曾凡平，劉會禎，徐華銀，王彥賓（.重慶卡貝樂化工有限責(zé)任公司，重慶　400；.重慶化工設(shè)計(jì)研究院，重慶　400039）

天然氣制甲醇裝置優(yōu)化探討

曾凡平1，劉會禎2，徐華銀1，王彥賓1
（1.重慶卡貝樂化工有限責(zé)任公司，重慶401220；2.重慶化工設(shè)計(jì)研究院，重慶400039）

摘要：簡述了重慶卡貝樂85萬t甲醇裝置工藝流程，從裝置的工藝設(shè)計(jì)、開停車管理、生產(chǎn)運(yùn)行操作、檢修四個(gè)方面來進(jìn)行優(yōu)化探討，使裝置達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化；氫碳比；補(bǔ)碳方式；運(yùn)行操作；檢修

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤、石油、天然氣等能源在人們生活與生產(chǎn)中的地位越來越重要，特別是清潔能源天然氣，在近十多年內(nèi)價(jià)格翻了幾倍，這對于以天然氣為原料的化工企業(yè)來說是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，尤其是天然氣制甲醇裝置，80%以上的生產(chǎn)成本為天然氣原料。因此，如何優(yōu)化裝置、節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量，在甲醇市場上博得一席之地是天然氣制甲醇企業(yè)亟待考慮的事情。以85萬t天然氣制甲醇裝置為例，對裝置工藝流程進(jìn)行優(yōu)化探討。

1　工藝流程

重慶卡貝樂85萬t甲醇裝置引進(jìn)英國Davy的工藝技術(shù)，采用天然氣前補(bǔ)碳進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化、低壓銅基催化劑合成甲醇及三塔精餾工藝技術(shù)，簡易工藝流程如圖1所示。

圖1　85萬t天然氣前補(bǔ)碳工藝流程簡圖

2　工藝優(yōu)化

2.1合成氣優(yōu)化

2.1.1合成新鮮氣氫碳比控制

甲醇合成新鮮氣組分的氫碳比控制在2.05～2.15有利于甲醇合成反應(yīng)［1］。

不同新鮮氣氫碳比合成反應(yīng)及消耗情況如表1所示。

表1　不同新鮮氣氫碳比合成反應(yīng)及消耗情況

從表1可以看出，新鮮氣量相差不大的情況下，合成新鮮氣氫碳比在2.05～2.15時(shí)，新鮮氣轉(zhuǎn)化率明顯要高，精甲醇產(chǎn)量要大，單位精甲醇天然氣消耗要低。

2.1.2合成CO、CO2含量控制

提高合成入塔氣CO含量有利于甲醇合成，既能增加合成甲醇產(chǎn)量和蒸汽量，也能提高粗醇濃度利于精餾節(jié)省蒸汽量，入塔氣中CO含量一般控制在2%～8%，不超過12%［2］。特別是催化劑初期，CO含量過高易使合成催化劑晶粒變大降低活性，同時(shí)也容易發(fā)生副反應(yīng)生成雜質(zhì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。適當(dāng)?shù)腃O2含量（1%～8%）有利于穩(wěn)定床層溫度，保護(hù)催化劑活性，提高甲醇產(chǎn)量，但是隨著CO2含量繼續(xù)增加，影響H2在催化劑表面的吸附，使CO反應(yīng)速率下降，從而合成塔出口CO含量也會增加，甲醇產(chǎn)量反而下降［3］。

2.2補(bǔ)碳方式

天然氣制甲醇工藝中CO2補(bǔ)入方式分為蒸汽轉(zhuǎn)化爐前補(bǔ)入和爐后補(bǔ)入。一般采用爐前補(bǔ)入CO2，不僅能降低轉(zhuǎn)化氣的氫碳比，還能提高轉(zhuǎn)化氣中CO含量［4-5］。85萬t甲醇裝置回收轉(zhuǎn)化爐排放煙氣中的CO2補(bǔ)入轉(zhuǎn)化爐前，既可以利用廢氣生產(chǎn)甲醇，又可以減少CO2對環(huán)境的污染。而河南中原甲醇廠采取回收煤制甲醇中變換尾氣補(bǔ)入至飽和塔前，進(jìn)行了爐前補(bǔ)碳，根據(jù)CO2供應(yīng)情況選擇性回收合成弛放尾氣中的有效碳，又進(jìn)行了爐后補(bǔ)碳，也是一種補(bǔ)碳優(yōu)化方式。

