浅谈煤制乙二醇副产蒸汽的回收利用措施

浅谈煤制乙二醇副产蒸汽的回收利用措
施
摘要：乙二醇作为一种重要的有机化工原料，被广泛应用于生产聚酯产品。

目前，工业化生产乙二醇的方法主要为石油法路线及非石油法路线，非石油法路线主要是以煤为原料。

我国作为“贫油少气富煤”国家，随着国内乙二醇需求量增大，煤制乙二醇项目也在陆续上马，据统计截至2019年底煤制乙二醇投产企业共计20家，产能每年可达到484万t，在未来三年内大约还有700万t煤制乙二醇项目相继投产。

煤制乙二醇技术作为一项新兴技术，在生产乙二醇过程中存在着大量的低品位蒸汽，俗称乏汽，它们必须经过冷却降温之后进入除氧工艺。

其冷却方式通常为循环冷却水或空冷器，冷却成本(循环冷却水量或空冷器电耗)非常可观。

随着国家碳达峰和碳中和的提出，节能降耗成为企业的生命线。

如何提高蒸汽的利用率是煤制乙二醇节能降耗的一个重要途径。

本文就煤制乙二醇中蒸汽的综合利用进行简述探讨。

关键词：煤制；乙二醇；回收；措施
煤制乙二醇主要的生产装置包括煤气化装置（利用气化工艺制备粗煤气）、变换装置（在催化剂作用下反应得到所需配比的CO和H2）、煤气净化装置（利用低温甲醇洗工艺脱除粗煤气中的CO2和H2S气体）、有效气分离装置（分别利用深冷分离工艺和变压吸附工艺得到所需纯度的CO和H2）、合成装置（在特定工艺技术和催化剂作用下制备得粗乙二醇产品）、乙二醇精馏装置（制备得到聚酯级乙二醇产品）及辅助装置（供水装置、锅炉装置、空分装置等）。

其中，锅炉装置是利用燃料煤燃烧外送蒸汽为全系统提供热源和动力源，主要用于压缩机组的动力源、换热器热源、易结晶/易冻物料伴热等。

根据系统热量需求在进行热平衡设计时，为了满足不同工况下热源的供应，辅助系统应存在一定的余量。

在实际生产过程中，系统蒸汽平衡调节后，还存在一定量的放空蒸汽无法100%利用，会造成能源和资源浪费，也会增加生产现场噪声和污染。

此外，乙二醇生产
系统还存在其他热损失现象，如工艺除氧器乏汽放空和循环水换热后利用凉水塔
降温造成的热量损失等。

1、煤制乙二醇技术概述
乙二醇是最简单的二元醇，在PET材料生产、精细化工产品生产等方面有着
广泛的应用。

就目前来看，国内乙二醇市场呈现供不应求的状态，乙二醇的制备
工艺越来越受到关注。

目前，高化学的煤制乙二醇技术，DMO合成反应器移热产
生的副产蒸汽由于温度偏低，只有一部分被用作预热循环气的加热蒸汽，其余副
产蒸汽利用空冷器或循环水进行冷却为蒸汽凝液。

这样既增加了设备投资和生产
成本，又浪费了低位热能。

从国际形势方面，如今石油价格持续偏低，煤制乙二
醇投资、生产成本过高等原因，使得部分煤制乙二醇企业停产。

如果将这部分蒸
汽很好地利用，可以有效解决生产低位热能综合利用问题，从而使企业获得一定
的经济效益。

2、煤制乙二醇生产中蒸汽的来源
（1）DMO合成反应器反应热：在该工艺中CO合成草酸二甲酯过程中DMO反
应器汽包会产生大量蒸汽。

据统计每产1t乙二醇折合DMO反应器汽包产生
1.44t0.14～0.28MPa蒸汽。

按60万吨产能计算，每年光DMO合成浪费掉的蒸汽
约为86.4万吨。

（2）EG合成反应热：在草酸二甲酯加氢过程中EG合成汽包会产生大量的蒸汽。

据统计每生产1t乙二醇，EG合成汽包会产生0.83t0.14～0.28MPa蒸汽。

按60万吨产能计算，每年浪费掉的蒸汽约为49.8万吨。

（3）EG精馏中塔顶废锅：EG精馏过程中精馏塔塔顶废锅产生大量的蒸汽。

据统计每生产1t乙二醇EG精馏蒸汽锅炉将产生1.6t蒸汽。

按60万吨产能计算，每年浪费96万吨蒸汽。

3、煤制乙二醇生产中蒸汽回收措施
3.1、蒸汽发电
将系统平衡调节后的蒸汽放空部分，增加蒸汽发电装置，所发电量供系统内
部电气设备使用，降低项目电耗，同时回收蒸汽冷凝液，降低项目水耗。

