变工况对煤制天然气甲烷化装置开车和运行的影响与措施分析

张六一

摘 要：本文使用AspenPlus软件搭建实际工艺模型，对于单个主反应器当中的甲烷化单元整体负荷以及新鲜原料气出现急剧增加情况时，流入主反应器当中的原料气压力、组分以及温度等参数出现的变化，对于甲烷化设备在实际运行产生的影响进行了观察。

关键词：变工况;煤制天然气甲烷化装置;开车和运行;影响与措施

1 波动情况简介

下图1是甲烷化工艺流程模型图。本文将某家煤制天然气具体操作当作示例，对其相关情况进行了论述。设备入口位置的压力数值是3.28MPa（A），原料气部分的温度数值是30℃，100%工况状态下，流量数值是346308Nm3/h。对于主反应器当中入口位置的温度设定数值是320℃，热点温度数值为650℃。第一补充甲烷化反应器区域入口位置的温度数值是300℃，第二补充甲烷化反应器区域入口位置的温度数值是250℃。第二补充甲烷化反应器当中，前分水的温度达到80℃。流量数值是127838Nm3/h，压力大小为2.88MPa（A），温度设定为40℃。在这一模型前提条件下，对于变工况状态开展模拟研究工作。

图1甲烷化工艺流程模型图

2 负荷急剧加大对系统造成的影响

2.1 加载之某一主反应器内

若是甲烷化工作中单元总负荷出现急剧加大的现象，未根据之前的比例流入两个主反应器内，只单方面加入某一个主反应器内。下文中将此负荷加入至第一主甲烷化反应器当中进行了论述。若是流入至第一主甲烷化反应器内的负荷出现急剧加大的现象，第一主甲烷化反应器部位的温度提升现象显著，第一主甲烷化反应器出口位置的热点温度加大。这一变化导致第二个主甲烷化反应器进口区域的温度以及瞬时段的热点温度发生细微加大现象。其温升情况基本未出现改变，使用加大循环气的方式，对第一个主甲烷化反应器出口位置的热点温度进行调节，此时循环压缩机内部的功率会出现一定程度的加大，因为负荷加大的比例持续上升。第一主甲烷化反应器出口部位的热点温度当中的瞬时温度不断提升，这就导致压缩机功率出现的增量问题随之加大。

2.2 根据设计比例流入至所有主反应器内

若是甲烷化工作中单元总负荷出现急剧加大的现象，另外其根据之前的比例流入至两个主反应器内，所有主反应器当中入口位置的温度未发生变化，其瞬时温度全部出现了加大现象。同时其加大的程度大体一致。经过对压缩机本身的功率进行调节加大循环气的数量，对于主甲烷化当中所有反应器的温度进行控制，让其重新回到650℃。由于负荷加大的比例不断增加，第一、第二甲烷化反應器两个出口位置的热点温度当中的瞬时温度不断提升，这就导致压缩机功率出现的增量问题也随之加大。

2.3 单个主反应器当中的负荷急剧加大

若是甲烷化工作中单元总负荷未出现变化，因为流入至所有主反应器当中的负荷比例出现分配不合理等现象，同样会造成某一单个主反应器承担的负荷出现急剧加大的情况。下文将甲烷化反应器负荷加大当作示例进行介绍，为了便于展开讨论，假设第二主甲烷化反应器当中的负荷全部降低。总负荷未发生变化，若是第一主甲烷化反应器当中的负荷出现急剧加大的现象，伴随第二主甲烷化反应器当中的负荷降低，此时第一主甲烷化反应器温度提高的程度显著加大，第一主甲烷化反应器出口位置的热点温度同样提升，这一转变导致第二主甲烷化反应器进口位置的温度加大，可是其瞬时热点温度减小，温度上升现象减小。使用加大循环气的方式，将第一主甲烷化反应器出口位置的热点温度调节至其设计值，此时循环压缩机内部的中功率随之加大。由于负荷加大的比例不断增加，第一主甲烷化反应器出口位置上热点温度当中的瞬时温度不断提升，这就导致压缩机功率出现的增量问题随之加大。

3 新鲜气组分出现波动问题对系统造成的影响

3.1 氢碳比减小

若是出现总碳组分加大了1%，或是氢气组分降低1%的情况，氢碳比例是2.971，甲烷化使用的催化剂在科学的氢碳比区间中开展工作，氢碳比太小会造成催化剂出现副反应问题。常规情况下，氢碳比例要达到2.98～3.02，若是大于这一区间值，会引发连锁停车情况出现。

3.2 氢气加大

若是氢气组分加大，会导致原料气当中的氢碳比例提高，导致设备反应热点部位的温度减小，生成气内部的H2过剩、CH4减小。另外会导致热值指标不达标，对下方客户，特别是燃气电厂会产生不利影响。

经过对生成气内部的H2含量实施在线检测，若是超过设定的数值，向辅助甲烷化操作的反应器内添加一定量的富碳气体，其具体流量必须根据氢碳比例展开计算以后，自行实施控制。

4 结束语

从上文中了解到此项技术在我国属于弱项，让上述存在的问题得到高效的解决，就能够在一定条件上实现对这项技术的研发，并让其投入使用，为我国的此项事业做出贡献。