煤制乙二醇DMO 裝置生產(chǎn)節(jié)能減排方案優(yōu)化

侯波，韓濛，高翔

(陜煤集團榆林化學(xué)有限責(zé)任公司，陜西 神木 719300)

0 引言

乙二醇作為一種有機化工原料，已經(jīng)在表面活性劑以及聚酯樹脂等多個工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。目前技術(shù)較為成熟的工藝路線是采用石油法路線來制取乙二醇。這種方式制作出來的乙二醇能夠有效滿足大多數(shù)企業(yè)的應(yīng)用需求。但由于我國的資源狀態(tài)為富煤缺油，這也使得乙二醇的生產(chǎn)會受限。

煤炭作為我國社會發(fā)展的主要能源，經(jīng)過多年發(fā)展，煤制乙二醇工藝所取得的效果十分優(yōu)異，對于保證國家的整體能源安全來說也起到了重要作用，同時也是對煤炭資源進行清潔利用的主要方式。在實際煤制乙二醇的生產(chǎn)階段中，為了進一步實現(xiàn)預(yù)期中的節(jié)能減排目標(biāo)，要采取針對性措施來降低內(nèi)部DMO 裝置的整體消耗，從而有效促進后續(xù)煤制乙二醇的低碳化發(fā)展。

1 煤制乙二醇的基本概述

乙二醇作為一種至關(guān)重要的有機化工材料，在多個社會領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。特別是在航空工業(yè)和轎車工業(yè)的冷卻系統(tǒng)中，乙二醇是抗凍劑的主要成分。在潤滑劑和軟化劑的生產(chǎn)過程中，乙二醇也有著多樣化的用途。然而，傳統(tǒng)的乙二醇生產(chǎn)主要依賴于石油作為原材料，但隨著石油資源的逐漸枯竭，給乙二醇的后續(xù)生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。因此，利用煤炭作為基礎(chǔ)原料的煤制乙二醇技術(shù)逐漸受到關(guān)注。這種技術(shù)的成本相對較低，具有顯著的生產(chǎn)優(yōu)勢。從實際應(yīng)用的角度來看，煤制乙二醇技術(shù)主要分為直接法和間接法兩種類型。

在直接法中，通常使用羰基絡(luò)合物作為催化劑，在高壓條件下實現(xiàn)液相反應(yīng)[1]。然而，這種方法對反應(yīng)條件的要求較為嚴(yán)格，副產(chǎn)品多，使得乙二醇的選擇性較低，工業(yè)化轉(zhuǎn)化仍需時日。由此可以看出，目前的直接法在反應(yīng)條件上較為苛刻，它需要將壓力控制在10 MPa 以上，并使用銠作為催化劑，這導(dǎo)致了較高的成本和較低的乙二醇挑選性與轉(zhuǎn)化率。因此，研究的重點已轉(zhuǎn)向完善和優(yōu)化催化劑，以實現(xiàn)在更溫和條件下進行反應(yīng)的目標(biāo)。然而，目前這種方法在平緩反應(yīng)條件和開發(fā)高性能催化劑方面仍面臨許多挑戰(zhàn)。在這種情況下，間接法制備乙二醇受到了更多的關(guān)注。間接法主要指的是草酸法，其工藝流程相對較短，成本較低，這使得這種技術(shù)成為研究的重點[2]。

2 煤制乙二醇生產(chǎn)的節(jié)能原則

煤炭作為我國整體儲量較為豐富的一種能源類型，在社會中得到了廣泛應(yīng)用。而煤制乙二醇技術(shù)則屬于煤炭開發(fā)領(lǐng)域中涉及的一種全新技術(shù)手段，也屬于我國科技領(lǐng)域發(fā)展過程中需要重點關(guān)注的內(nèi)容。煤制乙二醇技術(shù)是一種將煤炭轉(zhuǎn)化為乙二醇等有機化學(xué)品的過程。這一技術(shù)的發(fā)展不僅符合我國缺油以及煤炭資源豐富的資源發(fā)展特征，而且可以進一步緩解乙二醇產(chǎn)品在供需方面存在的矛盾。這對我國后續(xù)能源需求結(jié)構(gòu)的調(diào)整優(yōu)化，以及整體煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說起到了良好的促進作用，具備著十分顯著的社會效益以及經(jīng)濟效益。

在煤制乙二醇生產(chǎn)過程中，節(jié)能原則是必須遵循的重要原則之一。這意味著需要在生產(chǎn)過程中選擇節(jié)能型的工藝技術(shù)手段以及機械設(shè)備，并不斷優(yōu)化整體工藝流程。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)按照能量檔次來進行串聯(lián)應(yīng)用，從而實現(xiàn)對能源的綜合化應(yīng)用。此外，在煤制乙二醇生產(chǎn)中，選擇具有節(jié)能性特征的傳動設(shè)備也是非常重要的。通過使用這些高效的傳動設(shè)備，可以穩(wěn)步提高整體能源使用率，并大幅度降低整體能源消耗。為了進一步減少能量方面的損失，還應(yīng)采取針對性的措施。例如，可以采取高效的隔熱保溫處理措施來減少熱量損失，或者采用閉路循環(huán)系統(tǒng)來回收和再利用能源。同時，煤制乙二醇生產(chǎn)還應(yīng)積極貫徹國家方面與工程節(jié)能相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[3]。

