煤氣化輸煤CO₂壓縮工藝方案研究

韓建寧 何龍

摘要：文章先分析了甲醇脫除方案，包括二氧化碳?xì)鈽?gòu)成以及排放環(huán)保要求、甲醇脫除方案、水洗方案，隨后介紹了二氧化碳?jí)嚎s機(jī)選型，包括二氧化碳?jí)嚎s機(jī)選型、選型方案對(duì)比分析、最終選擇，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。

關(guān)鍵詞：煤氣化輸煤;二氧化碳;壓縮工藝

引言：煤氣化相關(guān)工藝流程主要是把原煤進(jìn)行磨碎，隨后進(jìn)行干燥，通過高壓氣體實(shí)施加壓處理，通過氣化爐以及給料罐壓差，傳輸至氣化爐內(nèi)實(shí)施氣化反應(yīng)，并形成合成氣。其中二氧化碳?jí)嚎s工藝在整個(gè)生產(chǎn)流程中占據(jù)重要作用，會(huì)影響最終的煤制油效果，為此需要提高重視，采取有效措施，不斷優(yōu)化煤氣化輸煤二氧化碳?jí)嚎s工藝，提高煤制油整體水平。

一、甲醇脫除方案

（一）二氧化碳?xì)鈽?gòu)成和排放環(huán)保要求

某個(gè)煤制乙醇相關(guān)項(xiàng)目中，低溫條件下的甲醇洗制造出來的二氧化碳產(chǎn)品氣構(gòu)成元素如表1所示：

因?yàn)闅饣瘑卧校趸細(xì)饬渴敲啃r(shí)32000立方米，把表內(nèi)甲醇容量換算為質(zhì)量濃度后，是每立方米378毫克，由此能夠發(fā)現(xiàn)，相關(guān)數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出每立方米50毫克的環(huán)保要求，為此需要在經(jīng)過科學(xué)處理后，才能順利排放。

（二）甲醇脫除措施

當(dāng)下所應(yīng)用的甲醇脫除法主要可以分成兩種類型，分別是化學(xué)法和物理法。其中物理法是以物理原理為基礎(chǔ)，順利去除二氧化碳內(nèi)甲醇，包括膜分離、吸附法、水系法等。至于化學(xué)法主要是以化學(xué)原理為基礎(chǔ)，將二氧化碳內(nèi)所含的甲醇元素順利去除，通常會(huì)應(yīng)用催化燃燒方法。水洗法則是利用脫鹽水通過板式塔和填料塔針對(duì)二氧化碳實(shí)施徹底洗滌，并通過水來吸收內(nèi)部甲醇。該種方法整體工藝流程較為簡(jiǎn)單，投資少，但水洗過后容易出現(xiàn)二氧化碳帶飽和水問題，此外，結(jié)合天氣需求，水洗后二氧化碳過熱，會(huì)消耗大量能耗。吸附法主要是通過分篩針對(duì)氣相內(nèi)雜質(zhì)實(shí)施脫除吸附，常用方法包括變溫吸附法、變壓吸附法等，該種技術(shù)具有較高的產(chǎn)品回收率、適用范圍相對(duì)較廣，穩(wěn)定可靠，但在二氧化碳脫甲醇過程中，占地面積較大，前期需要進(jìn)行大量投資。膜分離法針對(duì)大氣量進(jìn)行處理過程中，存在明顯限制，為此針對(duì)此次項(xiàng)目中每小時(shí)32000立方米的二氧化碳，同時(shí)所含甲醇容量相對(duì)較低的狀況下，并不適用。催化燃燒法主要是通過貴金屬催化劑，把二氧化碳內(nèi)少量碳?xì)浠衔镆约耙谎趸己蜌錃獾瓤扇汲煞郑ㄟ^氧化和催化處理后形成水和二氧化碳。該種技術(shù)廣泛應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中，適合大容量尾氣治理，操作簡(jiǎn)便、流程較短，能耗較低，但前期需要進(jìn)行大量投資，特別是需要定期更新金屬催化劑[1]。

