煤直接液化催化劑制備裝置用能分析及節(jié)能措施

左志明

（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

引 言

煤直接液化催化劑制備裝置是煤直接液化項目中的重要裝置，負責為煤直接液化裝置提供合格、高效的煤直接液化催化劑。為降低煤直接液化裝置的催化劑消耗和催化劑制備成本，可選擇來源易得、價格便宜的硫酸亞鐵、液氨、煤粉作為原料，通過沉淀法制備出高活性、高選擇性的煤直接液化催化劑產(chǎn)品。煤直接液化催化劑制備工藝路線特殊，即原料需要在溶液狀態(tài)下發(fā)生化學反應生成催化劑活性組分，并附著在煤粉表面，然后通過過濾分離出攜帶活性組分的煤粉沉淀，通過干燥脫除多余水分制成催化劑，最后送至煤液化裝置存儲備用。由于制備工序多、物料狀態(tài)變化大等因素，導致整個催化劑制備過程中消耗大量能源。

中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司煤直接液化項目是世界上首個煤直接液化項目，工程總建設規(guī)模為年生產(chǎn)油品500萬t，2004年8月先期工程開工建設，2012年3月30日成功建成并投入運行。本文對該項目2021年煤直接液化催化劑制備裝置各工序用能進行分析，并采取了相應的節(jié)能降耗措施，可為煤直接液化后期項目提供可行有效的技術優(yōu)化建議。

1 煤直接液化催化劑制備工藝

催化劑制備原料為洗精煤、硫酸亞鐵、液氨。制備時將精煤配一定比例的新鮮水送至磨機加工成水煤漿，合格水煤漿用隔膜泵送入煤漿配制槽，與硫酸亞鐵溶液混合配制成一定濃度的含硫酸亞鐵煤漿，通過泵送至高剪切乳化槽后注入一定濃度的氨水，然后再泵送至氧化反應器，在氧化反應器內與定量的工業(yè)風發(fā)生氧化反應后，暫存至緩沖槽，然后進行固液分離，得到的液體為催化劑含鹽廢水，并送至下游環(huán)保裝置處理后循環(huán)再利用，固體物料進入催化劑一段干燥工序進行干燥，之后送至催化劑二段干燥工序進行二次干燥及粉碎，最后由氣力輸送系統(tǒng)送至下游煤液化裝置催化劑儲倉。

2 裝置內公用工程介質及主要能耗分布

催化劑制備裝置內使用的公用工程介質（不計原料、產(chǎn)品）包括儀表風、工業(yè)風、燃料氣、氮氣、新鮮水、低壓蒸汽、循環(huán)水、除鹽水、電等進裝置介質和催化劑廢水、系統(tǒng)放空氣（不作統(tǒng)計）等出裝置介質。

催化劑制備裝置主要能耗分布（轉化為千克標準煤進行計量）見表1。

表1 催化劑制備裝置主要能耗分布 %

由表1可知，目前裝置能源消耗占比前3位的分別是氮氣、燃料氣和電能，節(jié)能降耗主要對應分析如何降低以上3種介質的消耗量。

3 節(jié)能降耗措施

3.1 氮氣用量的調整措施

氮氣是裝置內布袋收集器、熱風制備系統(tǒng)的工藝保護氣，同時也是粉體輸送設備的軸封介質和催化劑煤粉的輸送動力源，因此消耗量要在保證裝置安全穩(wěn)定的前提下謹慎調整。對裝置系統(tǒng)壓力、在線氧含量分析儀表及一氧化碳分析儀表數(shù)據(jù)進行分析，目前氮氣消耗量還有下調空間，并提出以下4條調整措施：（1）目前系統(tǒng)保護氮氣消耗量約18 000 m3/h，經(jīng)工藝核算后，布袋收集器和熱風制備系統(tǒng)5條生產(chǎn)線可減少氮氣消耗量1 500 m3/h，后續(xù)對運行情況評估后再進行調整。（2）目前裝置氣力輸送系統(tǒng)消耗氮氣約3 000 m3/h，從2021年3月份開始停用2臺氣力輸送倉泵（共4臺），定期切換使用，可減少氮氣消耗量約1 100 m3/h。（3）對裝置干燥系統(tǒng)進行查漏，消除裝置的漏氣點，減少系統(tǒng)與外界的氣體交換，從而降低系統(tǒng)的氧含量和氮氣的消耗量，這部分氮氣消耗量的減少目前還沒有具體數(shù)據(jù)，但此項工作將會是未來攻關的重點，取得成果后必將大幅降低氮氣消耗量。（4）合理控制熱風制備系統(tǒng)助燃空氣量，防止因助燃空氣量太大造成系統(tǒng)氧含量過高，或者因助燃空氣量太小造成一氧化碳含量過高，導致保護氮氣過度消耗。上述降低的氮氣消耗量折算為千克標準煤約546 kgce/h，一年（按310 d計算）可節(jié)省標準煤406萬kgce。

