透平膨胀机在煤制乙二醇项目中的应用

作者:郭平利; 刊名:化工设计 上传者:黄永明

【摘要】以某煤化工项目为例,从技术方案的选择,设计分析及应用注意等方面介绍透平膨胀机在煤制乙二醇项目中的应用。

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2019,29( 2) 郭平利 透平膨胀机在煤制乙二醇项目中的应用 透平膨胀机在煤制乙二醇项目中的应用 郭平利* 华陆工程科技有限责任公司 西安 710065 摘要 以某煤化工项目为例,从技术方案的选择,设计分析及应用注意等方面介绍透平膨胀机在煤制乙 二醇项目中的应用。 关键词 透平膨胀机 制冷 煤制乙二醇 * 郭平利: 高级工程师。2002 年毕业于西北大学化学工程专业。从事化工工艺设计工作。联系电话: ( 029) 87988696,13519181522, E-mail: gpl1945@ chinahualueng. com。 煤制乙二醇项目以煤为原料,煤气化后经变换、低温甲醇洗、PSA 制氢制得乙二醇装置所需的 H2; 经热回收、低温甲醇洗、CO 深冷分离制得乙二醇装置所需的 CO。 煤气化有水煤浆气化、粉煤气化工艺。水煤浆气化压力有 8. 7MPa ( G) 、6. 5MPa ( G) 和4. 5MPa ( G) 三个压力等级,三种气化工艺经变换、低温甲醇洗后,至 PSA 制氢的原料气压力分别约 7. 45MPa ( G) 、5. 25MPa ( G) 、3. 25MPa ( G) 。近几年国内外几家乙二醇专利商要求的氢气压力基本在 3. 2~3. 5MPa ( G) 左右,PSA 制氢的压降一般≤0. 05MPa ( G) 。 这样若采用 8. 7MPa ( G) 或 6. 5MPa ( G) 的水煤浆气化工艺生产乙二醇所需的 H2,就要解决如何平衡气体压差的问题,利用好这个压差对整个装置的冷量消耗、能量消耗和全厂投资等有重要的意义。 本文以某煤化工项目为例,讲述透平膨胀机在煤制乙二醇项目的应用。 1 透平膨胀机相关概念 透平膨胀机利用气体在膨胀过程中动能的变化,输出机械功并制取冷量。有径流式、轴流式、径轴流式膨胀机等。适用于低压、小膨胀比、容积流量大的场合。 透平膨胀机等熵效率是透平膨胀机的实际焓降与理想等熵焓降之比。直接影响单位产冷量和总产冷量。它是衡量低温透平膨胀机性能的主要指标。透平膨胀机有效效率是在等熵效率的基础 上,考虑 跑 冷 损 失、外 泄 漏 损 失、机 械 损 失后,膨胀机输出的有效机械功率。它不影响产冷量,但却影响制动效率。有效效率是衡量动力回收用透平膨胀机热力性能的指标。 透平膨胀机的制冷量与发电量成正比关系,制冷量大,发电量大; 制冷量小,发电量小。 2 技术方案的选择 2. 1 采用透平膨胀机方案的确定 该项目以煤为原料,采用 6. 5MPa ( G) 水煤浆加压气化工艺,低温甲醇洗出口富氢气压力约5. 5MPa ( G) ,下游乙二醇要求氢气压力为 3. 5MPa ( G) ,PSA 制氢压力可在 5. 5MPa ( G) 和 3. 5MPa ( G) 之间进行选择。考虑到高压 PSA 制氢均压次数较多、程控阀密封要求高、国内运行业绩较少等原因,PSA 制氢操作压力选择 3. 5MPa ( G) 。因此系统需要减压,初步考虑两个方案: ( 1) 直接采用减压阀减压,流程简单、只设一套减压阀,设备投资少,但无能量回收利用。 ( 2) 采用透平膨胀机减压,流程复杂,设备投资高,但可产生冷量,同时发电,能量回收利用率高,运行成本小。 以低温甲醇洗出口富氢气,压力 5. 5MPa ( G) ,温度 30℃,减压 2. 0MPa ( G) 为例,规格见表 1。两个方案初步比较如表 2。 透平膨胀机为一次性投资,安装工程费、建筑工程费约占设备投资的 35%,工程费用约 2700 万元; 减压阀的工程费用与设备投资相

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