霧化原理

空氣霧化雜醇油槍是靠氣泡爆破來實(shí)現(xiàn)霧化，氣泡的形成可以是壓縮空氣或其他有壓力的氣體，如氮?dú)?、氦氣等。由于氣泡的爆破主要靠克服液體的表面張力，因而空氣霧化雜醇油槍的霧化機(jī)理與傳統(tǒng)甲醇的霧化機(jī)理相比產(chǎn)生了質(zhì)的變化，更有助于燃煤鍋爐的助燃?？諝忪F化雜醇油槍結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 空氣霧化雜醇油槍結(jié)構(gòu)

5 雜醇油在鍋爐中燃燒創(chuàng)造的效益

(1) 在鍋爐中引入雜醇油相當(dāng)于加入了新的燃料，在維持鍋爐負(fù)荷不變的情況下，可減少燃料煤的用量，達(dá)到節(jié)約燃料煤的效果。鍋爐用煤的平均熱值在18 422 kJ/kg(4 400 kcal/kg)，雜醇油熱值按17 585 kJ/kg(4 200 kcal/kg)計(jì)，1 t雜醇油燃燒放出的熱量相當(dāng)于0.95 t燃料煤燃燒放出的熱量。雜醇油引入鍋爐燃燒后，每天可節(jié)約27.4 t燃料煤，按年運(yùn)行333 d、燃料煤市場(chǎng)價(jià)格600元/t計(jì)，年可節(jié)省燃料煤9 124 t，年節(jié)約成本約550萬元。

(2) 燃料煤主要由碳、氫、氧、氮、硫、磷等元素組成，燃燒后會(huì)產(chǎn)生硫氧化物、氮氧化物等，排放到大氣后造成空氣污染。而雜醇油主要有碳、氫、氧3種元素組成，燃燒后生成二氧化碳和水，減輕了對(duì)環(huán)境的污染。

[1] 曹會(huì)敏，范智勇，張國民，等.甲醇精餾的研究進(jìn)展與應(yīng)用[J].化工裝備技術(shù)，2012(4)：48- 50.

[2] 張興文.合成氣燃?xì)廨啓C(jī)摻燒雜醇技術(shù)研究[D].北京：中國科學(xué)院工程熱物理研究所，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)

郭少鋒(1971—)，工程師，鶴壁煤電股份有限公司化工分公司副總經(jīng)理；guoshaofeng@126.com