蔣 凱

（廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037001）

0 引言

煤制甲醇裝置節(jié)能改造中常用技術(shù)為夾點(diǎn)技術(shù)，此技術(shù)主要用于換熱網(wǎng)絡(luò)、精餾塔用能、精餾塔塔系熱集成的優(yōu)化分析，并在應(yīng)用中取得較好的應(yīng)用成效[1]。據(jù)此，以換熱網(wǎng)絡(luò)作為節(jié)能改造對(duì)象，通過(guò)夾點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造分析，獲取具有可行性的節(jié)能改造方案，將具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 煤制甲醇裝置數(shù)據(jù)提取

通過(guò)Aspen Plus 軟件中的能量分析模塊導(dǎo)入煤制甲醇裝置具體運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過(guò)軟件實(shí)施煤制甲醇裝置流量分析，最終獲取到煤制甲醇裝置的熱物流和冷物流分別為7 股和5 股。

1）熱物流：包括循環(huán)水、變換合成氣冷卻、粗合成氣預(yù)冷、T0107 塔頂冷凝、二氧化碳一段/二段/三段冷卻、粗甲醇冷卻、甲醇吸收液冷卻、粗硫化氫冷卻變換器出口冷卻。

2）冷物流：水蒸氣預(yù)熱、合成器預(yù)熱、空氣預(yù)熱、循環(huán)器預(yù)熱、T0106/T0104/T0103/T010/塔底再沸。

數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，于Aspen Plus 軟件中形成煤制甲醇裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)模型。

3）煤制甲醇裝置的公用工程冷卻水和加熱爐燃料費(fèi)用及參數(shù)如表1 所示。

表1 公用工程費(fèi)用及參數(shù)

根據(jù)以上公用工程費(fèi)用及參數(shù)，通過(guò)軟件實(shí)施煤制甲醇裝置管殼式換熱單元費(fèi)用計(jì)算，具體計(jì)算過(guò)程中將管殼式換熱單元的投資回報(bào)率設(shè)置為10%，具體設(shè)備壽命設(shè)置為5 a，聯(lián)運(yùn)行時(shí)間為8 400 h，則管殼式換熱單元的年費(fèi)用為192 493 元。同樣對(duì)加熱爐進(jìn)行費(fèi)用計(jì)算，進(jìn)而獲取到加熱爐的年費(fèi)用為13 293 100 元。

2 煤制甲醇裝置節(jié)能改造能量目標(biāo)

煤制甲醇裝置的過(guò)程物流主要包括冷物流和熱物流兩部分，根據(jù)煤制甲醇裝置的實(shí)際過(guò)程物流特點(diǎn)，將其冷物流和熱物流組合成冷熱組合曲線(xiàn)，并通過(guò)溫度-焓圖進(jìn)行表示。

煤制甲醇裝置的最優(yōu)夾點(diǎn)溫度差需要對(duì)操作費(fèi)用和投資費(fèi)用進(jìn)行合理確定。但考慮到此種綜合分析結(jié)果大多適用于理論分析過(guò)程，而工程實(shí)踐分析中則常用經(jīng)驗(yàn)分析法[2-3]，所以基于理論和實(shí)踐分析后，最終確定最優(yōu)夾點(diǎn)溫度差為10 ℃，以此夾點(diǎn)溫度差繪制煤制甲醇裝置的冷熱組合曲線(xiàn)和總組合曲線(xiàn)如圖1和圖2 所示。

圖1 煤制甲醇裝置冷熱組合曲線(xiàn)

圖2 煤制甲醇裝置總組合曲線(xiàn)

由圖1 和圖2 可知，煤制甲醇裝置的節(jié)能改造目標(biāo)是一種閾值問(wèn)題，其冷公用工程目標(biāo)熱負(fù)荷為138.62 MW。

3 煤制甲醇裝置的節(jié)能改造分析

3.1 改造思路

煤制甲醇裝置的具體改造思路如下：

1）利用T0107 塔頂冷凝的熱量依次加熱T0104塔底再沸、T0103 塔底再沸、水蒸氣預(yù)熱、合成氣預(yù)熱。

2）利用變換器出口冷卻的熱量依次加熱T0106塔底再沸、循環(huán)器預(yù)熱[4]。

3）利用變換合成氣冷卻的熱量依次加熱合成氣預(yù)熱、水蒸氣預(yù)熱、T0103 塔底再沸。

4）對(duì)煤制甲醇裝置全流程工程進(jìn)行繼續(xù)改造，在不影響裝置正常運(yùn)行情況下實(shí)現(xiàn)裝置余熱的最大化余量。對(duì)于無(wú)法通過(guò)工藝流程提供熱量結(jié)構(gòu)，則采用公用工程進(jìn)行熱量供應(yīng)。

3.2 改造步驟

煤制甲醇裝置的具體改造步驟如下：

1）利用T0107 塔頂冷凝熱量：在熱物流和冷物流之間增設(shè)負(fù)荷為10.80 MW 的換熱器實(shí)施熱物流和冷物流換熱，換熱后熱物流和冷物流溫度分別從95.32 ℃和55.62 ℃變?yōu)?5.27 ℃和69.27 ℃；另在熱物流和冷物流之間增設(shè)負(fù)荷為37.39 MW、3.664 MW、5.096 MW 的換熱器實(shí)施熱物流和冷物流換熱，換熱后熱物流和冷物流溫度分別從95.27 ℃和70.82 ℃變?yōu)?5.18 ℃和70.96 ℃、從95.18 ℃和50 ℃變?yōu)?5.17℃和85.17 ℃、從95.17 ℃和20.16 ℃變?yōu)?5.16 ℃和85.17 ℃。

