2000t／d甲醇裝置工藝系統(tǒng)運行優(yōu)化

陳 巖 毛司理 胡 明

（中海石油化學(xué)股份有限公司 海南東方572600）

2000t／d甲醇裝置工藝系統(tǒng)運行優(yōu)化

陳 巖 毛司理 胡 明

（中海石油化學(xué)股份有限公司 海南東方572600）

中海石油建滔化工有限公司（以下簡稱建滔公司）2000t／d甲醇裝置采用德國魯奇公司甲醇工藝技術(shù)，以高CO2含量和高N2含量的天然氣為原料，經(jīng)過蒸汽一段轉(zhuǎn)化制得適合生產(chǎn)甲醇的合成氣，再經(jīng)壓縮、魯奇水冷式甲醇合成塔反應(yīng)、精餾等工序產(chǎn)出優(yōu)等品標準的精甲醇。該天然氣制甲醇裝置于2006年9月投產(chǎn)，隨著操作人員對該工藝掌握程度的提高，同時根據(jù)生產(chǎn)工況的不斷變化，對工藝操作指標進行了一系列調(diào)整，并對操作規(guī)程進行多次優(yōu)化，在工藝指標調(diào)節(jié)及操作細化上逐漸形成了特有的思路，達到甲醇穩(wěn)定生產(chǎn)、增產(chǎn)降耗的目的。針對天然氣制甲醇工藝特點，從核心轉(zhuǎn)化和合成2個重要工序入手，重點闡述操作工藝指標的優(yōu)化。

1 水碳比的優(yōu)化

天然氣（甲烷）蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程很復(fù)雜，但主要為蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)和一氧化碳的變換反應(yīng)：

在一定的條件下，天然氣（甲烷）蒸汽轉(zhuǎn)化過程中可能發(fā)生析碳反應(yīng)：

對于甲烷的同系物，例如乙烷、丙烷、丁烷等，與蒸汽的轉(zhuǎn)化反應(yīng)可在較低溫度下進行，反應(yīng)通式如下：

水碳比是指加入轉(zhuǎn)化爐的水蒸氣分子數(shù)與加入的烴的碳原子數(shù)之比。建滔公司的甲醇裝置水碳比設(shè)計值為2.55，在正常生產(chǎn)中，提高水碳比有利于甲烷轉(zhuǎn)化，而且對抑制析碳也是有利的；但水碳比的提高，意味著蒸汽消耗增加，多余的水蒸氣同樣也要在爐管中升溫，致使能耗增加，爐管熱負荷提高。因此，在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)盡可能降低水碳比。在系統(tǒng)負荷為100%、組分及轉(zhuǎn)化爐出口溫度等參數(shù)大致不變情況下，不同水碳比精甲醇產(chǎn)量及消耗對比見表1。

表1 不同水碳比精甲醇產(chǎn)量及消耗對比

由表1可知：在設(shè)計指標范圍內(nèi)，降低水碳比對提高甲醇產(chǎn)量有積極作用；特別是水碳比降低時，噸甲醇天然氣消耗也隨之降低。在日常操作中，根據(jù)爐管溫度、催化劑的運行情況，水碳比應(yīng)控制在2.60～3.00。

2 轉(zhuǎn)化爐出口溫度的優(yōu)化

該甲醇裝置的轉(zhuǎn)化爐是魯奇公司設(shè)計的頂燒轉(zhuǎn)化爐。與側(cè)燒轉(zhuǎn)化爐相比較，提高了效率，降低了最高管壁溫度，因而延長了設(shè)備使用壽命。在催化劑管頂部安裝了內(nèi)部隔熱襯里，管頂部法蘭和法蘭螺栓均保持冷態(tài)，避免了頻繁重新緊固。完全免維修的秤錘管子支撐系統(tǒng)可使催化劑管從爐子出口總管向上膨脹，直接與出口總管管口焊接的直柔性連接代替了傳統(tǒng)的出口豬尾管。出口總管的尺寸大小和耐熱鎳鉻鐵合金襯里的應(yīng)用便于進入出口總管進行檢查。頂燒式轉(zhuǎn)化爐有8排528根轉(zhuǎn)化管和9排180只燒嘴；爐膛壓力為－40Pa；轉(zhuǎn)化管的設(shè)計壓力為2.6MPa；設(shè)計溫度為960℃，最大允許操作溫度為950℃。在系統(tǒng)負荷為100%，組分和水碳比等參數(shù)大致不變情況下，不同轉(zhuǎn)化爐出口溫度精甲醇產(chǎn)量及消耗對比見表2。

