天然气制甲醇装置优化探讨

曾凡平，刘会祯，徐华银，王彦宾（.重庆卡贝乐化工有限责任公司，重庆　400；.重庆化工设计研究院，重庆　400039）

天然气制甲醇装置优化探讨

曾凡平1，刘会祯2，徐华银1，王彦宾1
（1.重庆卡贝乐化工有限责任公司，重庆401220；2.重庆化工设计研究院，重庆400039）

摘要：简述了重庆卡贝乐85万t甲醇装置工艺流程，从装置的工艺设计、开停车管理、生产运行操作、检修四个方面来进行优化探讨，使装置达到节能降耗的目的。

关键词：优化；氢碳比；补碳方式；运行操作；检修

随着社会经济的快速发展，煤、石油、天然气等能源在人们生活与生产中的地位越来越重要，特别是清洁能源天然气，在近十多年内价格翻了几倍，这对于以天然气为原料的化工企业来说是一个严峻的挑战，尤其是天然气制甲醇装置，80%以上的生产成本为天然气原料。因此，如何优化装置、节能降耗、提高产品质量，在甲醇市场上博得一席之地是天然气制甲醇企业亟待考虑的事情。以85万t天然气制甲醇装置为例，对装置工艺流程进行优化探讨。

1　工艺流程

重庆卡贝乐85万t甲醇装置引进英国Davy的工艺技术，采用天然气前补碳进行蒸汽转化、低压铜基催化剂合成甲醇及三塔精馏工艺技术，简易工艺流程如图1所示。

图1　85万t天然气前补碳工艺流程简图

2　工艺优化

2.1合成气优化

2.1.1合成新鲜气氢碳比控制

甲醇合成新鲜气组分的氢碳比控制在2.05～2.15有利于甲醇合成反应［1］。

不同新鲜气氢碳比合成反应及消耗情况如表1所示。

表1　不同新鲜气氢碳比合成反应及消耗情况

从表1可以看出，新鲜气量相差不大的情况下，合成新鲜气氢碳比在2.05～2.15时，新鲜气转化率明显要高，精甲醇产量要大，单位精甲醇天然气消耗要低。

2.1.2合成CO、CO2含量控制

提高合成入塔气CO含量有利于甲醇合成，既能增加合成甲醇产量和蒸汽量，也能提高粗醇浓度利于精馏节省蒸汽量，入塔气中CO含量一般控制在2%～8%，不超过12%［2］。特别是催化剂初期，CO含量过高易使合成催化剂晶粒变大降低活性，同时也容易发生副反应生成杂质影响产品质量。适当的CO2含量（1%～8%）有利于稳定床层温度，保护催化剂活性，提高甲醇产量，但是随着CO2含量继续增加，影响H2在催化剂表面的吸附，使CO反应速率下降，从而合成塔出口CO含量也会增加，甲醇产量反而下降［3］。

2.2补碳方式

天然气制甲醇工艺中CO2补入方式分为蒸汽转化炉前补入和炉后补入。一般采用炉前补入CO2，不仅能降低转化气的氢碳比，还能提高转化气中CO含量［4-5］。85万t甲醇装置回收转化炉排放烟气中的CO2补入转化炉前，既可以利用废气生产甲醇，又可以减少CO2对环境的污染。而河南中原甲醇厂采取回收煤制甲醇中变换尾气补入至饱和塔前，进行了炉前补碳，根据CO2供应情况选择性回收合成弛放尾气中的有效碳，又进行了炉后补碳，也是一种补碳优化方式。

2.3蒸汽水系统合理优化利用

蒸汽系统可分为高压蒸汽（10.0 MPa）、中压蒸汽（3.0 MPa）、低压蒸汽（0.45 MPa）三级，高压蒸汽用于驱动合成气压缩机/循环机透平，中压蒸汽用于转化炉入炉工艺蒸汽，驱动天然气压缩机，鼓、引风机等各类机泵透平，低压蒸汽用于精馏、CO2系统的再沸器或者蒸汽加热器，透平凝液及低压蒸汽凝液通过凝液泵加压后又返回至除氧器重复利用，本装置的高、中、低蒸汽管网疏水是直接现场排放，直接损失部分蒸汽，特别是在冬季既影响工厂面貌又造成消耗增加，可以采取高压疏水至中压蒸汽网—中压疏水至低压蒸汽网—低压疏水至凝液系统，然后再回收至除氧器的回收方式，回收过程加强水质数据分析监控。各蒸汽管网之间通过减温减压器、透平等蒸汽用户来平衡控制，蒸汽通过透平来做功，而蒸汽减压阀阀位尽量不开或者开度很小，维持蒸汽管道处热态，蒸汽通过减温减压器时降低了做功能力从而导致可用能的损失［6］。