3 煤制乙二醇生產(chǎn)DMO 裝置的具體節(jié)能減排措施

3.1 新型硝酸還原裝置與地下儲槽

在煤制乙二醇生產(chǎn)DMO 裝置中，可以合理地引入新型硝酸還原裝置，每個系列配備兩座硝酸還原反應(yīng)塔，采用四室串聯(lián)鼓泡反應(yīng)設(shè)計。第一室主要依靠副產(chǎn)蒸汽進行必要的伴熱處理，硝酸還原塔底部的液相硝酸含量約為0.2%。這種硝酸還原反應(yīng)塔具有較低的故障率和簡便的操作性，具有較強的硝酸回收能力。通過合理應(yīng)用新型硝酸還原裝置，能夠確保塔釜硝酸含量穩(wěn)步降低，有效減少N 元素的流失，降低后續(xù)碳處理工作的難度，并防止產(chǎn)生更大規(guī)模的含氮污染物。

同時，在DMO 合成以及精制裝置中，應(yīng)根據(jù)實際情況設(shè)置地下儲槽，且每套儲槽應(yīng)分為兩個儲罐：一個儲罐用于儲存含醇廢水，主要用于高效收集運轉(zhuǎn)過程中因意外因素而未及時處理的含醇量和含水量較高的物質(zhì)；另一個儲罐則作為污DMO 儲罐，用于收集運行階段中無法及時處理的含DMO 較高的物質(zhì)。含醇廢水儲罐中的物質(zhì)應(yīng)定期輸送到罐區(qū)，然后送往DMO 精餾工段甲醇脫水裝置中進行回收利用。在這個過程中，應(yīng)對廢水進行及時處理，以確保不會對環(huán)境造成污染。而DMO 儲罐中的物質(zhì)則通過DMO 精餾工段進行回收利用。通過合理應(yīng)用地下儲槽，可以有效降低DMO 和甲醇等有害有機物的整體排放量。這不僅有助于保護環(huán)境，而且還能在保證產(chǎn)量不受影響的基礎(chǔ)上，大幅度降低原材料的消耗[4]。

3.2 廢氣廢液處理系統(tǒng)

現(xiàn)階段所采用的廢氣廢液處理系統(tǒng)主要分為兩套裝置：一套為VOCs 裝置，這種裝置在后續(xù)的應(yīng)用過程中，主要采用低溫甲醇洗作為內(nèi)部的核心技術(shù)手段，并結(jié)合堿洗等預(yù)處理工藝，實現(xiàn)對乙二醇、甲醇等VOCs廢氣的高效處理；另一套則屬于廢氣廢液焚燒裝置，這種裝置配備兩種不同的焚燒爐系統(tǒng)以及煙氣處理系統(tǒng)，專門針對煤制乙二醇裝置所產(chǎn)生的廢氣與廢液進行環(huán)保處理。更重要的是，它還能副產(chǎn)3.5 MPa 的飽和蒸汽，并將這部分蒸汽送入乙二醇合成系統(tǒng)進行再利用。

VOCs 回收裝置在應(yīng)用過程中的基本原理是，利用儲罐高效收集物料流轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的各類有機廢氣。隨后，通過風(fēng)機增壓方式將這些廢氣逐步送入下游的凈化裝置中。值得注意的是，廢氣中蘊含的VOCs 介質(zhì)與甲醇的吸收機理存在相似之處。具體來說，這種相似性指的是溶劑與溶質(zhì)在基本結(jié)構(gòu)上的類似性。更進一步說，相溶指的是溶劑與溶質(zhì)之間能夠?qū)崿F(xiàn)彼此相溶。由于極性分子之間產(chǎn)生的電性作用，那些由極性分子構(gòu)成的溶質(zhì)與溶劑之間具有較高的相溶性；相反，非極性分子構(gòu)成的溶劑則很難與極性分子構(gòu)成的溶劑相溶。

為了更好地處理廢氣中的各類不良介質(zhì)，需要優(yōu)先選用低溫甲醇作為主要的吸收劑，以便與上游廢氣進行充分接觸，實現(xiàn)對其中蘊含的不良介質(zhì)的溶解。接下來，需要將堿液作為主要的吸收劑，有效去除廢氣中含有的各類酸性介質(zhì)以及甲醇。為進一步提升整體治理效果，還應(yīng)結(jié)合回收技術(shù)，通過吸收技術(shù)與冷凝技術(shù)之間的充分結(jié)合，采用更為科學(xué)合理的工藝組合。這樣不僅可以有效降低治理成本方面的消耗，而且通過吸收技術(shù)與冷凝法之間的組合，還可以逐步降低整體裝置所產(chǎn)生的能源消耗。在此基礎(chǔ)上，逐步提升吸收法的回收效率，使VOCs 達(dá)到高脫出率的狀態(tài)。