2）利用變換器出口冷卻熱量：在熱物流和冷物流之間增設(shè)負(fù)荷為22.01 MW 的換熱器實(shí)施熱物流和冷物流換熱，換熱后熱物流和冷物流溫度分別從500 ℃和188.3 ℃變?yōu)?97.2 ℃和189.6 ℃；另在熱物流和冷物流之間增設(shè)負(fù)荷為0.04 MW、0.01 MW 的換熱器實(shí)施熱物流和冷物流換熱，換熱后熱物流和冷物流溫度分別從297.2 ℃和154.3 ℃變?yōu)?96.9 ℃和156.1 ℃、從297.1 ℃和174.7 ℃變?yōu)?97 ℃和200 ℃。

3）利用變換合成氣冷卻熱量：在熱物流和冷物流之間增設(shè)負(fù)荷為17.12 MW 的換熱器實(shí)施熱物流和冷物流換熱，換熱后熱物流和冷物流溫度分別從371.8 ℃和85.17 ℃變?yōu)?68.5 ℃和270 ℃；另在熱物流和冷物流之間增設(shè)負(fù)荷為18.39 MW、2.894 MW 的換熱器實(shí)施熱物流和冷物流換熱，換熱后熱物流和冷物流溫度分別從268.5 ℃和85.17 ℃變?yōu)? 547.5 ℃和249.9 ℃、從157.5 ℃和74.47 ℃變?yōu)?40 ℃和2.894 ℃。

4）利用循環(huán)水熱量：在熱物流和冷物流之間增設(shè)負(fù)荷為2.627 MW 的換熱器實(shí)施熱物流和冷物流換熱，換熱后熱物流和冷物流溫度分別從1 370 ℃和156.1 ℃變?yōu)? 188 ℃和270 ℃；另在熱物流和冷物流之間增設(shè)負(fù)荷為16.41 MW、8.924 MW 的換熱器實(shí)施熱物流和冷物流換熱，換熱后熱物流和冷物流溫度分別從1 188 ℃和69.27 ℃變?yōu)?52.9 ℃和71.22 ℃、從252.9 ℃和135.5 ℃變?yōu)?45.5 ℃和147.6 ℃。

5）匹配冷物流：對(duì)于無(wú)法通過(guò)工藝流程提供熱量結(jié)構(gòu)，則采用公用工程進(jìn)行熱量供應(yīng)[5]。

3.3 改造結(jié)果

根據(jù)煤制甲醇裝置改造思路對(duì)整個(gè)裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行節(jié)能改造。在完成節(jié)能改造后，整個(gè)換熱網(wǎng)絡(luò)中共設(shè)置為13 個(gè)冷卻器、15 個(gè)換熱器以及1 個(gè)加熱器，煤制甲醇裝置節(jié)能改造前后的公用工程熱負(fù)荷如表2 所示。

表2 煤制甲醇裝置節(jié)能改造前后公用工程用量

由表2 可知，在煤制甲醇裝置節(jié)能改造完成后，裝置中換熱網(wǎng)絡(luò)的冷公用工程熱負(fù)荷為141.2 MW，相較于節(jié)能改造前的冷公用工程熱負(fù)荷317.4 MW 來(lái)說(shuō)，下降176.2 MW，節(jié)能55.51%；裝置中換熱網(wǎng)絡(luò)的熱公用工程熱負(fù)荷為2.593 MW，相較于節(jié)能改造前的熱公用工程熱負(fù)荷178.8 MW 來(lái)說(shuō)，下降176.207 MW，節(jié)能98.55%.總體來(lái)說(shuō)，節(jié)能改造后的煤制甲醇裝置節(jié)能效果較為優(yōu)異，已經(jīng)可以滿(mǎn)足煤制甲醇裝置換熱網(wǎng)絡(luò)節(jié)能改造目標(biāo)。

4 煤制甲醇裝置節(jié)能改造的工程應(yīng)用

將煤制甲醇裝置節(jié)能改造方案應(yīng)用于某煤制甲醇生產(chǎn)項(xiàng)目，并在裝置節(jié)能改造優(yōu)化后，實(shí)施節(jié)能改造優(yōu)化前后煤制甲醇裝置的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用對(duì)比，具體對(duì)比結(jié)果如表3 所示。

表3 煤制甲醇裝置節(jié)能改造前后經(jīng)濟(jì)費(fèi)用對(duì)比

如表3 所示，相較于節(jié)能改造前，節(jié)能改造后煤制甲醇裝置的總費(fèi)用從4 250 萬(wàn)元/a 下降至2 690 萬(wàn)元/a，下降1 560 萬(wàn)元/a，下降幅度為36.71%，證明此煤制甲醇裝置節(jié)能改造經(jīng)濟(jì)形成較高。

5 結(jié)語(yǔ)

基于煤制甲醇裝置的基本數(shù)據(jù)信息，介紹一種煤制甲醇裝置的節(jié)能改造方案。具體節(jié)能改造方案分析過(guò)程中引入Aspen Plus 軟件和夾點(diǎn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)煤制甲醇裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)改造優(yōu)化。結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)踐來(lái)看，節(jié)能改造后的煤制甲醇裝置綜合經(jīng)濟(jì)效益較高，因而可在后續(xù)煤制甲醇裝置節(jié)能改造中進(jìn)行參考應(yīng)用。