天然氣制甲醇裝置能耗分析與節(jié)能途徑探討

張敏(中國石油 青海油田分公司格爾木煉油廠 816000)

前言

當前，石油資源日益衰竭，石油價格持續(xù)上漲。因此以天然氣為原料制備化工產(chǎn)品成為解決石油短缺的一個有效途徑。甲醇天然氣制備化工產(chǎn)品中最主要的產(chǎn)品之一，無論在投資。能耗還是成本上，都是當前大眾公認的最佳生產(chǎn)路線，已經(jīng)占到了全球甲醇產(chǎn)量的百分之九十。本文就天然氣制甲醇的工藝現(xiàn)狀進行了簡單介紹，并且對其裝置能耗分析進行了研究，最后提出了有效的節(jié)能途徑，對提高天然氣制甲醇的經(jīng)濟效益有一定的指導意義

一、天然氣制甲醇工藝現(xiàn)狀

當前，利用天然氣為原料制備甲醇的工藝可以分為三類：蒸汽催化轉(zhuǎn)化工藝(傳統(tǒng)蒸汽催化轉(zhuǎn)化、聯(lián)合蒸汽催化轉(zhuǎn)化、預轉(zhuǎn)化工藝)、氧化轉(zhuǎn)化工藝(非催化部分氧化、催化部分氧化、自熱式轉(zhuǎn)化)、熱交換器型轉(zhuǎn)化工藝(ICI、凱洛格)。其中傳統(tǒng)蒸汽轉(zhuǎn)化是世界范圍內(nèi)應用最廣泛的的工藝，能夠占百分之八十。但是，傳統(tǒng)的蒸汽轉(zhuǎn)化工藝存在能量消耗大、轉(zhuǎn)化爐使用壽命短等問題。在我國，大多數(shù)的甲醇裝置規(guī)模相對較小，工業(yè)技術也比較落后，能量消耗也相對較高，因此與一般的進口甲醇相比沒有競爭優(yōu)勢，從而對國內(nèi)的甲醇工藝構(gòu)成了一定的威脅。因此，我國應該加強對規(guī)模小，工藝技術落后，能耗高，質(zhì)量差的甲醇企業(yè)進行改革，并且加大對甲醇生產(chǎn)的宏觀調(diào)控力度，從而使我國的天然氣制甲醇項目產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。

二、天然氣制甲醇的能耗分析

通常，天然氣制甲醇裝置的能源主要為天然氣、電、冷卻水、脫鹽水、蒸汽、儀表空氣和氮氣。其中，能耗主要反映在天然氣的消耗上。由于現(xiàn)代工藝已經(jīng)把甲烷的轉(zhuǎn)化率控制的很高，因此降低原料天然氣的消耗已經(jīng)十分有限，所以，降低燃料消耗是降低天然氣制甲醇工藝能耗的主要措施。有學者對中?；瘜W天然氣制甲醇的工藝進行了能耗分析表明，原料天然氣的消耗最高，年消耗在74983萬Nm3，其次是燃料天然氣的用量，年消耗在30892萬Nm3。在水資源消耗方面，冷卻用水占絕大部分，年消耗量在12537.6萬m3，脫鹽水年消耗量僅為181.4萬m3。另外，儀表空氣年消耗在480萬Nm3，低壓氮氣消耗在800 Nm3。王英等人對天然氣制甲醇實際生產(chǎn)過程中的碳損失進行了分析，結(jié)果表明，原料天然氣很難做到100%的轉(zhuǎn)化，馳放氣也不可能做到零排放，粗甲醇中的甲醇也不會完全餾出，再加上粗甲醇中難免產(chǎn)生雜醇等原因，因此實際生產(chǎn)中必然會出現(xiàn)碳損失。