（三）水洗方案

對(duì)多種甲醇脫除技術(shù)進(jìn)行綜合考量，聯(lián)系項(xiàng)目投資較緊的實(shí)際狀況。此次項(xiàng)目中可以選擇水洗法順利去除甲醇。而水洗法實(shí)施過程中，相關(guān)水洗塔分布位置，可以設(shè)置于壓縮機(jī)級(jí)間以及機(jī)前位置，或選擇在氣化單員以及壓縮之后，相位位置上設(shè)置會(huì)影響方案實(shí)施。

壓縮前進(jìn)行水洗操作，因?yàn)槎趸級(jí)毫ο鄬?duì)較低，所以需要對(duì)壓力降進(jìn)行合理控制，因?yàn)樗此w設(shè)備型號(hào)尺寸相對(duì)較大。同時(shí)二氧化碳經(jīng)過水洗后，氣體內(nèi)部存在飽和水成分，為此在通過干燥后，才能將其順利輸入壓縮機(jī)內(nèi)，項(xiàng)目投資進(jìn)一步擴(kuò)大。壓縮機(jī)實(shí)施級(jí)間水洗過程中，依然面臨氣相帶水問題，此外，氣相水量的擴(kuò)大也會(huì)影響壓縮機(jī)運(yùn)行中的動(dòng)平衡問題，會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。某些項(xiàng)目在實(shí)施氣化輸煤后，利用小布袋來采集廢氣，并將其傳輸?shù)降蜏丶状紖^(qū)域，通過洗尾氣水系塔實(shí)施水洗操作，通過全面考察后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)。

選擇壓縮機(jī)后，對(duì)水洗塔進(jìn)行設(shè)置屬于一種合理選擇，相關(guān)流程是低溫甲醇洗后形成的低壓二氧化碳，通過壓縮機(jī)實(shí)施增壓處理，水冷器進(jìn)行冷卻，水洗塔內(nèi)實(shí)施脫除甲醇，最后經(jīng)過復(fù)熱后，達(dá)到氣化單元中的100攝氏度的制定溫度要求，從界區(qū)內(nèi)傳送出去。通過PROII軟件模擬計(jì)算相關(guān)運(yùn)行流程，二氧化碳經(jīng)過水洗處理后，內(nèi)部甲醇含量進(jìn)一步降低到每立方米0.5毫克以下，滿足相應(yīng)的環(huán)保要求。此外，低于100攝氏度的氣相露點(diǎn)是41攝氏度，符合氣化單元相關(guān)二氧化碳?xì)饴饵c(diǎn)小于60攝氏度的條件要求。

二、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)的選型

（一）二氧化碳?jí)嚎s機(jī)選型

從低溫甲醇洗環(huán)節(jié)出來的二氧化碳產(chǎn)品整體氣壓力相對(duì)較低，為此應(yīng)該通過壓縮機(jī)實(shí)施壓縮處理后，才能順利傳送到氣化環(huán)節(jié)輸煤。由此能夠看出二氧化碳?jí)嚎s機(jī)選擇的重要性，實(shí)際運(yùn)行中，如果出現(xiàn)故障問題，而導(dǎo)致停機(jī)現(xiàn)象，則會(huì)對(duì)氣化爐的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生直接影響，嚴(yán)重的情況下，還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)裝置直接停產(chǎn)，為此應(yīng)該盡量選擇具有較高穩(wěn)定性和可靠性的二氧化碳?jí)嚎s裝置。通過研究后，初步提出以下三種方案實(shí)施對(duì)比分析，從而得到合理方案[2]。

第一個(gè)方案是，每小時(shí)32000立方米的二氧化碳?xì)怏w通過某一單軸離心壓縮機(jī)組進(jìn)行處理，在壓縮到5.5MPAG，并實(shí)施水系脫除甲醇后，將其中每小時(shí)22000立方米的氣體進(jìn)行復(fù)熱，溫度達(dá)到100攝氏度后，充當(dāng)輸煤氣，傳輸至氣化單元內(nèi)。將每小時(shí)10000立方米氣體傳輸至往復(fù)機(jī)內(nèi)，進(jìn)行處理壓縮到7.4MPAG，隨后充當(dāng)鎖斗氣，傳輸至氣化單元，相關(guān)運(yùn)行流程如圖1所示：

