摘要：目前能源紧张和能源利用率低的问题越来越严重，而低温甲醇洗工艺中高压富液能量浪费的现象己经引起科研人员的关注。针对这一现状，在低温甲醇洗工艺中加入以透平泵机组为核心的能量回收装置，并对该装置运行的回收系统进行研究。低温甲醇洗中能量回收装置是通过工艺过程中的高压液体做功，带动透平泵的转子旋转，从而实现能量的回收和利用。工艺中余压能量回收装置的应用，不仅可以实现能量的回收利用，同时也可以为企业带来良好的经济效益。
关键词：酸性气体;净化;低温甲醇洗;应用;进展
1.工艺特点
随着低温甲醇洗工艺的广泛应用，针对不同的原料和气化方法，Lurgi 公司和 Linde 公司又开发了多种工艺流程，通过对原有工艺的优化和设备的改进，使气体净化效率更高，能量利用更为充分和合理。
1．1 Lurgi 工艺
自 1954 年德国 Lurgi 公司在南非 Sasol 公司的合成燃料厂建成世界第 1 套低温甲醇洗装置以来，目前国外已有近百套装置投入运行。Lurgi 公司低温甲醇洗工艺流程为:气化-变换-脱硫-脱碳，变换在脱硫和脱碳之间。由于没有中间循环甲醇提供系统所需冷量，其冷量全部需要由整个生产装置的其他工艺过程提供。Lurgi 工艺的特点是 H 2 S、CO 2分塔吸收;原料气四级冷却，氨冷工序复杂;使用管壳式换热器，对 HCN 要求不高、换热器易于清洗;流程相对复杂、冷量消耗大、电耗较高。甲醇溶液由于吸收温度低，其循环量相对较大，与 Linde 工艺相比，能耗稍高，吸收塔的体积也较大。由于系统冷量由外部供给，使得操作调节相对灵活，并通过新型塔板的设计，提高了塔的操作弹性。公司新设计的低温甲醇洗装置将相关设备组合为一体，依靠液位和重力输送液体，减少了机泵和管道的数量，降低了装置投资费用。
1.2 Linde 工艺
Linde 公司低温甲醇洗的工艺流程是脱硫和脱碳一步进行，即脱硫后立即进行脱碳，两者之间没有变换过程，变换后选择性的一步脱硫脱碳。该工艺采用专利设备---高效绕管式换热器，因此提高了换热效率，特别是多股物流的组合换热，使设备布置更为紧凑，能耗更低并节省了占地。Linde 工艺的特点是 H 2 S、CO 2 单塔分段吸收;原料气一级预冷，氨冷简单;使用绕管式换热器，对 HCN 要求高、绕管换热器不易清洗;流程相对简单、冷量消耗较小。为了便于维修和清洗，该公司改进了高效绕管式换热器结构，改进后的换热器分为 2 部分，分别使用不同的材料制造。此外，针对生产中出现的问题，该公司还采取了以下改进措施:第一设置系统预洗段以除去原料气中的 NH 3 、HCN 等杂质;第二增大原料气分离器的容积，降低原料气进入系统的温度;第三是用甲醇水塔塔顶的高浓度甲醇蒸汽提浓，减少系统循环甲醇的带水量。
2.国内低温甲 醇洗工艺 的 相关研究
20世纪七十年代,我国开始了低温甲醇洗工艺的研究。在中国石化集团、上海化工研究院为代表的众多研究机构的努力下,成功的在低温甲醇洗工艺的基础理论研究,工艺计算,热量值计算等方面取得了重大成就,为我国低温甲醇洗工艺的发展奠定了重要基础。例如相比L执e公司研制的工艺,我国相关部门研发的采用六塔流程的低温甲醇洗工艺,可以大幅减少设备投资比。
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3.我国低温甲醉洗工艺的研究及其应用
3.1工艺研究及设备制造
