煤制甲醇工藝流程及離心壓縮機(jī)應(yīng)用

關(guān)慶男

摘要：煤制甲醇裝置具有工藝流程長(zhǎng)，工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)。該裝置整個(gè)工藝流程涉及的各壓縮機(jī)工作條件及介質(zhì)組份均不同，其研制涉及流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、材料學(xué)等多種學(xué)科，設(shè)計(jì)、制造難度大。本文結(jié)合離心壓縮機(jī)應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：煤制甲醇生產(chǎn);離心壓縮機(jī);應(yīng)用

隨著當(dāng)今世界石油資源的日益減少和甲醇單位生產(chǎn)成本的降低，發(fā)展使用甲醇作為新的代替燃料已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。近年來(lái)，我國(guó)石油天然氣進(jìn)口量逐年增加，對(duì)外依存度很高。石油天然氣供給不足嚴(yán)重威脅著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，使用我國(guó)資源豐富的煤取代石油天然氣作為化工原料，是解決我國(guó)能源問(wèn)題的途徑之一，而“煤制甲醇”是目前我國(guó)煤化工發(fā)展的主流方向。

一、煤制甲醇工藝流程

甲醇是最簡(jiǎn)單的飽和醇，其工藝流程大致如下：

1.氣化將原料煤加水連同空分送來(lái)的高壓氧，在氣化爐中發(fā)生反應(yīng)生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等氣體。本工藝流程一般配置空分裝置;在煤氣化過(guò)程中，有時(shí)要用高壓CO2載體輸送煤粉進(jìn)氣化爐。在氣化爐中煤漿與氧發(fā)生如下主要化學(xué)反應(yīng)：

CmHnSr+m/2O2→inCO+（n/2-r）H2+rH2SCO+H2O→H2+CO2

氣化反應(yīng)在氣化爐反應(yīng)段瞬間完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等氣體。離開(kāi)氣化爐反應(yīng)段的熱氣體和熔渣進(jìn)入激冷室水浴，被水淬冷后溫度降低并被水蒸氣飽和后出氣化爐;氣體經(jīng)文丘里洗滌器、碳洗塔洗滌除塵冷卻后送至變換工段。

2.變換由于氣化工段H2含量不足，所以在本工段將氣體中的CO部分變換成H2.主要化學(xué)反應(yīng)為：CO+H2O→H2+CO2

3.低溫甲醇洗本工段采用低溫甲醇洗工藝脫除變換氣中CO2、全部硫化物、其他雜質(zhì)和H2O。主要包括吸收系統(tǒng)、溶液再生系統(tǒng)和壓縮制冷系統(tǒng)。

4.甲醇合成及精餾經(jīng)甲醇洗脫硫脫碳凈化后的合成氣，經(jīng)過(guò)甲醇合成氣壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行甲醇合成，CO和H2在Cu-Zn催化劑作用下，合成粗甲醇，粗甲醇從甲醇分離器底部排出，經(jīng)甲醇膨脹槽減壓釋放出溶解氣后送往甲醇精餾工段制得精甲醇。

5.空分裝置煤氣化需要空分裝置的氧氣，空分裝置主要包括分子篩凈化空氣、空氣增壓、氧氣和氮?dú)鈨?nèi)/外壓縮流程等。原料空氣自吸入口吸入，經(jīng)自潔式空氣過(guò)濾器除去灰塵及其他機(jī)械雜質(zhì)。過(guò)濾后的空氣進(jìn)入離心式空壓機(jī)經(jīng)壓縮機(jī)壓縮到約0.57MPa（A），然后進(jìn)入空氣冷卻塔冷卻。經(jīng)空冷塔冷卻后的空氣進(jìn)入切換使用的分子篩純化器，空氣中的二氧化碳、碳?xì)浠衔锖退直晃?。凈化后的空氣抽出一小部分，作為儀表空氣和工廠空氣。其余空氣借助空氣增壓機(jī)及膨脹機(jī)等設(shè)備，在換熱器和精餾塔內(nèi)冷卻液化餾分，制得液氧、液氮，然后根據(jù)具體工藝需要送至各種場(chǎng)合。以上所述為煤制甲醇的工藝流程的簡(jiǎn)介，其中，用到的主要壓縮機(jī)情況如下：空分裝置中用了空壓機(jī)、增壓機(jī)、氧壓機(jī)及氮壓機(jī);低溫甲醇洗工藝中需要丙烯或氨制冷壓縮機(jī);甲醇合成工段的合成氣壓縮機(jī);氣化工段需要二氧化碳?jí)嚎s機(jī)。