第二個(gè)方案：選擇一個(gè)單軸雙缸離心壓縮機(jī)組，級(jí)間抽取每小時(shí)22000立方米，5.5MPAG二氧化碳在實(shí)施水洗脫除甲醇后，進(jìn)行復(fù)熱，達(dá)到100攝氏度后，充當(dāng)輸煤氣傳送到氣化單元。而壓縮機(jī)末級(jí)按照每小時(shí)10000立方米氣體壓縮到7.4MPAG后，通過水洗，將甲醇脫除，復(fù)熱到100攝氏度，充當(dāng)鎖斗氣，傳送到氣化單元內(nèi)，相關(guān)操作流程如圖2所示：

第三個(gè)方案，是選擇一個(gè)多軸離心壓縮機(jī)組，相關(guān)壓縮流程如方案二。通過前期和相關(guān)壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家之間進(jìn)行詢價(jià)、交流、模擬計(jì)算，對(duì)三種方案投資和能耗對(duì)比進(jìn)行分析，具體如表2所示：

（二）選型方案對(duì)比分析

第一個(gè)方案主要是選擇兩臺(tái)往復(fù)機(jī)和一個(gè)單缸的離心壓縮機(jī)，相關(guān)工藝投資數(shù)量少、占地面積小、所需設(shè)備少，但因?yàn)橥鶑?fù)壓縮機(jī)整體結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，基于交變荷載影響下，導(dǎo)致其在實(shí)際運(yùn)行中存在較高的故障幾率，容易在壓縮機(jī)影響下，而無法正常操作，此外，壓縮機(jī)在后期應(yīng)用中還需要花費(fèi)大量維護(hù)成本。第二個(gè)方案以及第三個(gè)方案全部是應(yīng)用一個(gè)離心壓縮機(jī)，主要區(qū)別是多軸壓縮以及單軸壓縮。通過分析表達(dá)能夠發(fā)現(xiàn)，多軸壓縮機(jī)和單軸壓縮機(jī)相比更為節(jié)能，因?yàn)槎噍S壓縮主要是逐級(jí)冷卻方法，和等溫壓縮接近，整體能耗相對(duì)較低，單軸壓縮存在較長(zhǎng)軸系，無法實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，而多軸壓縮機(jī)主要是進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，整體阻損相對(duì)較小。此外多軸壓縮裝置結(jié)構(gòu)較為緊湊，所占面積較小。和第一個(gè)方案相比，第二和第三個(gè)方案設(shè)備數(shù)量進(jìn)一步擴(kuò)大，相關(guān)同時(shí)投資資金也進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)在三種方案中，第三個(gè)投資方案的壓縮機(jī)投入資金數(shù)量最多，為此需聯(lián)系項(xiàng)目投資預(yù)算，綜合考慮如何選擇。

（三）最終選擇

結(jié)合上述內(nèi)容分析，如果不鼓勵(lì)投資，單純從運(yùn)行能耗、后期維護(hù)、可靠性和安全性等方面分析，可以選擇催化燃燒法或分子篩吸附法進(jìn)行二氧化碳的甲醇脫除處理。選擇一個(gè)多軸壓縮機(jī)充當(dāng)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)[3]。

結(jié)語：綜上所述，在煤氣化工程中，二氧化碳?jí)嚎s工藝占據(jù)重要地位，能夠?qū)笃诿褐朴蜕a(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，為此需要提高重視，結(jié)合相關(guān)工藝特征，優(yōu)化設(shè)計(jì)壓縮方案，合理選擇壓縮設(shè)備，進(jìn)而促進(jìn)二氧化碳?jí)嚎s工藝的有效提升，完善煤氣化工藝流程。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁安，陳翠.水煤漿氣化裝置中黑水調(diào)節(jié)閥損壞原因分析與改進(jìn)方案[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2020（04）：96-99.

[2]柳政根，周渝生.基于LCA的煤制氣-氣基豎爐-電爐短流程和高爐-轉(zhuǎn)爐流程環(huán)境影響分析[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2020，32（07）：577-583.

[3]方嘯.新型粉煤氣化成套技術(shù)的配儲(chǔ)煤工藝研究與設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018（09）：40-43+45.