天然氣制甲醇裝置工藝優(yōu)化分析

陳巖

（中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 570300）

現(xiàn)階段，天然氣制甲醇裝置優(yōu)化、節(jié)能降耗，致使甲醇市場(chǎng)面臨較大市場(chǎng)威脅，對(duì)甲醇產(chǎn)質(zhì)量影響較大，還會(huì)危害甲醇市場(chǎng)運(yùn)行發(fā)展。本文圍繞天然氣制甲醇裝置展開討論，該裝置年產(chǎn)量為60萬噸，注重整體裝置工藝流程分析，按照實(shí)際過程，優(yōu)化整體裝置。

1 天然氣制甲醇裝置工藝現(xiàn)存問題

1.1 開停車掌握

系統(tǒng)多數(shù)事故隱患發(fā)生在開停車環(huán)節(jié)，若不注重控制開車情況，將會(huì)影響前后銜接效果，加劇能源消耗，還會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備壽命。比如，停車環(huán)節(jié)必須確保高操作水碳比，確保鍋爐、汽包液位、脫氧槽液位穩(wěn)定性，防止轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段盤管超溫，還應(yīng)當(dāng)避免轉(zhuǎn)化爐管溫度持續(xù)上升。在開車期間，建立蒸汽系統(tǒng)，明確工藝系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化爐氮?dú)馍郎貢r(shí)間、轉(zhuǎn)化爐引蒸汽升溫、轉(zhuǎn)化爐投料時(shí)間，都和升溫氣量、床層溫度相關(guān)，在開停車時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)不同環(huán)節(jié)時(shí)間進(jìn)行預(yù)判，按照工序開停車時(shí)間，優(yōu)化安排操作控制要點(diǎn)，以免影響設(shè)備運(yùn)行。在長時(shí)間停車后，開車總體程序；供電系統(tǒng)投用，循環(huán)水預(yù)膜，建設(shè)儀表空氣管網(wǎng)、工廠空氣管網(wǎng)。鍋爐給水系統(tǒng)開車，引天然氣進(jìn)接區(qū)，投入火炬系統(tǒng)。輔助鍋爐開車，建立蒸汽管網(wǎng)，引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)開車。精餾系統(tǒng)開車，投用中間罐區(qū)。開啟壓縮機(jī)，建設(shè)大氮循環(huán)，轉(zhuǎn)化爐氮?dú)庋h(huán)升溫、轉(zhuǎn)化爐蒸汽升溫，合成壓縮機(jī)停車。轉(zhuǎn)化爐投料，添加負(fù)荷，合成壓縮機(jī)開車，合成系統(tǒng)開車。精餾系統(tǒng)開車調(diào)整。系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，給水泵透平開車，循環(huán)水透平開車。

1.2 轉(zhuǎn)化管熱斑

在生產(chǎn)過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)化管出現(xiàn)熱斑，多是由于催化劑裝填不佳，存在架橋問題。催化劑中毒，極易產(chǎn)生析碳，降低催化劑活性，導(dǎo)致析碳現(xiàn)象。當(dāng)操作不到位，會(huì)導(dǎo)致析碳爐管局部過熱。轉(zhuǎn)化管熱斑，對(duì)轉(zhuǎn)化爐管使用壽命影響比較大，還會(huì)加劇能源損耗，從而引發(fā)重大事故。注重調(diào)整轉(zhuǎn)化管熱斑，基于供熱角度分析，檢查燒嘴問題，比如，火苗過長等。調(diào)整燒嘴開度，可以降低轉(zhuǎn)化管熱斑熱量。在調(diào)整燒嘴開度時(shí)，不能減弱轉(zhuǎn)化管熱斑，則表示催化劑局部析碳、粉碎，催化劑無法轉(zhuǎn)化反應(yīng)，氣體無法帶走受熱面，此時(shí)，需要增加水碳比，使工藝負(fù)荷降低。當(dāng)無法改善轉(zhuǎn)化管時(shí)，則需要做好停車處理。

1.3 催化劑保護(hù)

