煤制乙二醇低位能的綜合利用

董強(qiáng)，李成科，曹小利(陜煤集團(tuán)榆林化學(xué)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000)

0 概述

乙二醇作為一種重要的有機(jī)化工原料，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)聚酯產(chǎn)品[1]。目前，工業(yè)化生產(chǎn)乙二醇的方法主要為石油法路線及非石油法路線，非石油法路線主要是以煤為原料。我國(guó)作為“貧油少氣富煤”國(guó)家，隨著國(guó)內(nèi)乙二醇需求量增大，煤制乙二醇項(xiàng)目也在陸續(xù)上馬，據(jù)統(tǒng)計(jì)截至2019年底煤制乙二醇投產(chǎn)企業(yè)共計(jì)20家，產(chǎn)能每年可達(dá)到484萬(wàn)t，在未來(lái)三年內(nèi)大約還有700萬(wàn)t煤制乙二醇項(xiàng)目相繼投產(chǎn)。本文針對(duì)陜煤集團(tuán)榆林化學(xué)有限責(zé)任公司180萬(wàn)t/a煤制乙二醇項(xiàng)目，介紹了其技術(shù)來(lái)源，對(duì)于其副產(chǎn)蒸汽提出了低位熱能利用方法，并進(jìn)行了可行性分析。

1 煤制乙二醇技術(shù)來(lái)源

陜煤集團(tuán)榆林化學(xué)有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱“榆林化學(xué)”)采用高化學(xué)的合成氣制乙二醇技術(shù)，制備過(guò)程分兩個(gè)部分，分別為CO催化偶聯(lián)生成草酸酯(DMO)，然后草酸酯加氫制乙二醇。由于日本宇部早在1978年就開始了工業(yè)化裝置試驗(yàn)，其6 000 t、1萬(wàn)t DMO裝置分別于1993年和2006年開始運(yùn)行，至今已有近20年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，相對(duì)比較成熟。1983年由宇部公司開始了乙二醇合成單管試驗(yàn)，2009—2010年高化學(xué)在國(guó)內(nèi)重現(xiàn)了日本宇部當(dāng)年單管試驗(yàn)水平，2010—2012年在浙江臺(tái)州建成了1 500 t/a乙二醇合成和精制中試裝置。該技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)有多套工業(yè)化運(yùn)行裝置，從未出現(xiàn)過(guò)生產(chǎn)事故，表明該技術(shù)是國(guó)內(nèi)成熟可靠、安全性高的先進(jìn)工藝技術(shù)。但對(duì)于其低位熱能利用，至今還是一個(gè)未解決的技術(shù)難題。

2 煤制乙二醇技術(shù)存在的問(wèn)題

目前，高化學(xué)的煤制乙二醇技術(shù)，DMO合成反應(yīng)器移熱產(chǎn)生的副產(chǎn)蒸汽由于溫度偏低，只有一部分被用作預(yù)熱循環(huán)氣的加熱蒸汽，其余副產(chǎn)蒸汽利用空冷器或循環(huán)水進(jìn)行冷卻為蒸汽凝液。這樣既增加了設(shè)備投資和生產(chǎn)成本，又浪費(fèi)了低位熱能。

從國(guó)際形勢(shì)方面，如今石油價(jià)格持續(xù)偏低，煤制乙二醇投資、生產(chǎn)成本過(guò)高等原因，使得部分煤制乙二醇企業(yè)停產(chǎn)。如果將這部分低壓蒸汽很好地利用，可以有效解決生產(chǎn)低位熱能綜合利用問(wèn)題，從而使企業(yè)獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

3 低位熱能綜合利用方法

3.1 預(yù)熱偶聯(lián)反應(yīng)進(jìn)料

DMO合成系統(tǒng)副產(chǎn)低壓蒸汽送至汽包蒸汽預(yù)熱器作為原料氣加熱熱源。

3.2 用于制冷

低位熱能制冷是一種吸收式制冷，是靠消耗蒸汽熱能作為動(dòng)力，一般是指用溴化鋰作為工質(zhì)的吸收式制冷。溴化鋰溶液只是吸收劑，其中水才是真正的制冷劑，利用水在高真空下低沸點(diǎn)汽化，吸收熱量達(dá)到制冷目的。它只能制取0 ℃以上的冷媒，故可通過(guò)該方法實(shí)現(xiàn)冷凍水的制備，目前已在煤制乙二醇項(xiàng)目中得到應(yīng)用，制取5 ℃冷凍水用于精餾塔深冷器等。

3.3 用于發(fā)電

由于副產(chǎn)蒸汽壓力、溫度較低，拖動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行可能會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，而異步發(fā)電機(jī)組不僅對(duì)蒸汽波動(dòng)有較好的適應(yīng)性，其保護(hù)設(shè)置和操作簡(jiǎn)單，開機(jī)停機(jī)對(duì)供電系統(tǒng)影響比同容量的同步發(fā)電機(jī)小許多，檢修維護(hù)工作量小等，所以需要選擇異步發(fā)電機(jī)組。