汽轮机
发电机组进口设计压力调节阀可保证管网压力稳定，同时保证机组进口压力的稳
定性；发电机组可采用复合空冷系统，即直接空冷+蒸发冷冷凝，不增加项目循
环水耗量；蒸汽冷凝液排至凝结水箱，由凝结水泵升压送至系统冷凝液管网进行
回收。

根据不同放空量，设置2.6~5.8MW（对应蒸汽放空量约为25～50t/h，压
力为0.5MPa，温度为158℃）的机组，满足夏季、冬季不同放空量下蒸汽的回收，同时回收蒸汽冷凝液，有效降低项目一次水消耗和电耗。

3.2、蒸汽制冷
对于系统平衡调节造成的放空蒸汽，可利用蒸汽制冷的方式对能源和资源进
行回收，制备的冷量可用于乙二醇精馏装置或者低温甲醇洗装置。

20万t/a乙二
醇项目所需冷量有2处。

（1）乙二醇精馏装置，冷量需求量为800kW，由乙二醇
冰机提供，制冷介质为液氨。

（2）低温甲醇洗装置，该装置主要是利用液氨降
低循环甲醇，甲醇吸收去除合成气中的CO2和H2S，冷量需求量为2550kW。

2处
机组利用电机带动机组制冷，耗电量约为2200kW·h/h。

增加1套蒸汽制冷装置，回收能量的同时还满足系统冷量的需求。

选择合适的制冷工质，按照25～50t/h （0.5MPa，158℃）放空蒸汽考虑，制冷量可达2150～4300kW，冷冻介质温度达
到-20℃，可满足乙二醇精馏或低温甲醇洗冷量的需求。

新增加一套制冷机组，
耗电量仅约为200kW（对应制冷量4300kW）。

相较于电机电动压缩机组制冷，耗
电量可降低2000kW，有效降低电耗的同时，还可回收蒸汽冷凝液，进一步降低项
目消耗和成本。

3.3、除氧器乏汽回收
乙二醇合成系统的工艺除氧器主要用于全系统废锅的锅炉给水和汽包给水。

除氧器利用0.5MPa饱和蒸汽对脱盐水进行热力除氧，除氧后的蒸汽经放空阀对
空外排，造成热量和水资源浪费，同时污染生产现场环境。

可利用增加乏汽回收
装置对水资源进行回收，达到节能降耗的目的。

除氧器乏汽回收装置利用系统中
具有一定剩余压力的蒸汽作为动力，使流体产生射吸流动，同时进行水与乏汽的
热与质直接混合，使低温流体被加热，并在后续过程中，恢复加热后的流体压力，
进入系统维持连续流动。

除氧器乏汽回收装置中设有多个文丘里吸射混合装置，
水汽通过吸射器后，得到充分混合。

混合温度可通过调整进水量大小来完成。

混
合冷却水进入气液分离罐，分离罐输出凝结水回收至系统冷凝液储罐，分离出的
空气减压排出。

4、煤制乙二醇生产中蒸汽的利用
4.1、使用热泵系统制冷或制热
煤制乙二醇工艺中会使用到冷冻液，而煤制乙二醇生产中存在较多的低温热源，采用低温热源驱动第二类制冷机，不但可以减少制冷所消耗的动力电还能减
少冷却低温介质所需的能耗。

采用低温热源驱动第二类热泵可以获得较高品位的
蒸汽，可以直接并入蒸汽管网。

4.2、预热原料或精馏塔塔釜加热
在DMO合成中，可以利用汽包副产蒸汽预热反应器进口原料气。

从而实现回
收利用部分低品位蒸汽，同时降低蒸汽消耗。

据统计此项措施可节约预热蒸汽50%。

在53精馏中脱醇塔和产品塔废锅蒸汽可用于甲醇回收塔塔釜加热源，可以
回收部分蒸汽。

但此方法在主再沸器负荷较高的情况下会造成乏汽回收不畅，从
而导致飞锅压力持续升高影响产品品质。

4.3、低温余热ORC发电技术
ORC发电技术ORC发电技术采用低沸点有机工质进行闭式热力循环，将低品
位热能转化为高品质电能。

通过合理选择有机工质，可在较低温度下获得一定压
力的工质蒸汽，从而推动膨胀机做功，因此特别适合中低品位余热的回收利用。

中盐安徽红四方股份有限公司30万吨煤制乙二醇，使用流量50t/h，温度108℃，的蒸汽余热发电，每年直接发电效益高达1327.7万元。

结束语
总而言之。

煤制乙二醇在生产乙二醇过程中存在着大量的乏汽，通过循环冷
却水或空冷器，已成为过去时。

随着国家碳达峰和碳中和的提出，节能降耗成为
企业的生命线。

节能降耗成为化工企业的重中之重，企业只能不断通过技术创新，不断的降低产品能耗的同时提高低品位能源的利用才能在未来激烈的市场竞争和
碳达峰的大环境中处于不败之地。

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