二、煤制甲醇工藝流程中離心壓縮機(jī)應(yīng)用

1.空分裝置壓縮機(jī)?？辗盅b置的壓縮機(jī)主要包括空壓機(jī)組以及空氣增壓機(jī)組還有氧氣、氮?dú)鈮嚎s機(jī)組。其中根據(jù)空分裝置的實(shí)際制氧需求不同，制氧量也存在較大的差異，所以可以采用不同的系列壓縮機(jī)進(jìn)行處理，不同的模式結(jié)構(gòu)差異不大，主要通過(guò)齒輪增速整體組裝的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。在制氧要求不高于6萬(wàn)m3/h的情況下，空壓機(jī)可以采用MCO的模式，該模式屬于單缸單軸多級(jí)結(jié)構(gòu)，可以劃分為三段、四段進(jìn)行壓縮，配備有級(jí)間冷卻器，同時(shí)帶有入口導(dǎo)葉裝置，便于對(duì)流量進(jìn)行調(diào)整。該設(shè)備采用了首級(jí)半開(kāi)放的模式，而其他級(jí)則采用了封閉式的葉輪，這樣效率相對(duì)更高?？諝庠鰤簷C(jī)組的出口壓力較高，所以需要選擇性能較強(qiáng)的壓縮機(jī)組設(shè)備?？梢赃x擇單軸系列的三段壓縮模式，課題采用鍛鋼機(jī)殼，設(shè)備的密封性良好且機(jī)械性能較強(qiáng)，同時(shí)內(nèi)機(jī)殼可以采用鑄鋼的模式，這樣綜合加工性能優(yōu)異且針對(duì)性更強(qiáng)。平衡盤密封時(shí)可以采用蜂窩密封的方式，能夠有效避免氣體激震的問(wèn)題。氧氣本身具有較強(qiáng)的氧化作用，所以在氧氣壓縮機(jī)組的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該避免強(qiáng)氧化作用帶來(lái)的安全影響和設(shè)備隱患。在氧壓縮機(jī)機(jī)組當(dāng)中，內(nèi)壁的通道與氧氣接觸的碳鋼零件表面都需要進(jìn)行鍍銅防銹處理，這樣可以有效防止機(jī)殼生銹，同時(shí)也能夠避免高溫高壓的氧氣接觸出現(xiàn)異常燃燒的問(wèn)題，有效提升設(shè)備的可靠性。氮?dú)鈮嚎s機(jī)機(jī)組的設(shè)計(jì)工藝差異較大，不過(guò)機(jī)理與空氣增壓設(shè)備類似，雖然不存在氮?dú)饨橘|(zhì)問(wèn)題，但是當(dāng)壓力較高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)泄漏量升高的問(wèn)題，所以還是需要選擇更安全的碳環(huán)密封模式進(jìn)行處理。

2.合成氣壓縮機(jī)。合成氣壓縮機(jī)選擇機(jī)型以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)于整個(gè)甲醇工藝流程都會(huì)產(chǎn)生較大的影響。一般來(lái)說(shuō)，需要根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需要與設(shè)備規(guī)模來(lái)進(jìn)行選擇。在合成氣壓縮機(jī)的壓力調(diào)整到合適的狀態(tài)時(shí)，應(yīng)該能夠正好適應(yīng)生產(chǎn)的負(fù)荷強(qiáng)度要求，入口的壓力為2～5Mpa的情況均可。在同樣的裝置規(guī)模下，壓縮機(jī)也會(huì)表現(xiàn)出完全不同的狀態(tài)。合成段氣體以及循環(huán)段氣體根據(jù)流程都可以在壓縮機(jī)的缸外進(jìn)行混合，隨后被送入到工藝流程當(dāng)中，這個(gè)過(guò)程中壓縮機(jī)的缸體內(nèi)部也可以進(jìn)行混合，隨后一起送出到工藝流程當(dāng)中。

3.制冷壓縮機(jī)。在低溫清洗單元，由于需要較低的環(huán)境溫度，所以需要借助于制冷壓縮機(jī)的幫助。常規(guī)制冷劑一般選取丙烯或者氨氣，蒸發(fā)溫度為零下40℃左右，在液粒分離后進(jìn)入到壓縮機(jī)當(dāng)中，釋放出冷凝壓力，隨后進(jìn)入到冷凝器當(dāng)中。在制冷過(guò)程中，通過(guò)完整的制冷系統(tǒng)可以給甲醇創(chuàng)造較低的環(huán)境溫度，同時(shí)也可以根據(jù)設(shè)備的規(guī)模來(lái)選擇冷量，中間根據(jù)實(shí)際的蒸發(fā)情況來(lái)選擇合適的裝備。在冷量增加時(shí)，壓縮機(jī)的機(jī)型會(huì)增大，相應(yīng)的成本也會(huì)增加，所以選擇合適的裝置才能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

由于我國(guó)煤儲(chǔ)藏量遠(yuǎn)比石油和天然氣多得多，因此從煤出發(fā)制合成氣、甲醇，最后制低碳烯烴等產(chǎn)品的研究對(duì)于“缺油少氣多煤”的我國(guó)來(lái)說(shuō)，其戰(zhàn)略意義更為重大。壓縮機(jī)是整個(gè)流程中的關(guān)鍵設(shè)備，壓縮機(jī)的制造能力和發(fā)展對(duì)裝置有直接影響。本文以此為出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)描述了煤制甲醇整個(gè)工藝流程所能用到的主要離心式壓縮機(jī)的氣動(dòng)性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。隨著工藝的技術(shù)進(jìn)步，隨著煤化工行業(yè)的不斷發(fā)展，離心壓縮機(jī)也會(huì)在更廣闊的舞臺(tái)上發(fā)揮作用。

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