煤制合成天然气甲烷化工序换热网络设计与优化.pdf

第 5期 (总第 174期) 煤 化 工 No．5(TotalNo．174) 2014年 10月 CoalChemicalIndus Oct．2014 煤制合成天然气 甲烷化工序换热网络设计与优化 卢 彦，朱玉营，石 剑，黄 萍 (航天长征化学工程股份有限公司，北京 100176) 摘 要 利用Linnhoff夹点技术 ，对煤制合成天然气过程中甲烷化工序的换热网络问题进行了分析 ，通过 建立问题表 、绘制温焓图，寻找夹点；引入低温锅炉给水代替部分冷却水 ，减少冷公用工程消耗，副产低压饱和 蒸汽，回收过程余热 ，提高了能量综合利用效率。 关键词 煤制合成天然气，甲烷化，夹点技术，换热网络 文章编号：1005—9598(2014)-05—0011-04 中图分类号 ：TQ021．8 文献标识码 ：A 伴随社会经济快速增长 ，我国正面临严重的环境 1 换热网络系统建立 和能源危机。天然气作为一种优质 、高效、清洁的能源 产品，需求量不断攀升 ，据统计 ，2013年我国天然气 该合成天然气工程采用多级固定床反应器完成 表观消费量为 l692亿m3，预计2015年将达到 2500亿 甲烷化反应 ，每小时副产 540oC、10MPa高压过热蒸 Tn3。我国富煤、贫油 、少气的能源结构导致天然气市场 汽 90t。为避免催化剂烧结 、失活，在各级反应器间设 供应紧张 ，2013年天然气进 口总量约为 534亿 m。，化 置余热锅炉冷却反应气 ，同时回收热量。工艺流程如 石燃料资源的优化配置和综合利用迫在眉睫。利用相 图 1所示 ，各级反应器及分离器入 口、出口物流的温 对丰富的煤炭资源制备合成天然气 (SyntheticNatu— 度见表 1。根据图 1及表 1提取换热物流 ，建立换热 ralGas，SNG)替代天然气或城市煤气 ，可大幅提高煤 网络系统 ，如表 2所示。 炭利用率 ，扩大天然气产能，缓解天然气市场供需困 境，对我国的能源安全和大气环境保护具有重要战略 意义 [。 煤制合成天然气工艺路线简单 ，以航天粉煤加压 气化 (HT—L)技术生产 SNG流程为例 ，粉煤气化后产生 粗煤气 ，经变换单元调节C／H、脱硫脱碳净化后，净化 气进入 甲烷化单元 ，在催化剂作用下发生强放热反 应 ：C0+3H2--CH4+H20(AH 一206kJ／mo1)，CO2+4H2—CH4+ 2H20(AH=一165kJ／mo1)。甲烷化过程释放的反应热高 达合成气总热值的20％，因此 ，甲烷化工序 的能量综 图1 煤制合成天然气 甲烷化工序工艺流程示意图 合利用效率对全厂的能耗评价具有决定性作用 [2J。 表 1 各级反应器，分离器入 口、出口温度 Linnhoff夹点技术是一种有效的过程系统节能 反应器 温度 ／℃ 反应器 温度 ／℃ 优化设计方法，广泛应用于工业节能领域 [。本文以 ／分离器 人 口 出口 ／分离器 人 口 出口 国内某 2亿 nl。／a合成天然气工程为例 ，构建甲烷化 R1 259 682 R4 300 378 过程换热网络 ，采用夹点技术进行换热网络设计 ，最 R2 263 670 R5 230 295 终获得较优的能量回收方案。 R3 310 524 R6 7O 70 收稿 日期：2014—05—12 作者简介：卢 彦 (1983一 )，女，天津 ，工程师 ，硕士 ，2005年本科毕业于天津理工大学化学工程与工艺专业 ，现从事煤化 工工艺方面工作，E-mail：luyan041@163．com。 12