3.3 廢氣廢液焚燒裝置

應(yīng)對乙二醇裝置所產(chǎn)生的廢氣廢液展開高效收集和轉(zhuǎn)運，使不同工段所產(chǎn)生的廢氣廢液能夠運送至焚燒爐當(dāng)中進行焚燒處理。同時，這部分廢氣廢液中還含有大量的甲醇、乙醇以及DMC 等物質(zhì)。在針對廢氣進行焚燒時，主要采用的是外混式燃燒方式。需要將廢氣和空氣分別送入焚燒爐中，并在爐膛內(nèi)部進行互相燃燒和擴散。為了優(yōu)化和完善空氣與廢氣的混合情況，應(yīng)在燃燒器的出口位置設(shè)置必要的旋流葉片，確保空氣與廢氣受到更加激烈的擾動，從而達(dá)到充分接觸和迅速燃燒的目的。

在廢氣廢液焚燒裝置的實際應(yīng)用過程中，應(yīng)對乙二醇裝置所產(chǎn)生的廢氣廢液進行高效收集和轉(zhuǎn)運，確保其運送至焚燒爐中進行處理。廢氣廢液中含有大量的有機物質(zhì)，如甲醇、乙醇和DMC 等，經(jīng)過霧化噴槍直接噴入焚燒爐內(nèi)。這一過程分為三個階段：有機物氣化、水分蒸發(fā)以及有機物與空氣燃燒反應(yīng)。廢液中的水分在高溫下逐漸氣化，使得空氣與廢液能夠充分接觸混合，從而銷毀廢液中的有害成分。同時，在焚燒過程中會產(chǎn)生大量熱量，這些熱量可以通過余熱鍋爐轉(zhuǎn)化為蒸汽。鍋爐給水進入鍋筒后，通過水冷壁流入下集箱，再由導(dǎo)管引入上集箱。這樣，飽和蒸汽在汽水分離裝置的作用下從鍋筒內(nèi)部引出，并通過主蒸汽管送至相應(yīng)的蒸汽管網(wǎng)。

出口煙氣通過SCR 反應(yīng)器進行脫硝處理。在此過程中，將含有氨基的還原劑噴入爐膛中，并迅速與煙氣中的NO2進行反應(yīng)。爐膛作為反應(yīng)的主體設(shè)備，促使還原劑熱解轉(zhuǎn)化為NH3，確保了與NO2的有效反應(yīng)。此外，煙氣中的O2并不與還原劑發(fā)生反應(yīng)，從而實現(xiàn)了對NO2的選擇性還原。出口煙氣按照順序進入鍋爐給水預(yù)熱器和空氣預(yù)熱器中，以回收煙氣中的熱量。經(jīng)過換熱后，將其送往余熱鍋爐汽包中，并將空氣預(yù)熱器預(yù)熱的空氣用于焚燒爐助燃風(fēng)。當(dāng)空氣預(yù)熱器的出口溫度低于150 ℃時，應(yīng)使用引風(fēng)機將煙氣引導(dǎo)至煙囪的高位進行排放。為了確保排放的煙氣符合標(biāo)準(zhǔn)，在煙囪內(nèi)設(shè)置在線監(jiān)測系統(tǒng)，對煙氣中的非甲烷總烴和氨逃逸等進行實時監(jiān)測[5]。

4 結(jié)語

在我國富煤缺油的能源結(jié)構(gòu)日益突出的背景下，特別是“雙碳”目標(biāo)的提出，對煤化工技術(shù)提出了更高的要求。針對煤制乙二醇技術(shù)進行必要的完善優(yōu)化顯得尤為重要，不僅有助于實現(xiàn)煤化工體系的深度優(yōu)化，提高其效率和安全性，同時還有助于推動行業(yè)的綠色、安全發(fā)展。同時，還需要在結(jié)合實際情況的基礎(chǔ)上，針對社會中的高能耗行業(yè)如鋼鐵、水泥等進行必要的節(jié)能技術(shù)改造。通過這些措施，可以更好地緩解乙二醇的供需矛盾，促進整體能效水平的提升，并有助于提高國家能源安全性，促進整體化工行業(yè)的健康發(fā)展。在煤制乙二醇技術(shù)的應(yīng)用過程中，還需要對DMO 裝置進行必要的節(jié)能減排改造，以實現(xiàn)預(yù)期中的節(jié)能環(huán)保目標(biāo)。