2.3蒸汽水系統(tǒng)合理優(yōu)化利用

蒸汽系統(tǒng)可分為高壓蒸汽（10.0 MPa）、中壓蒸汽（3.0 MPa）、低壓蒸汽（0.45 MPa）三級，高壓蒸汽用于驅(qū)動合成氣壓縮機(jī)/循環(huán)機(jī)透平，中壓蒸汽用于轉(zhuǎn)化爐入爐工藝蒸汽，驅(qū)動天然氣壓縮機(jī)，鼓、引風(fēng)機(jī)等各類機(jī)泵透平，低壓蒸汽用于精餾、CO2系統(tǒng)的再沸器或者蒸汽加熱器，透平凝液及低壓蒸汽凝液通過凝液泵加壓后又返回至除氧器重復(fù)利用，本裝置的高、中、低蒸汽管網(wǎng)疏水是直接現(xiàn)場排放，直接損失部分蒸汽，特別是在冬季既影響工廠面貌又造成消耗增加，可以采取高壓疏水至中壓蒸汽網(wǎng)—中壓疏水至低壓蒸汽網(wǎng)—低壓疏水至凝液系統(tǒng)，然后再回收至除氧器的回收方式，回收過程加強(qiáng)水質(zhì)數(shù)據(jù)分析監(jiān)控。各蒸汽管網(wǎng)之間通過減溫減壓器、透平等蒸汽用戶來平衡控制，蒸汽通過透平來做功，而蒸汽減壓閥閥位盡量不開或者開度很小，維持蒸汽管道處熱態(tài)，蒸汽通過減溫減壓器時(shí)降低了做功能力從而導(dǎo)致可用能的損失［6］。

3　開停車管理

天然氣制甲醇裝置開停車過程就是裝置從冷態(tài)到生產(chǎn)正常運(yùn)行和裝置從生產(chǎn)正常運(yùn)行到停止并冷卻下來，開車過程主要包括開車準(zhǔn)備、轉(zhuǎn)化開車（啟動鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、天然氣壓縮機(jī)三大機(jī)組、轉(zhuǎn)化氮?dú)庋h(huán)升溫、轉(zhuǎn)化蒸汽升溫、天然氣脫硫升溫、轉(zhuǎn)化投料、轉(zhuǎn)化催化劑還原、轉(zhuǎn)化提負(fù)荷等）、合成開車（合成氣壓縮機(jī)組開車、合成系統(tǒng)氮?dú)庋h(huán)升溫、合成催化劑還原、合成投料及提負(fù)荷等）、精餾開車與系統(tǒng)優(yōu)化，轉(zhuǎn)化原始開車升溫曲線圖見圖2。裝置除在原始開車及轉(zhuǎn)化爐大面積重新澆筑的情況下按升溫曲線進(jìn)行外，其他情況下的開車，一般把轉(zhuǎn)化150℃恒溫去吸附水時(shí)間減少至4～8 h，如果在空氣濕度較低的地區(qū)，去吸附水的時(shí)間還可以減少，如青海中浩60萬t甲醇裝置150℃恒溫可以減至2 h左右，而350℃恒溫去結(jié)晶水階段可以減至4 h甚至取消，對有些開車步驟可以同步交叉進(jìn)行，優(yōu)化開車各個(gè)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)化開車由原來的66 h后投料減少到48 h左右。

圖2　85萬t甲醇裝置轉(zhuǎn)化爐升溫曲線圖

合成催化劑還原階段優(yōu)化，在2013年原始開車時(shí)，裝置合成催化劑還原階段就花了7天多時(shí)間，當(dāng)時(shí)約40%轉(zhuǎn)化負(fù)荷運(yùn)行，轉(zhuǎn)化氣幾乎全都放空，很少一部分用于催化劑還原，相當(dāng)于50 000 Nm3/h天然氣放空至火炬燃燒，共約840萬Nm3。2016年1月通過增加雙塔同時(shí)還原、催化劑裝填量優(yōu)化及轉(zhuǎn)化氣回收等一系列技改，2016年2月裝置新裝催化劑還原只花了40 h，還原時(shí)轉(zhuǎn)化負(fù)荷優(yōu)化至30%左右運(yùn)行，回收一部分轉(zhuǎn)化氣用作轉(zhuǎn)化爐燃料，替換部分燃料天然氣，相當(dāng)天然氣放空降至35 000 Nm3/h，共約140萬Nm3，此項(xiàng)節(jié)省開車費(fèi)用約1 134萬元。