在化學(xué)反應(yīng)中，催化劑可以改變反應(yīng)速度，但不會(huì)改變成分和重量。在甲醇裝置中，包含加氫催化劑、脫硫劑、轉(zhuǎn)化催化劑、合成催化劑。合理使用催化劑，能夠有效作用于甲醇生產(chǎn)中，保證催化劑使用周期活性。如果轉(zhuǎn)化操作停工，為了避免轉(zhuǎn)化催化劑結(jié)炭，需要徹底清除脫硫系統(tǒng)原料氣。切除脫硫系統(tǒng)原料天然氣，關(guān)閉轉(zhuǎn)化系統(tǒng)原料閥門。開啟脫硫系統(tǒng)原料天然氣放空閥，降低系統(tǒng)壓力，避免天然氣持續(xù)進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐，導(dǎo)致催化劑結(jié)炭。當(dāng)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)無法快速恢復(fù)，則需要使用氮?dú)獯祾叻磻?yīng)器原料天然氣，對(duì)系統(tǒng)保溫保壓要求比較高。事故停車的相關(guān)問題，事故停車原因非常多，所以無法統(tǒng)一停車程序，為了避免損壞催化劑與設(shè)備，所以必須注意相關(guān)問題。

2 工藝優(yōu)化

2.1 合成氣優(yōu)化

第一，控制合成氣氫碳比：通常情況下，為了確保甲醇合成反應(yīng)效果，應(yīng)當(dāng)將合成氣氫碳比控制為2.05～2.15。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)甲醇合成新鮮氣量差異小，則新鮮氣氫碳比為2.05～2.15，新鮮氣轉(zhuǎn)換率明顯高于其他工況，精甲醇產(chǎn)量比較大，能源消耗低。

第二，合成一氧化碳、二氧化碳含量控制：因受到生產(chǎn)條件、生產(chǎn)工藝控制，天然氣制甲醇裝置產(chǎn)量限制大。合理控制入塔一氧化碳含量，可以改善甲醇低產(chǎn)量問題，同時(shí)，可以增加粗醇濃度，減少蒸汽量。為了確保合成效果達(dá)到最佳，將一氧化碳含量控制在2%～8%，上限為12%。同時(shí)，因一氧化碳含量特點(diǎn)，在初期使用催化劑時(shí)，一氧化碳含量比較高，相應(yīng)增加催化劑晶粒，使催化劑活性降低，此時(shí)導(dǎo)致合成過程產(chǎn)生雜質(zhì)，對(duì)甲醇合成質(zhì)量影響較大。合理控制二氧化碳含量，設(shè)定為給1%～8%，可以有效控制床層溫度穩(wěn)定性。在生產(chǎn)甲醇時(shí)，一氧化碳含量不會(huì)影響催化劑活性，可以確保催化劑催化效果。然而，當(dāng)二氧化碳頷聯(lián)持續(xù)增加時(shí)，會(huì)導(dǎo)致催化劑產(chǎn)生吸附效應(yīng)，降低一氧化碳反應(yīng)速率，增加合成塔出口一氧化碳含量，裝置內(nèi)部甲醇含量降低，對(duì)整體裝置生產(chǎn)效果影響比較大。

2.2 補(bǔ)碳方式

通過相關(guān)調(diào)研可知，多數(shù)甲醇生產(chǎn)裝置原料為高甲烷，企業(yè)考慮到原料優(yōu)勢(shì)、地理位置問題，裝置原料選擇海上高二氧化碳天然氣。在生產(chǎn)甲醇時(shí)，注重補(bǔ)充二氧化碳，屬于重要影響問題，尤其表現(xiàn)在二氧化碳爐前、爐后補(bǔ)充，以蒸汽轉(zhuǎn)化補(bǔ)充方式為主。在日常生產(chǎn)中，爐前補(bǔ)充應(yīng)用比較多，此種方式可以使轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)碳?xì)浔冉档?，同時(shí)可以提升一氧化碳含量。例如，某地區(qū)甲醇裝置（85萬噸/a），可以回收利用排煙內(nèi)的二氧化碳，使其補(bǔ)充至爐前，顯著提升廢氣使用效率，還可以使排煙二氧化碳排放量降低，避免污染環(huán)境。