三、天然氣制甲醇裝置節(jié)能途徑

1.提高變壓吸附系統(tǒng)的運行效率

變壓吸附裝置主要是將原料中的二氧化碳、一氧化碳、氮氣、甲烷等雜志分離并脫除，從而充分的回收氫氣。由于天然氣組分中的甲烷含量比較低，因此容易導致合成系統(tǒng)的新鮮氣中氫碳比低。利用變壓吸附裝置對合成系統(tǒng)的馳放氣進行氫氣回收，對優(yōu)化合成系統(tǒng)達到降本增效，提高甲醇產(chǎn)量的目的有很大的幫助。也就是說，適當?shù)恼{(diào)整變壓吸附系統(tǒng)的運行效率，對提高甲醇產(chǎn)量，使裝置達到最大經(jīng)濟效益，最大程度的降低能耗有著非常重要的意義。

2.提高轉(zhuǎn)化爐的熱效率

天然氣制甲醇工藝中，蒸汽轉(zhuǎn)化爐是非常關鍵的設備之一，在燃料消耗方面也占有很大的比例。熱效率是衡量轉(zhuǎn)化爐先進性的重要指標，直接關系著石油化工裝置能耗的多少，因此采取有效措施提高轉(zhuǎn)化爐的熱效率是節(jié)約燃料和成本的有效途徑，也是提高經(jīng)濟效率，降低能耗的主要手段。平衡轉(zhuǎn)化爐的管排溫差是提高轉(zhuǎn)化爐熱效率的有效措施。平衡轉(zhuǎn)化爐的管排溫差，就必須要檢查關嚴窺視孔，調(diào)節(jié)高壓和低壓燃氣考克閥，并且檢查總、次風門擋板開度，并且通過對燒嘴前風門開度的調(diào)整縮小溫差。通過對轉(zhuǎn)化管管排溫差的控制和平衡，能夠有效的提高轉(zhuǎn)化爐的熱效率，降低燃氣消耗，提高了工藝的經(jīng)濟效益。

3.降低透平蒸汽消耗

蒸汽系統(tǒng)供應緊張是中壓蒸汽管網(wǎng)主要存在的問題。實踐表明，提高中壓蒸汽管網(wǎng)壓力，降低低壓脹氣管網(wǎng)壓力，降低背壓，對提高蒸汽的做功效率，更有效的利用蒸汽有很大的幫助。另外，適當提高中壓蒸汽的溫度對提高蒸汽做功效率也有很大的幫助。經(jīng)考察，當中壓管網(wǎng)過熱蒸汽溫度提高4.5℃時能夠使得蒸汽量節(jié)省0.4T/H，同時也能夠降低循環(huán)水透平中壓蒸汽的消耗量。除此之外，降低鍋爐給水透平轉(zhuǎn)速對保證鍋爐給水安全也有很好的效果。

結(jié)束語

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，天然氣制甲醇具有廣泛的用途和經(jīng)濟效益。對天然氣制甲醇裝置進行能耗分析對探所節(jié)能降耗措施有著非常重要的意義。總之，提高變壓吸附系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)效率、平衡轉(zhuǎn)化爐的管排溫差、提高轉(zhuǎn)化爐熱效率、優(yōu)化中壓蒸汽系統(tǒng)等措施都能夠有效的降低天然氣制甲醇裝置的能源消耗。

[1]王瓊玖.合成氨與碳一化學[M].成都:四川科學技術出版社,2000.

[2]房鼎業(yè).甲醇生產(chǎn)技術及進展[M].上海:華東化工學院出版社,1990.

[3]化學工業(yè)出版社.化工生產(chǎn)流程圖集[M].北京:化學工業(yè)出版社,1997.

[4]馬兵.甲醇裝置的現(xiàn)代化概念[J].甲醛與甲醇,1999,98(3):26-29.

[5]王瓊玖.合成氨與碳一化學.成都;四川科學技術出版社,2000.

[6]房鼎業(yè).甲醇生產(chǎn)技術及進展.上海:華東化工學院出版社,1990.

[7]馬兵.甲醛與甲醇,1999,98(3):26～29.