變工況對(duì)煤制天然氣甲烷化裝置開車和運(yùn)行的影響與措施分析

張六一

摘 要：本文使用AspenPlus軟件搭建實(shí)際工藝模型，對(duì)于單個(gè)主反應(yīng)器當(dāng)中的甲烷化單元整體負(fù)荷以及新鮮原料氣出現(xiàn)急劇增加情況時(shí)，流入主反應(yīng)器當(dāng)中的原料氣壓力、組分以及溫度等參數(shù)出現(xiàn)的變化，對(duì)于甲烷化設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生的影響進(jìn)行了觀察。

關(guān)鍵詞：變工況;煤制天然氣甲烷化裝置;開車和運(yùn)行;影響與措施

1 波動(dòng)情況簡(jiǎn)介

下圖1是甲烷化工藝流程模型圖。本文將某家煤制天然氣具體操作當(dāng)作示例，對(duì)其相關(guān)情況進(jìn)行了論述。設(shè)備入口位置的壓力數(shù)值是3.28MPa（A），原料氣部分的溫度數(shù)值是30℃，100%工況狀態(tài)下，流量數(shù)值是346308Nm3/h。對(duì)于主反應(yīng)器當(dāng)中入口位置的溫度設(shè)定數(shù)值是320℃，熱點(diǎn)溫度數(shù)值為650℃。第一補(bǔ)充甲烷化反應(yīng)器區(qū)域入口位置的溫度數(shù)值是300℃，第二補(bǔ)充甲烷化反應(yīng)器區(qū)域入口位置的溫度數(shù)值是250℃。第二補(bǔ)充甲烷化反應(yīng)器當(dāng)中，前分水的溫度達(dá)到80℃。流量數(shù)值是127838Nm3/h，壓力大小為2.88MPa（A），溫度設(shè)定為40℃。在這一模型前提條件下，對(duì)于變工況狀態(tài)開展模擬研究工作。

圖1甲烷化工藝流程模型圖

2 負(fù)荷急劇加大對(duì)系統(tǒng)造成的影響

2.1 加載之某一主反應(yīng)器內(nèi)

若是甲烷化工作中單元總負(fù)荷出現(xiàn)急劇加大的現(xiàn)象，未根據(jù)之前的比例流入兩個(gè)主反應(yīng)器內(nèi)，只單方面加入某一個(gè)主反應(yīng)器內(nèi)。下文中將此負(fù)荷加入至第一主甲烷化反應(yīng)器當(dāng)中進(jìn)行了論述。若是流入至第一主甲烷化反應(yīng)器內(nèi)的負(fù)荷出現(xiàn)急劇加大的現(xiàn)象，第一主甲烷化反應(yīng)器部位的溫度提升現(xiàn)象顯著，第一主甲烷化反應(yīng)器出口位置的熱點(diǎn)溫度加大。這一變化導(dǎo)致第二個(gè)主甲烷化反應(yīng)器進(jìn)口區(qū)域的溫度以及瞬時(shí)段的熱點(diǎn)溫度發(fā)生細(xì)微加大現(xiàn)象。其溫升情況基本未出現(xiàn)改變，使用加大循環(huán)氣的方式，對(duì)第一個(gè)主甲烷化反應(yīng)器出口位置的熱點(diǎn)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時(shí)循環(huán)壓縮機(jī)內(nèi)部的功率會(huì)出現(xiàn)一定程度的加大，因?yàn)樨?fù)荷加大的比例持續(xù)上升。第一主甲烷化反應(yīng)器出口部位的熱點(diǎn)溫度當(dāng)中的瞬時(shí)溫度不斷提升，這就導(dǎo)致壓縮機(jī)功率出現(xiàn)的增量問題隨之加大。

2.2 根據(jù)設(shè)計(jì)比例流入至所有主反應(yīng)器內(nèi)

