淺析如何手動(dòng)分析天然氣制甲醇裝置的水碳比

羅干云 張小橋 柴金龍

摘 要：本文主要分析了以天然氣為原料制作甲醇的生產(chǎn)裝置中合理的控制水碳比。對(duì)水碳比控制的相關(guān)原理、控制方案進(jìn)行分析，從而在實(shí)際的操作中可以起到參考的作用。

關(guān)鍵詞：天然氣：制甲醇裝置：水碳比

1 概述

年產(chǎn)85萬(wàn)噸甲醇裝置，裝置區(qū)內(nèi)制氫設(shè)備有預(yù)轉(zhuǎn)化爐及轉(zhuǎn)化爐各一臺(tái)，當(dāng)前水碳比的監(jiān)控方式主要是在線DCS及ESD顯示為主，并通過(guò)理論計(jì)算加以對(duì)比，為明確在線顯示值及計(jì)算值的真實(shí)性，通過(guò)行業(yè)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合裝置實(shí)際，決定增加手動(dòng)分析水碳比相關(guān)設(shè)備及分析方法，以達(dá)到減小水碳比顯示誤差，給工藝分析提供依據(jù)的目的。

2 項(xiàng)目確定的依據(jù)

取一段時(shí)間內(nèi)，將轉(zhuǎn)化氣通過(guò)取樣冷卻器冷凝并將冷凝的水蒸氣加以收集，讀出冷凝水的體積待用，冷凝并去除水蒸氣的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)一步通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)加以計(jì)量氣體量，經(jīng)過(guò)計(jì)量后的氣體通過(guò)球膽取樣，通過(guò)色譜分析其成分和含量，通過(guò)克拉伯龍方程（近似計(jì)算）和水碳比計(jì)算公式，即可計(jì)算出轉(zhuǎn)化氣中的水碳比，此方法簡(jiǎn)單實(shí)用，涉及的計(jì)算數(shù)據(jù)相比在線分析及手動(dòng)計(jì)算大大降低了儀表帶來(lái)的誤差。

3 測(cè)定方法

3.1 范圍

本規(guī)程測(cè)適應(yīng)于甲醇裝置轉(zhuǎn)化爐進(jìn)口水碳比及預(yù)轉(zhuǎn)化進(jìn)口水碳比測(cè)定。

3.2 方法提要

將取樣點(diǎn)的混合氣通過(guò)冷卻器冷卻后，收集冷卻后的氣體中的水分并計(jì)量，除去水分后的氣體通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量累計(jì)氣體量，并在轉(zhuǎn)子流量計(jì)出口取樣分析其中的氣體成分，然后通過(guò)水碳比計(jì)算公式計(jì)算出水碳比。

3.3 儀器

100mL收集管一根;轉(zhuǎn)子流量計(jì)一臺(tái);500mL塑料燒杯一個(gè);乳膠管3米;0-100℃溫度計(jì)一支;鐵架臺(tái)一個(gè);秒表一個(gè);100mL玻璃針筒一個(gè);TCD氣相色譜儀一臺(tái)。

3.4 分析步驟

①打開(kāi)取樣點(diǎn)水冷器的循環(huán)水閥和該取樣點(diǎn)的氣體根部閥，打開(kāi)樣點(diǎn)排放閥，讓樣品排放5-10分鐘;②現(xiàn)場(chǎng)確定好流量計(jì)安裝位置，加入適量的純凈水，塞上流量計(jì)所有塞子及溫度計(jì)，將流量計(jì)調(diào)至水平。確認(rèn)流量計(jì)水平后，取下所有塞子，打開(kāi)流量計(jì)排水閥，查看是否有水排出，若有水排出立即將其排凈，然后蓋上排水蓋;③打開(kāi)取樣點(diǎn)球閥、針型閥排放5分鐘;④接上收集液管、塞緊收集瓶塞子，關(guān)閉收集液排水口、再連接流量計(jì)，再用針型閥調(diào)節(jié)氣流速（2.4～2.6升/分鐘）及氣體冷卻水滴速（一秒控制2-3滴）。氣體流速相對(duì)穩(wěn)定后，再打開(kāi)收集管排水閥，將水排凈。待流量計(jì)指針刻度在“2”時(shí)，快速關(guān)閉排水閥。立即記錄此刻流量計(jì)的始讀數(shù)。當(dāng)收集管冷凝液收集至35mL～70mL流量計(jì)指針轉(zhuǎn)到“2”時(shí)，記錄收集液的準(zhǔn)確體積，迅速取下流量計(jì)的連接管，記錄流量計(jì)終止讀數(shù)、溫度計(jì)顯示溫度;⑤用100mL玻璃針筒在收集管排氣出口取氣體樣品，取樣時(shí)玻璃針筒需置換3次以上再取樣。[1]

