煤制天然氣甲烷化催化劑預(yù)熱工藝及優(yōu)化

鄭海波

（內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

煤制天然氣甲烷化催化劑預(yù)熱工藝及優(yōu)化

鄭海波

（內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

介紹了煤制天然氣甲烷化催化劑預(yù)熱和還原工藝，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，分析了使用循環(huán)壓縮機(jī)替代開車壓縮機(jī)進(jìn)行甲烷化催化劑預(yù)熱的可行性，對(duì)比了開車壓縮機(jī)和循環(huán)壓縮機(jī)性能參數(shù)，并提出改進(jìn)方案。經(jīng)過裝置運(yùn)行驗(yàn)證，使用循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)行催化劑預(yù)熱，每次節(jié)約裝置開車時(shí)間31h；同時(shí)，將此改進(jìn)應(yīng)用在裝置停車后催化劑干燥工藝中，同樣大大縮短催化劑的干燥時(shí)間，減少了裝置開停車階段的生產(chǎn)消耗。

煤制天然氣；甲烷化裝置；催化劑；預(yù)熱；生產(chǎn)消耗

在煤制天然氣工業(yè)化生產(chǎn)中，甲烷化裝置負(fù)責(zé)天然氣產(chǎn)品的合成。甲烷化裝置開車前首先要對(duì)催化劑床層進(jìn)行預(yù)熱[1]，使催化劑達(dá)到最低起活溫度；同樣，在裝置停車后，需要對(duì)甲烷化催化劑和甲烷化反應(yīng)器耐火襯里進(jìn)行干燥處理，防止催化劑和耐火襯里長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境中而影響其強(qiáng)度，造成催化劑粉化、耐火襯里出現(xiàn)裂縫等不良影響。

開車前的催化劑預(yù)熱和停車后的催化劑干燥流程設(shè)置相同，均采用專門的開車壓縮機(jī)提供氮?dú)庋h(huán)動(dòng)力，經(jīng)開工加熱爐提供熱源來實(shí)現(xiàn)。原設(shè)計(jì)中，甲烷化裝置還有一臺(tái)循環(huán)壓縮機(jī)，在甲烷化裝置正常運(yùn)行時(shí)來提供甲烷化反應(yīng)的循環(huán)動(dòng)力，帶走催化劑床層的大量反應(yīng)熱，維持甲烷化反應(yīng)器入口溫度和催化劑床層溫度平衡。

但是開車壓縮機(jī)設(shè)計(jì)為公用設(shè)備，供三套甲烷化裝置催化劑預(yù)熱和干燥使用，一旦出現(xiàn)故障，將造成停運(yùn)的甲烷化裝置無法開車，因此探索使用循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)行催化劑預(yù)熱和干燥的工藝優(yōu)化[2]，既有利于增加裝置開車的可靠性，又能節(jié)約開停車裝置運(yùn)行成本。

1 裝置工藝流程簡(jiǎn)述

從凈化裝置來的凈煤氣先經(jīng)過脫硫槽（C101）進(jìn)行精脫硫，然后分別進(jìn)入兩個(gè)串聯(lián)的主甲烷化反應(yīng)器（C102A/B、C103A/B）進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，第二主甲烷化反應(yīng)器（C103A/B）出口工藝氣分成兩股，一股通過循環(huán)壓縮機(jī)（V101）返回至第一主甲烷化反應(yīng)器（C102A/B），另一股進(jìn)入兩個(gè)串聯(lián)的輔助甲烷化反應(yīng)器（C104、C105）進(jìn)行深度甲烷化反應(yīng)，第二輔助甲烷化反應(yīng)器（C105）出口工藝氣經(jīng)過冷卻和氣液分離后，產(chǎn)品氣送下游工段進(jìn)行提壓和深度脫水之后，合成天然氣輸送至輸氣管道。