2.3 應(yīng)用蒸汽水系統(tǒng)

蒸汽系統(tǒng)劃分為低壓、中壓、高壓級(jí)別，高壓蒸汽多為驅(qū)動(dòng)合成氣壓縮機(jī)、循環(huán)機(jī)透平，中壓蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)闋t內(nèi)工藝蒸汽，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，使鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)透平。低壓蒸汽可以精餾、加熱蒸汽，透平凝液等。低壓蒸汽凝液，可以通過凝液泵，加壓處理后實(shí)現(xiàn)二次應(yīng)用，將裝置內(nèi)部高壓疏水，達(dá)到中壓蒸汽-中壓疏水、再到低壓蒸汽-低壓疏水，最后到達(dá)凝液系統(tǒng)，排放多余低壓蒸汽。在整個(gè)操作過程中，能源消耗比較大。為了使能源消耗降低，需要預(yù)熱回收低壓蒸汽，避免轉(zhuǎn)化爐過度消耗天然氣。同時(shí)，蒸汽管網(wǎng)需要借助減壓減溫器、透平處理，以此維護(hù)整體裝置平衡度與穩(wěn)定性。注重蒸汽減壓閥閥位控制，在蒸汽管網(wǎng)生產(chǎn)期間，可以減少能源消耗。

2.4 優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行操作

在優(yōu)化整體裝置運(yùn)行操作時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理控制核心指標(biāo)。核心指標(biāo)會(huì)極大影響產(chǎn)品能耗、質(zhì)量，所以科學(xué)控制裝置指標(biāo)。例如，蒸汽轉(zhuǎn)化水碳比，控制在2.8～2.9，氣氫碳比為2.05～2.15，一氧化碳含量高于18%，精餾回流比為2～4。關(guān)鍵性指標(biāo)對(duì)甲醇產(chǎn)品性能、質(zhì)量影響比較大，必須做好科學(xué)化管控。注重過程管控，既可以使生產(chǎn)成本降低，還可以消除不良隱患，確保生產(chǎn)操作的順利性。

3 檢修優(yōu)化

為了確保裝置生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，技術(shù)人員按照裝置運(yùn)行狀態(tài)、甲醇市場(chǎng)使用情況，優(yōu)化安排裝置檢修與維護(hù)，排除裝置運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性影響因素，將檢修時(shí)間設(shè)置在甲醇市場(chǎng)低迷時(shí)期，避免影響裝置經(jīng)濟(jì)效益。通常情況下，裝置預(yù)轉(zhuǎn)化爐、合成壓縮機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、催化劑催化性能、合成塔設(shè)計(jì)，都會(huì)對(duì)裝置運(yùn)行狀態(tài)造成影響。在檢修操作時(shí)，注重檢查和維護(hù)關(guān)鍵部位，維護(hù)部門運(yùn)行正?；?，提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性。然而，裝置設(shè)施體積龐大，涉及較多檢修類目，相應(yīng)延長檢修時(shí)間。檢修項(xiàng)目故障判斷、檢修維護(hù)，對(duì)項(xiàng)目檢修成本影響比較大，同時(shí)關(guān)系裝置運(yùn)行成本、經(jīng)濟(jì)效益，所以必須高度重視整體裝置檢修環(huán)節(jié)。

4 結(jié)語

綜上所述，針對(duì)天然氣制甲醇裝置，注重優(yōu)化設(shè)計(jì)、建設(shè)環(huán)節(jié)，在技術(shù)改造期間，合理優(yōu)化和改進(jìn)技術(shù)工藝，提升整體裝置運(yùn)行、檢修可靠操作性，以此增加甲醇合成產(chǎn)量，降低生產(chǎn)環(huán)節(jié)能源消耗，促進(jìn)甲醇合成領(lǐng)域的長久穩(wěn)定發(fā)展。本文深入分析天然氣制甲醇裝置工藝現(xiàn)存問題，介紹工藝優(yōu)化、檢修優(yōu)化，以此維護(hù)和保障天然氣制甲醇裝置運(yùn)行效益。