裝置停車過程相當(dāng)于是開車的逆過程，但停車所需要的時(shí)間比開車要短，停車所產(chǎn)生的費(fèi)用也比開車要低得多，合理組織停車及裝置設(shè)備系統(tǒng)保護(hù)良好有利于系統(tǒng)再次開車。

4　生產(chǎn)運(yùn)行操作優(yōu)化

裝置在操作上優(yōu)化主要是核心指標(biāo)控制，對生產(chǎn)消耗及產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，如蒸汽轉(zhuǎn)化水碳比指標(biāo)控制在2.65～2.75，轉(zhuǎn)化氣氫碳比控制在2.05～2.15，轉(zhuǎn)化氣中CO含量控制在18%以上，合成惰性氣體（甲烷和氮?dú)獾龋┖靠刂?0%以下，精餾回流比控制在2～4等。現(xiàn)場操作同樣可以優(yōu)化降低成本，減少隱患，如潤滑油操作規(guī)范管理、機(jī)泵機(jī)組日常操作維護(hù)、現(xiàn)場漏點(diǎn)巡檢、安全隱患排查管理等，減少一次事故停車就是最大的效益。

5　檢修優(yōu)化

裝置檢修一般分為檢修項(xiàng)目計(jì)劃、計(jì)劃審批與材料采購、檢修項(xiàng)目實(shí)施、檢修項(xiàng)目驗(yàn)收四個(gè)階段，合理組織安排檢修計(jì)劃有利于裝置節(jié)約成本。根據(jù)裝置的運(yùn)行情況及甲醇消費(fèi)市場狀況來安排檢修時(shí)間，有嚴(yán)重影響裝置長周期安穩(wěn)運(yùn)行因素存在時(shí)或者甲醇消費(fèi)市場處在低迷階段時(shí)考慮安排檢修，這樣保證裝置盡可能獲得大的利潤。影響本裝置長周期安穩(wěn)運(yùn)行情況的因素有：裝置重點(diǎn)設(shè)備（主要有轉(zhuǎn)化爐、合成氣壓縮機(jī)、天然氣壓縮機(jī)、鼓引風(fēng)機(jī)、CO2壓縮機(jī)、合成塔等大型設(shè)備與機(jī)組）運(yùn)行狀況差、轉(zhuǎn)化和合成催化劑使用壽命到期、裝置運(yùn)行中存在的重大安全隱患及意外因素裝置整體跳車等。這些項(xiàng)目的檢修一般檢修計(jì)劃時(shí)間長，作為重點(diǎn)檢修項(xiàng)目，檢修結(jié)果影響裝置安穩(wěn)長滿優(yōu)運(yùn)行，并且這些項(xiàng)目判斷的準(zhǔn)確性有利于降低檢修成本及運(yùn)行成本［7］。某大型機(jī)組在運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)某點(diǎn)振動高報(bào)，在檢修期間拆開機(jī)組檢修，對軸瓦間隙進(jìn)行重新找正回裝，但是重新開啟機(jī)組后發(fā)現(xiàn)振動沒有得到解決，反而增加了軸瓦溫度出現(xiàn)高報(bào)，增加了機(jī)組蒸汽消耗，且影響裝置的負(fù)荷。

6　結(jié)束語

甲醇裝置一般要經(jīng)歷設(shè)計(jì)、建設(shè)、開停車、生產(chǎn)運(yùn)行、檢修等主要五個(gè)階段，在設(shè)計(jì)、建設(shè)階段主要對裝置的工藝技術(shù)方面進(jìn)行優(yōu)化，也可以在大修中進(jìn)行技術(shù)改造來優(yōu)化工藝。而已建成的裝置主要對開停車、運(yùn)行操作、檢修三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，可以降低噸甲醇消耗或者讓消耗更加接近理論設(shè)計(jì)消耗值。每一個(gè)裝置無論處于什么階段，都有自己的特點(diǎn)，對每個(gè)裝置每個(gè)階段要進(jìn)行具體問題具體分析，找到適應(yīng)各個(gè)裝置各個(gè)階段優(yōu)化的具體辦法，從而起到節(jié)能降耗的作用。

參考文獻(xiàn)：

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［7］王燕飛，楊沐華.王皓關(guān)于化工裝置年度停車大檢修管理［J］.設(shè)備管理與維修，2014（12）：16-17.

中圖分類號：TQ050.5，TQ223.121

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1003-3467（2016）04-0035-03

收稿日期：2016-02-21

作者簡介：曾凡平（1981-），男，高級工程師，從事甲醇化工生產(chǎn)與管理工作，電話：13997391121。