2 可行性分析

2.1 兩臺(tái)壓縮機(jī)參數(shù)對(duì)比的可行性分析

為實(shí)現(xiàn)循環(huán)壓縮機(jī)對(duì)催化劑升溫，首先要確認(rèn)循環(huán)壓縮機(jī)能夠適用于氮?dú)夤r。通過查閱循環(huán)壓縮機(jī)氮?dú)庠囓嚂r(shí)的數(shù)據(jù)，并經(jīng)壓縮機(jī)廠家重新提供的此壓縮機(jī)氮?dú)夤r性能曲線，我們對(duì)兩臺(tái)壓縮機(jī)的運(yùn)行工況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析，結(jié)果見表1和表2。

通過表1的對(duì)比，循環(huán)壓縮機(jī)氮?dú)夤r的流量及壓力數(shù)據(jù)等，完全滿足開車壓縮機(jī)工況，即循環(huán)壓縮機(jī)用于氮?dú)庋h(huán)，能夠滿足甲烷化裝置預(yù)熱要求。

表1 開車壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)Table 1 Operating parameters comparison of start-up compressor

表2 循環(huán)壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)Table 2 Operating parameters comparison of recycle compressor

2.2 循環(huán)壓縮機(jī)預(yù)熱流程的可行性分析

最初設(shè)計(jì)循環(huán)壓縮機(jī)只用于裝置正常生產(chǎn)，如何打通循環(huán)壓縮機(jī)用于催化劑升溫的流程，需要進(jìn)行重新考慮和分析。使用開車壓縮機(jī)進(jìn)行催化劑預(yù)熱的流程如圖1所示。

流程優(yōu)化為：

(1)循環(huán)壓縮機(jī)出口通過V-19與開工加熱爐串聯(lián)；

(2)開工加熱爐出口熱氮?dú)馔ㄟ^正常升溫流程進(jìn)入各反應(yīng)器；

采用循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)行催化劑預(yù)熱工藝流程與原設(shè)計(jì)流程相比變化如下：

(1)第二主甲烷化反應(yīng)器出口按正常工藝流程進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)入口；

(2)脫硫槽、第一主甲烷化反應(yīng)器和兩個(gè)輔助甲烷化反應(yīng)器出口按正常升溫流程匯合后，通過V-13進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)入口。整體預(yù)熱流程如圖2所示。

圖1 開車壓縮機(jī)催化劑預(yù)熱流程圖Fig.1 Start-up compressor catalyst preheating up flow diagram

圖2 循環(huán)壓縮機(jī)催化劑預(yù)熱預(yù)想流程圖Fig.2 Recycle compressor catalyst preheating up expected flow diagram

3 驗(yàn)證

3.1 催化劑預(yù)熱過程

2013年7月，通過循環(huán)壓縮機(jī)對(duì)第一主甲烷化反應(yīng)器（C102A/B）和第二主甲烷化反應(yīng)器（C103A/ B）實(shí)現(xiàn)了催化劑升溫。

2013年12月，采用循環(huán)壓縮機(jī)預(yù)熱，流程設(shè)置為脫硫槽（C101）、第一主甲烷化反應(yīng)器（C102A/B）、第二主甲烷化反應(yīng)器（C103A/B）、第一輔助甲烷化反應(yīng)器（C104）、第二輔助甲烷化反應(yīng)器（C105）并聯(lián)升溫。

2014年11月，采用循環(huán)壓縮機(jī)預(yù)熱方式，流程設(shè)置為C101、C102A/B、C103A/B、C104和C105并聯(lián)同時(shí)升溫。升溫時(shí)間17.5h。

3.2 催化劑干燥過程

2014年1月，甲烷化裝置停運(yùn)后，使用循環(huán)壓縮機(jī)對(duì)催化劑進(jìn)行干燥。歷時(shí)27h。

4 驗(yàn)證結(jié)果

通過以上驗(yàn)證，確定了循環(huán)壓縮機(jī)可以用于氮?dú)夤r運(yùn)行，各項(xiàng)工藝指標(biāo)滿足催化劑預(yù)熱和催化劑干燥的要求，并且壓縮機(jī)機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)均在正常范圍之內(nèi)。