3　开停车管理

天然气制甲醇装置开停车过程就是装置从冷态到生产正常运行和装置从生产正常运行到停止并冷却下来，开车过程主要包括开车准备、转化开车（启动鼓风机、引风机、天然气压缩机三大机组、转化氮气循环升温、转化蒸汽升温、天然气脱硫升温、转化投料、转化催化剂还原、转化提负荷等）、合成开车（合成气压缩机组开车、合成系统氮气循环升温、合成催化剂还原、合成投料及提负荷等）、精馏开车与系统优化，转化原始开车升温曲线图见图2。装置除在原始开车及转化炉大面积重新浇筑的情况下按升温曲线进行外，其他情况下的开车，一般把转化150℃恒温去吸附水时间减少至4～8 h，如果在空气湿度较低的地区，去吸附水的时间还可以减少，如青海中浩60万t甲醇装置150℃恒温可以减至2 h左右，而350℃恒温去结晶水阶段可以减至4 h甚至取消，对有些开车步骤可以同步交叉进行，优化开车各个环节，转化开车由原来的66 h后投料减少到48 h左右。

图2　85万t甲醇装置转化炉升温曲线图

合成催化剂还原阶段优化，在2013年原始开车时，装置合成催化剂还原阶段就花了7天多时间，当时约40%转化负荷运行，转化气几乎全都放空，很少一部分用于催化剂还原，相当于50 000 Nm3/h天然气放空至火炬燃烧，共约840万Nm3。2016年1月通过增加双塔同时还原、催化剂装填量优化及转化气回收等一系列技改，2016年2月装置新装催化剂还原只花了40 h，还原时转化负荷优化至30%左右运行，回收一部分转化气用作转化炉燃料，替换部分燃料天然气，相当天然气放空降至35 000 Nm3/h，共约140万Nm3，此项节省开车费用约1 134万元。

装置停车过程相当于是开车的逆过程，但停车所需要的时间比开车要短，停车所产生的费用也比开车要低得多，合理组织停车及装置设备系统保护良好有利于系统再次开车。

4　生产运行操作优化

装置在操作上优化主要是核心指标控制，对生产消耗及产品质量影响较大，如蒸汽转化水碳比指标控制在2.65～2.75，转化气氢碳比控制在2.05～2.15，转化气中CO含量控制在18%以上，合成惰性气体（甲烷和氮气等）含量控制40%以下，精馏回流比控制在2～4等。现场操作同样可以优化降低成本，减少隐患，如润滑油操作规范管理、机泵机组日常操作维护、现场漏点巡检、安全隐患排查管理等，减少一次事故停车就是最大的效益。

5　检修优化

装置检修一般分为检修项目计划、计划审批与材料采购、检修项目实施、检修项目验收四个阶段，合理组织安排检修计划有利于装置节约成本。根据装置的运行情况及甲醇消费市场状况来安排检修时间，有严重影响装置长周期安稳运行因素存在时或者甲醇消费市场处在低迷阶段时考虑安排检修，这样保证装置尽可能获得大的利润。影响本装置长周期安稳运行情况的因素有：装置重点设备（主要有转化炉、合成气压缩机、天然气压缩机、鼓引风机、CO2压缩机、合成塔等大型设备与机组）运行状况差、转化和合成催化剂使用寿命到期、装置运行中存在的重大安全隐患及意外因素装置整体跳车等。这些项目的检修一般检修计划时间长，作为重点检修项目，检修结果影响装置安稳长满优运行，并且这些项目判断的准确性有利于降低检修成本及运行成本［7］。某大型机组在运行时发现某点振动高报，在检修期间拆开机组检修，对轴瓦间隙进行重新找正回装，但是重新开启机组后发现振动没有得到解决，反而增加了轴瓦温度出现高报，增加了机组蒸汽消耗，且影响装置的负荷。

6　结束语

甲醇装置一般要经历设计、建设、开停车、生产运行、检修等主要五个阶段，在设计、建设阶段主要对装置的工艺技术方面进行优化，也可以在大修中进行技术改造来优化工艺。而已建成的装置主要对开停车、运行操作、检修三个方面进行优化，可以降低吨甲醇消耗或者让消耗更加接近理论设计消耗值。每一个装置无论处于什么阶段，都有自己的特点，对每个装置每个阶段要进行具体问题具体分析，找到适应各个装置各个阶段优化的具体办法，从而起到节能降耗的作用。

参考文献：

［1］张固.甲醇新鲜合成气氢碳比的优化方法探讨［J］.化工设计，2004，12（5）：6-10.

［2］赵绍民，王磊，邵立红.合成气成分对甲醇合成生产的影响［J］.煤化工，2003（2）：41-44.

［3］石玉千，李涛，应卫勇，等.大型甲醇合成反应器工况的数值分析［J］.高校化学工程学报，2006，20（3）：490-492.

［4］张桂林，天然气混合制氢弛放气生产甲醇的补碳方法探讨［J］.天然气化工，2009，34（4）：53-55.

［5］徐华银，刘会祯.CO2对天然气制甲醇装置的节能作用［J］.化工设计，2010，20（1）：23-25.

［6］罗向龙，华贲，张冰剑.石化企业蒸汽动力系统的多周期运行优化［J］.计算机与应用化学，2006，23（1）：41-44.

［7］王燕飞，杨沐华.王皓关于化工装置年度停车大检修管理［J］.设备管理与维修，2014（12）：16-17.

中图分类号：TQ050.5，TQ223.121

文献标识码：B

文章编号：1003-3467（2016）04-0035-03

收稿日期：2016-02-21

作者简介：曾凡平（1981-），男，高级工程师，从事甲醇化工生产与管理工作，电话：13997391121。