表2 不同轉(zhuǎn)化爐出口溫度精甲醇產(chǎn)量及消耗對比

由表2可知：當轉(zhuǎn)化爐出口溫度變化時，對精甲醇產(chǎn)量和噸甲醇天然氣消耗都影響較大。轉(zhuǎn)化爐出口溫度較低時，精甲醇產(chǎn)量也相對較低，同時噸甲醇天然氣消耗較高；而轉(zhuǎn)化爐出口溫度較高時，精甲醇產(chǎn)量提升幅度明顯，而噸甲醇天然氣消耗在下降到一定程度后趨于平穩(wěn)。因此，在實際生產(chǎn)過程中，在不高于轉(zhuǎn)化管壁溫設(shè)計壓力及設(shè)計溫度下，可適當提高轉(zhuǎn)化爐出口溫度。

3 合成塔出口溫度的優(yōu)化

甲醇合成反應(yīng)是在催化劑的作用下，氣體中的一氧化碳、二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇。該反應(yīng)是一個強烈的放熱反應(yīng)，操作溫度是合成甲醇反應(yīng)中最靈敏的影響因素，合理選擇操作溫度對合成反應(yīng)提高產(chǎn)量至關(guān)重要。該裝置合成塔為魯奇專有的水冷列管式合成塔，通過控制合成汽包壓力，準確、靈敏地控制合成塔反應(yīng)溫度，有效抑制了副反應(yīng)，避免石蠟及羰基化合物的形成，操作控制容易；可回收高位熱能，每生產(chǎn)1t甲醇能夠產(chǎn)生4.0MPa中壓蒸汽1.0～1.4t；結(jié)構(gòu)緊湊，開工方便，壓降小。

為了確保催化劑的正常使用壽命，在催化劑的早、中期應(yīng)維持較低的合成塔出口溫度，隨著使用時間的推延，根據(jù)各工藝參數(shù)、產(chǎn)量、噸甲醇天然氣消耗的變化，應(yīng)逐步提高催化劑的床層反應(yīng)溫度。合成塔出口溫度可通過合成汽包的壓力來控制，而進口溫度卻幾乎沒有調(diào)節(jié)和控制手段，提高合成塔出口溫度對提高產(chǎn)量、降低噸甲醇天然氣消耗有積極作用。在負荷100%情況下，不同合成塔出口溫度精甲醇產(chǎn)量及消耗對比見表3。

表3 不同合成塔出口溫度精甲醇產(chǎn)量及消耗對比

在甲醇合成反應(yīng)過程中，溫度對于反應(yīng)混合物的平衡溫度和速率的影響非常重要。對于化學(xué)反應(yīng)來說，溫度升高會使分子的運動加快，分子間的有效碰撞增加，使分子克服化合時阻力的能力增強，從而增加分子的有效結(jié)合機會，使反應(yīng)速度加快，但一氧化碳、二氧化碳與氫氣合成甲醇的反應(yīng)均為可逆的放熱反應(yīng)，升高溫度可使反應(yīng)速率常數(shù)增大，但平衡常數(shù)會下降。因此，選擇合適的操作溫度對甲醇合成至關(guān)重要。為了防止催化劑老化，在使用初期，操作溫度宜維持在較低的數(shù)值；隨著使用時間的推延，逐步提高反應(yīng)溫度。由表3可知，在系統(tǒng)穩(wěn)定和確保催化劑正常運行的條件下，提高合成塔出口溫度，可提高甲醇產(chǎn)量，并降低能耗。

4 結(jié)語

（1）在設(shè)計指標范圍內(nèi)和同時滿足工藝要求的前提下，在實際生產(chǎn)中，只要保證催化劑能抗結(jié)炭，應(yīng)盡可能降低水碳比，對提高精甲醇產(chǎn)量和降低能耗都有積極作用。

（2）在實際生產(chǎn)過程中，在不高于轉(zhuǎn)化管壁設(shè)計壓力和設(shè)計溫度下，可適當提高轉(zhuǎn)化爐出口溫度，對精甲醇產(chǎn)量的提高有著明顯作用。

（3）在系統(tǒng)穩(wěn)定情況和確保合成催化劑正常運行的條件下，提高合成塔出口溫度可以提高精甲醇產(chǎn)量、降低能耗。

2014-03-20）