4.1 催化劑預(yù)熱

利用循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)行裝置預(yù)熱，共節(jié)約開車時(shí)間31h，節(jié)約裝置開車直接費(fèi)用約104.16萬元。

（1）凈化裝置運(yùn)行費(fèi)用預(yù)算：

主要為丙烯壓縮機(jī)消耗蒸汽費(fèi)用：蒸汽消耗量為48t/h，蒸汽（8.5MPa）按200元/t計(jì)算為9600元/ h；甲烷化催化劑預(yù)熱期間總費(fèi)用（按31h計(jì)算）為29.76萬元。

（2）氣化裝置運(yùn)行費(fèi)用預(yù)算：

主要為氣化爐燃煤費(fèi)用：4臺(tái)爐（3開1備）按70%負(fù)荷總耗煤為120t/h；煤價(jià)按200元/t計(jì)算為2.4萬元/h；甲烷化催化劑預(yù)熱期間總費(fèi)用（按31h計(jì)算）為74.4萬元。

4.2 催化劑干燥

甲烷化催化劑干燥按照設(shè)計(jì)要求，用開車壓縮機(jī)分別對(duì) 5臺(tái)反應(yīng)器（C101、C102A/B、C103A/B、C104、C105）進(jìn)行單獨(dú)干燥，最短用時(shí)32×4=128h（見表3）。采用循環(huán)壓縮機(jī)同時(shí)對(duì)5臺(tái)甲烷化反應(yīng)器催化劑進(jìn)行干燥實(shí)際用時(shí)27h，縮短裝置運(yùn)行時(shí)間111h，節(jié)約裝置運(yùn)行直接費(fèi)用372.96萬元。

（1）凈化裝置運(yùn)行費(fèi)用預(yù)算：

主要為丙烯壓縮機(jī)消耗蒸汽費(fèi)用9600元/h；甲烷化催化劑干燥期間總費(fèi)用（按 111h計(jì)算）為106.56萬元。

（2）氣化裝置運(yùn)行費(fèi)用預(yù)算：

主要為氣化爐燃煤費(fèi)用2.4萬元/h，甲烷化催化劑干燥期間總費(fèi)用（按111h計(jì)算）為266.4萬元。

表3 開車壓縮機(jī)催化劑干燥時(shí)間表Fig.3 Start-up compressor catalyst drying schedule

5 結(jié)語

通過在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)催化劑預(yù)熱流程優(yōu)化改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了使用循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)行甲烷化催化劑預(yù)熱和催化劑干燥的整個(gè)過程。簡(jiǎn)化了工藝流程，縮短開、停車時(shí)間約140h，節(jié)約裝置運(yùn)行成本約477萬元。

[1]鄧永斌,鄭海波.煤制天然氣工業(yè)裝置甲烷化催化劑的升溫還原總結(jié)與評(píng)價(jià) [J].廣州化工,2014,42(10):198-200.

[2]鄧永斌.煤制天然氣甲烷化裝置開車時(shí)間分析及優(yōu)化[J].煤炭與化工,2014,37(9):110-113.

Methanation catalyst preheating process and optimization in coal-based SNG production

ZHENG Hai-bo
(Inner Mongolia Datang International Keshiketeng Coal Gas Co.,Ltd.,Chifeng 025350,China)

The methanation catalyst preheating and reduction process of coal-based synthetic natural gas(SNG)production was introduced.Combined with the actual production,the feasibility of using a recycle compressor to replace the start-up compressor in catalyst preheating was analyzed.Through comparing the performance parameters of the start-up compressor and recycle compressor, an improvement scheme for methanation catalyst preheating was proposed,and its implementation saved the start-up time by 31 hours every time,which means that the initial time to dry out of catalyst was also greatly shortened in this approach and production consumption could be reduced.

coal to gas;methanation unit;catalyst;preheating;production consumption

TQ221.11

：B

：1001-9219(2016)06-84-03

2016-03-22；

：鄭海波（1984-）,男，工程師，電話15148387778，郵箱15148387778@126.com。