3.2 電能消耗的調整措施

裝置在設計之初就留有冗余量，通過將生產(chǎn)負荷冗余量與上下游裝置負荷進行合理匹配，從而將生產(chǎn)線效能發(fā)揮到最大。裝置所消耗的電能包括裝置的照明、各個運行設備及備用設備所消耗的電能。降低電能消耗有以下3條調整措施：（1）裝置一段、二段干燥系統(tǒng)分別有3條、2條生產(chǎn)線，一段干燥系統(tǒng)運行2條生產(chǎn)線即可滿足75%的生產(chǎn)負荷，因此在低負荷（≤80%）時，一段、二段干燥系統(tǒng)各停1條生產(chǎn)線備用或間斷啟機以補充生產(chǎn)負荷，可降低裝置的用電消耗。一段干燥系統(tǒng)每條生產(chǎn)線的裝機容量為1 500 kW，二段干燥系統(tǒng)每條生產(chǎn)線的裝機容量為1 000 kW，合計減少2 500 kW。取設備運行時的負荷為裝機容量的45%，則每小時節(jié)約電能1 125 kWh。（2）催化劑制備工序的固液分離系統(tǒng)有4套設備，正常生產(chǎn)期間三開一備，可滿足裝置的滿負荷生產(chǎn)。裝置生產(chǎn)的物料性質決定了固液分離系統(tǒng)的備用設備不需啟機熱備，正常停機備用即可，這樣既可以每小時節(jié)約用電111 kWh，又可以減少設備磨損。（3）現(xiàn)場有些設備照明是室外照明，因此合理控制照明時間尤為必要。人工控制開關的照明需要結合實際靈活控制，時控開關需要合理設定自啟動和自關閉時間，達到既滿足現(xiàn)場安全運行又節(jié)約電能的目的。

3.3 燃料氣消耗的調整措施

因為裝置運行的特殊性，生產(chǎn)系統(tǒng)的溫度對裝置生產(chǎn)尤為重要，而燃料氣的用量又會直接影響熱風制備系統(tǒng)的熱風溫度，進而影響干燥工序的干燥效果，因此即使燃料氣消耗量對裝置能耗影響較大，也不能大幅調整。降低燃料氣消耗有以下3條措施：（1）根據(jù)統(tǒng)計的同等生產(chǎn)負荷時燃料氣的消耗量，制定相應生產(chǎn)負荷下的燃料氣消耗標準，并取生產(chǎn)噸催化劑燃料氣消耗量進行經(jīng)濟核算評比，以督促節(jié)約燃料氣消耗量。（2）在保證裝置運行系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)循環(huán)氣水汽含量在工藝指標正常范圍內時，盡量減小系統(tǒng)放空閥開度，以降低系統(tǒng)放空氣帶走的大量熱量，提高系統(tǒng)溫度，降低燃料氣消耗量。（3）在氣溫較高的季節(jié)減少備用干燥生產(chǎn)系統(tǒng)的熱負荷時間，降低燃料氣消耗量。

4 調整效果

綜合上述所有調整措施，以2021年生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)為基礎構建數(shù)據(jù)分析模型，對有統(tǒng)計數(shù)據(jù)的部分（氮氣消耗、電能消耗）用數(shù)據(jù)模型進行分析得到：通過對氮氣消耗的調整，可降低氮氣能耗4.78%；在低負荷（≤80%）生產(chǎn)時通過控制生產(chǎn)線設備啟停，可降低電能消耗3.14%。