3.5 水碳比計(jì)算

水碳比以X按下式計(jì)算：

其中：N（mL）=（收集液體積/18）;n-物質(zhì)的量（mol）=P*V/（T*R）;P-壓強(qiáng)（Pa，A）=大氣壓*1000+0;V-氣體體積（m3）=（流量計(jì)止數(shù)體積- 流量計(jì)初數(shù)體積）/1000;T-開(kāi)氏溫度（K）=記錄溫度+273;R-（常數(shù)） Pa.m3/（mol.k）=8.314;氣體碳原子數(shù)=碳原子含量*1/100。

4 水碳比實(shí)驗(yàn)安裝條件、校正

4.1 現(xiàn)場(chǎng)安裝水碳比進(jìn)行檢測(cè)

5月3日開(kāi)始配管安裝轉(zhuǎn)化爐進(jìn)口工藝氣取樣水冷器，5月4日開(kāi)始多次取樣做轉(zhuǎn)化爐進(jìn)口的氣樣分析;5月5日配管安裝預(yù)轉(zhuǎn)化爐進(jìn)口取樣水冷器，5月12日開(kāi)始多次做預(yù)轉(zhuǎn)化爐進(jìn)口的氣樣分析。

4.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理：[2]

通過(guò)對(duì)流量計(jì)的校正、1分鐘控制流速2.4升到2.6升之間確保流速一致，對(duì)溫度計(jì)測(cè)定值與測(cè)溫槍測(cè)量值完全符合、安裝壓力表-40kPa至80kPa的量程，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定壓力無(wú)顯示;數(shù)據(jù)計(jì)算公式與戴維公司計(jì)算無(wú)差異（計(jì)算公式一樣）。

4.3 初步結(jié)論

①通過(guò)對(duì)手動(dòng)取樣分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)化爐進(jìn)口水碳比平均值在2.86左右，預(yù)轉(zhuǎn)化進(jìn)口水碳比在2.59，比當(dāng)前DCS顯示值均高出0.2左右，即實(shí)際水碳比偏高;②現(xiàn)工況下98%負(fù)荷，DCS水碳比2.65-2.70，轉(zhuǎn)化爐溫度874℃，S-12015對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化氣成本中殘余甲烷含量與100%滿負(fù)荷設(shè)計(jì)及2014年11月100%負(fù)荷性能考核期間的分析數(shù)據(jù)對(duì)比，現(xiàn)有98%工況下轉(zhuǎn)化氣殘余甲烷2.2%，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)3.28%，與2014年11月100%負(fù)荷比殘余甲烷也低0.4%，除受轉(zhuǎn)化爐溫度控制的影響。實(shí)際水碳比應(yīng)高于表顯示水碳比。

5 總結(jié)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與表顯的差值，同時(shí)平行比較設(shè)計(jì)（100%負(fù)荷），以及2014年11月工況和現(xiàn)運(yùn)行工況，初步判定實(shí)際的水碳比偏高。建議在現(xiàn)有的水碳比基礎(chǔ)上先降低0.05，同時(shí)密切關(guān)注轉(zhuǎn)化氣殘余甲烷的組分變化。并根據(jù)組分變化及水碳比值情況再組織分析討論確定下一步的調(diào)整思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]田景君.分析化學(xué)[C].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：42.

作者簡(jiǎn)介：

羅干云（1984- ），女，大專，助理工程師。