綜上所述，榆林化學(xué)乙二醇裝置要求冷媒介質(zhì)溫度在-20 ℃，因此，可以選用低位熱能用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電。

4 用于發(fā)電可行性方案

4.1 低位熱能發(fā)電選擇及優(yōu)點(diǎn)

結(jié)合榆林化學(xué)工藝裝置情況及各家工藝要求的不同，榆林化學(xué)乙二醇裝置已對(duì)部分低位熱能作為預(yù)熱偶聯(lián)反應(yīng)進(jìn)料，而且剩余量過(guò)大，故可采用低位熱能發(fā)電裝置進(jìn)行合理利用增加產(chǎn)品的附加值。

低位熱能發(fā)電是利用現(xiàn)有生產(chǎn)裝置副產(chǎn)的100 ℃以上低品位蒸汽，來(lái)推動(dòng)專門設(shè)計(jì)的低參數(shù)的汽輪機(jī)組做功發(fā)電，與中大型的火力發(fā)電不同，低位熱能發(fā)電是通過(guò)回收各生產(chǎn)裝置生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)的低壓蒸汽所含有的低品位熱量來(lái)發(fā)電，是一項(xiàng)變廢為寶的高效節(jié)能技術(shù)。該技術(shù)利用余熱，而不是直接利用原煤燃燒，不僅不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生任何污染和破壞，反而有助于降低和減少余熱直接排向空中引起的環(huán)境污染。

4.2 低位熱能用于發(fā)電工藝流程簡(jiǎn)述

DMO合成裝置共副產(chǎn)低壓飽和蒸汽232.875 t/h，蒸汽壓力為0.125 MPa(A)，送進(jìn)蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。汽輪機(jī)產(chǎn)生的蒸汽冷凝水與汽輪機(jī)產(chǎn)生的乏汽經(jīng)過(guò)空冷器冷卻混合后送入冷凝系統(tǒng)，由凝結(jié)水泵抽出升壓送至冷凝液回收系統(tǒng)。低位熱能用于發(fā)電工藝流程如圖1所示。

圖1 低位熱能用于發(fā)電工藝流程

4.3 低位熱能用于發(fā)電相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

榆林化學(xué)低位熱能主要來(lái)源于9個(gè)DMO合成系列，DMO反應(yīng)器移熱副產(chǎn)低壓蒸汽，副產(chǎn)蒸汽壓力：0.125 MPa(A)、溫度：飽和。DMO合成系統(tǒng)副產(chǎn)蒸汽量如表1所示。某公司30萬(wàn)t/a煤制乙二醇項(xiàng)目低位熱能用于發(fā)電，發(fā)電裝置技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表1 DMO合成系統(tǒng)副產(chǎn)蒸汽量

表2 發(fā)電裝置技術(shù)參數(shù)

根據(jù)榆林化學(xué)有限責(zé)任公司副產(chǎn)蒸汽的溫度、壓力、產(chǎn)量與發(fā)電裝置技術(shù)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，副產(chǎn)蒸汽完全可以用于低位熱能發(fā)電。

4.4 低位熱能用于發(fā)電投資效益分析

本項(xiàng)目DMO合成裝置需要設(shè)置9套發(fā)電機(jī)組，單套DMO發(fā)電裝置投資大約1 448萬(wàn)元，九套DMO發(fā)電裝置總投資大約13 032萬(wàn)元；通過(guò)以上計(jì)算，每年9套DMO發(fā)電裝置回收利用生產(chǎn)裝置副產(chǎn)的低品位蒸汽可發(fā)電大約14 472 kW·h；電價(jià)(不含稅)：0.47元/kW·h計(jì)算，九套DMO發(fā)電裝置每年可為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益大約3 371萬(wàn)元；運(yùn)行時(shí)間按15年計(jì)算，總共可收入約5.056 5億元。

5 結(jié)語(yǔ)

在建和已投產(chǎn)的部分煤制乙二醇項(xiàng)目生產(chǎn)工藝方案中，關(guān)鍵的問(wèn)題是乙二醇生產(chǎn)裝置副產(chǎn)的低壓蒸汽壓力和溫度較低，供熱系數(shù)較小，此部分副產(chǎn)蒸汽不能完全用于裝置生產(chǎn)再利用，只能用循環(huán)冷卻水或空冷器移走低品位蒸汽的熱量并回收凝水，使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中增加了循環(huán)水或電的消耗、浪費(fèi)了多余熱能，生產(chǎn)裝置副產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益不能得到充分發(fā)揮。增設(shè)低位熱能發(fā)電裝置可以有效對(duì)乙二醇裝置生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的余熱蒸汽進(jìn)行回收利用，在節(jié)能減排的同時(shí)，可以提高煤炭資源利用率，減少煤炭資源消耗，能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。