国内对低温甲醇洗工艺的研究始于20世纪70年代，中国石化集团兰州设计院(简称兰州设计院)、中国石化集团南京化学工业有限公司研究院、浙江大学、上海化工研究院、大连理工大学、北京化工大学等单位在基础理论研究、化工工艺模拟计算、热力学和基础数据测定、气液平衡计算数学模型方面做了大量工作并取得一定进展。目前国内已有多套大型酸性气体净化装置采用了低温甲醇洗工艺，并在设计、施工、安装、操作等方面积累了丰富的经验。近年来，国内在低温甲醇洗工艺设备制造方面也取得了可喜的进步。大连冰山集团金州重型机器有限公司为上海焦化有限公司引进装置制造了包括塔器、换热器和分离罐等在内的23个种类的特大型成套设备。其中HzS浓缩塔、变换气吸收塔、煤气甲醇吸收塔等关键设备使用了3.5 Ni低温钢材料加工技术。
3．2 操作费用低
甲醇溶液具有良好的化学稳定性和热稳定性，黏度和腐蚀性小，不需加入消泡剂。采用低温甲醇洗工艺，虽然装置的一次性投资费用较高，但由于其能耗低，净化度高，技术经济性优于 NHD 工艺，因此目前新建装置大多选用该工艺。
4.低温甲醇洗工艺中能量回收方案
4.1透平泵的启动控制
为了保持透平泵性能的稳定并且延长透平泵的使用寿命，需要对透平泵的启动作一系列的调节，使得透平泵能有效暖机，并且转速能避免临界转速区间，防止透平转子振动过大，缩短透平泵的寿命。透平转速提升大概分为怠速、临界转速区间、可操作范围区间和过速。采用wwsos调速器作为启动时的控制器，调节透平稳定地经过各个阶段，以保证后续装置平稳运行，工艺正常生产。
4.2透平泵机组的整体结构
透平泵机组的整体结构包括能量回收主体(即透平泵的本体元件)，透平泵进出口的各个阀门以及压力检测的压力传感器以及在工艺流程中的闸阀、紧急切断阀和流量计等。
4.3润滑油系统部分
由于透平泵的推力轴承和中心轴承在转动时承受转子巨大的压力，所以推力轴承和中心轴承都要在充分润滑并且产生一定的油压状况下，才能开启透平泵，使转子转动。所以必须要有可靠的润滑油系统为透平泵持续不断地供油打压，而且压力必须高于一定的数值，这就要有相应的低油压报警设置。而当润滑油泵出现故障而不能提供充足油量和压力的情况下，就必须马上停止透平泵的运行，以减小中心轴承和推力轴承的磨损。
4.4联锁逻辑部分
由于改造后的富液能量回收系统是对原工艺的改进，回收原工艺能量，但是改造后的透平泵机组不能影响原工艺的正常运行，即当透平泵出现故障时，要有相应的安全联锁设计来保证切换到改造前的工艺流程中。
5. 结语
随着大型煤制合成氨、煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制天然气、煤制氢等装置的建设，作为新型煤化工的支柱技术之一的低温甲醇洗工艺将具有广阔的应用前景。目前国内采用的低温甲醇洗工艺大多数是引进技术，投资费用较高。为了降低成本、增强市场竞争力实现效益最大化，国内生产厂与科研院所应加强对该工艺的研究，注重自主创新、集成创新和引进消化吸收再创新，加大对该工艺的研发及技术改造力度，开发具有自主知识产权的国际一流水平的大型低温甲醇洗专有技术和设备，以降低成本，增强市场竞争力，不断提高装置的技术经济水平，并在生产实践中不断完善已实现国产化的低温甲醇洗装置。
参考文献：
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[4]齐少宁. 煤制甲醇基于温差贡献值ΔT_(con)的能效优化[D].天津大学,2014.
论文作者:李长春
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/24
标签：甲醇论文; 工艺论文; 低温论文; 装置论文; 换热器论文; 能量论文; 脱碳论文; 《防护工程》2017年第15期论文;