若是甲烷化工作中單元總負(fù)荷出現(xiàn)急劇加大的現(xiàn)象，另外其根據(jù)之前的比例流入至兩個(gè)主反應(yīng)器內(nèi)，所有主反應(yīng)器當(dāng)中入口位置的溫度未發(fā)生變化，其瞬時(shí)溫度全部出現(xiàn)了加大現(xiàn)象。同時(shí)其加大的程度大體一致。經(jīng)過對(duì)壓縮機(jī)本身的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)加大循環(huán)氣的數(shù)量，對(duì)于主甲烷化當(dāng)中所有反應(yīng)器的溫度進(jìn)行控制，讓其重新回到650℃。由于負(fù)荷加大的比例不斷增加，第一、第二甲烷化反應(yīng)器兩個(gè)出口位置的熱點(diǎn)溫度當(dāng)中的瞬時(shí)溫度不斷提升，這就導(dǎo)致壓縮機(jī)功率出現(xiàn)的增量問題也隨之加大。

2.3 單個(gè)主反應(yīng)器當(dāng)中的負(fù)荷急劇加大

若是甲烷化工作中單元總負(fù)荷未出現(xiàn)變化，因?yàn)榱魅胫了兄鞣磻?yīng)器當(dāng)中的負(fù)荷比例出現(xiàn)分配不合理等現(xiàn)象，同樣會(huì)造成某一單個(gè)主反應(yīng)器承擔(dān)的負(fù)荷出現(xiàn)急劇加大的情況。下文將甲烷化反應(yīng)器負(fù)荷加大當(dāng)作示例進(jìn)行介紹，為了便于展開討論，假設(shè)第二主甲烷化反應(yīng)器當(dāng)中的負(fù)荷全部降低?？傌?fù)荷未發(fā)生變化，若是第一主甲烷化反應(yīng)器當(dāng)中的負(fù)荷出現(xiàn)急劇加大的現(xiàn)象，伴隨第二主甲烷化反應(yīng)器當(dāng)中的負(fù)荷降低，此時(shí)第一主甲烷化反應(yīng)器溫度提高的程度顯著加大，第一主甲烷化反應(yīng)器出口位置的熱點(diǎn)溫度同樣提升，這一轉(zhuǎn)變導(dǎo)致第二主甲烷化反應(yīng)器進(jìn)口位置的溫度加大，可是其瞬時(shí)熱點(diǎn)溫度減小，溫度上升現(xiàn)象減小。使用加大循環(huán)氣的方式，將第一主甲烷化反應(yīng)器出口位置的熱點(diǎn)溫度調(diào)節(jié)至其設(shè)計(jì)值，此時(shí)循環(huán)壓縮機(jī)內(nèi)部的中功率隨之加大。由于負(fù)荷加大的比例不斷增加，第一主甲烷化反應(yīng)器出口位置上熱點(diǎn)溫度當(dāng)中的瞬時(shí)溫度不斷提升，這就導(dǎo)致壓縮機(jī)功率出現(xiàn)的增量問題隨之加大。

3 新鮮氣組分出現(xiàn)波動(dòng)問題對(duì)系統(tǒng)造成的影響

3.1 氫碳比減小

若是出現(xiàn)總碳組分加大了1%，或是氫氣組分降低1%的情況，氫碳比例是2.971，甲烷化使用的催化劑在科學(xué)的氫碳比區(qū)間中開展工作，氫碳比太小會(huì)造成催化劑出現(xiàn)副反應(yīng)問題。常規(guī)情況下，氫碳比例要達(dá)到2.98～3.02，若是大于這一區(qū)間值，會(huì)引發(fā)連鎖停車情況出現(xiàn)。

3.2 氫氣加大

若是氫氣組分加大，會(huì)導(dǎo)致原料氣當(dāng)中的氫碳比例提高，導(dǎo)致設(shè)備反應(yīng)熱點(diǎn)部位的溫度減小，生成氣內(nèi)部的H2過剩、CH4減小。另外會(huì)導(dǎo)致熱值指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，對(duì)下方客戶，特別是燃?xì)怆姀S會(huì)產(chǎn)生不利影響。

經(jīng)過對(duì)生成氣內(nèi)部的H2含量實(shí)施在線檢測(cè)，若是超過設(shè)定的數(shù)值，向輔助甲烷化操作的反應(yīng)器內(nèi)添加一定量的富碳?xì)怏w，其具體流量必須根據(jù)氫碳比例展開計(jì)算以后，自行實(shí)施控制。

4 結(jié)束語

從上文中了解到此項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)屬于弱項(xiàng)，讓上述存在的問題得到高效的解決，就能夠在一定條件上實(shí)現(xiàn)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)，并讓其投入使用，為我國(guó)的此項(xiàng)事業(yè)做出貢獻(xiàn)。