張 明

（陜西興化集團(tuán)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)室，陜西興平 713100）

天然氣造氣裝置向乙醇和甲醇裝置供應(yīng)合成氣改造方案探討

張 明

（陜西興化集團(tuán)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)室，陜西興平 713100）

陜西興化集團(tuán)現(xiàn)有兩套天然氣換熱式轉(zhuǎn)化造氣裝置，下游產(chǎn)品為合成氨，氣體流程主線為轉(zhuǎn)化裝置—中低變—一次（二次）脫碳（熱鉀堿法）—甲烷化—合成氣壓縮機(jī)—高壓合成氨。2017年初，煤基乙醇裝置投產(chǎn)，由于乙醇合成原料氣需要從甲醇裝置分離一部分原料氣，造成甲醇合成裝置負(fù)荷不能加滿，各種消耗較高，且陜西興化集團(tuán)的氣頭合成氨裝置噸氨成本高，處于虧損狀態(tài)，將原料氣送往附加值較高的甲醇和乙醇裝置是企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急，因此對(duì)原料氣由生產(chǎn)合成氨改甲醇乙醇原料氣的工藝進(jìn)行分析研究，給出改造方案，并計(jì)算了改造后的原料氣成本，證明了氣煤組合方案從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上是可行的。

轉(zhuǎn)化裝置；原料氣；甲醇；乙醇

Abstract：There are two sets of natural gas heat transfer gas generator in Shaanxi Xinghua Group.The downstream product is ammonia，the main line of gas flow is the conversion device-medium and low change-one（secondary）decarburization（hot potassium alkali method）-methane Chemical synthesis gas compressor-high pressure synthetic ammonia，2017 early，coal-based ethanol plant put into operation，due to ethanol synthesis of raw materials need to be separated from the methanol plant part of the raw material gas，resulting in methanol synthesis device load can not fill，a variety of high consumption，and Shaanxi Xinghua Group's gas-fired ammonia plant with high cost of ammonia，in a loss state，the raw material sent to the higher value-added methanol and ethanol equipment is the top priority of enterprises，this paper on the production of raw materials from ammonia ammonia ethanol feed gas process The paper analyzes the research and gives the transformation plan and calculates the cost of the raw material gas after the reform，which proves that the gas-coal combination scheme is technically feasible.

Key words：conversion device；raw material gas；methanol；ethanol

1 改造背景

陜西興化集團(tuán)公司的天然氣轉(zhuǎn)化裝置制合成氨裝置（以下簡(jiǎn)稱老系統(tǒng)）近年來在天然氣價(jià)格逐漸提高、農(nóng)業(yè)優(yōu)惠電價(jià)取消，硝酸銨產(chǎn)品市場(chǎng)嚴(yán)重過剩的情況下，連年虧損，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)困難。興化化工公司（以下簡(jiǎn)稱新系統(tǒng)）煤制30萬t/a甲醇及30萬t/a合成氨裝置于2012年初投產(chǎn)，新系統(tǒng)煤制甲醇裝置成本較低，目前甲醇和乙醇市場(chǎng)較好，產(chǎn)品有一定盈利空間。陜西興化集團(tuán)公司10萬t/a合成氣制乙醇科技示范項(xiàng)目2017年初建成試生產(chǎn)，產(chǎn)出合格無水乙醇。乙醇項(xiàng)目所用的原料合成氣取自煤氣化合成甲醇系統(tǒng)，用于生產(chǎn)乙醇后年少產(chǎn)甲醇8～9萬t，為了調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高公司整體效益，多產(chǎn)市場(chǎng)情況較高的甲醇和乙醇產(chǎn)品，有必要對(duì)成本較高的天然氣制合成氨裝置的產(chǎn)能進(jìn)行壓縮，停產(chǎn)部分天然氣制合成氨裝置，將天然氣系統(tǒng)所產(chǎn)的合成氣輸送到甲醇和乙醇裝置，生產(chǎn)市場(chǎng)狀況好的甲醇和乙醇產(chǎn)品，具有重要的意義。

2 改造方案的提出

2.1 老系統(tǒng)現(xiàn)有氣頭合成氨流程簡(jiǎn)介

老系統(tǒng)的天然氣轉(zhuǎn)化裝置采用天然氣純氧換熱式二段轉(zhuǎn)化，現(xiàn)有并列的兩套轉(zhuǎn)化裝置（東西各一套），轉(zhuǎn)化壓力為3.2MPa，出轉(zhuǎn)化廢鍋的轉(zhuǎn)化氣壓力約2.9MPa，溫度360℃，轉(zhuǎn)化氣通過轉(zhuǎn)化氣總管送往中變爐，出中變爐的溫度約430℃，經(jīng)過甲烷化調(diào)整換熱器，溫度降到380℃后去中變廢鍋，中變廢鍋副產(chǎn)3.6MPa中壓蒸汽去管網(wǎng)，出中變廢鍋的氣體溫度約255℃，去中變鍋爐給水預(yù)熱器預(yù)熱轉(zhuǎn)化汽包和中變汽包補(bǔ)水，出預(yù)熱器的氣體去低變爐，出低變爐的變換氣體溫度約230℃，經(jīng)過低變廢鍋副產(chǎn)蒸汽后，去脫碳系統(tǒng)，變換氣分別經(jīng)過加壓再生塔底部的低變煮沸器，常壓再生塔底部的煮沸器后去低變水冷器及分離器出凝液后，去一次吸收塔進(jìn)行吸收，脫除大部分二氧化碳后，出塔氣體含二氧化碳約1.5%，此氣體去二次吸收塔底部，在塔內(nèi)被加壓塔底部用貧液泵輸送來的貧液逆流吸收，最終出塔精制氣二氧化碳含量約0.3%，配氮?dú)夂?，去甲烷化換熱器，甲烷化調(diào)整加熱器，被加熱后的氣體去甲烷化爐進(jìn)行反應(yīng)，出爐氣體經(jīng)過甲烷化換熱器，甲烷化水冷器，甲烷化分離器后，經(jīng)過壓縮機(jī)提壓，輸送到氨合成系統(tǒng)見圖1。

圖1 現(xiàn)有氣頭合成氨流程

2.2 新系統(tǒng)甲醇及乙醇原料氣路線簡(jiǎn)介

新系統(tǒng)的甲醇合成氣制備采用了煤頭路線，即采用了水煤漿氣化，中溫耐硫變換，低溫甲醇洗工藝來制備甲醇合成氣，新系統(tǒng)的甲醇合成壓力為5.2MPa，采用四塔精餾工藝。其中乙醇裝置所需要的合成氣從甲醇合成氣總管抽出。

甲醇合成氣組成如表1所示：

表1 甲醇新鮮合成氣參數(shù)

2.3 改造思路

將老系統(tǒng)的天然氣頭制得的合成氣輸送到新系統(tǒng)，確保甲醇裝置達(dá)到日產(chǎn)1 100t負(fù)荷（110%負(fù)荷），乙醇裝置滿負(fù)荷（100%負(fù)荷），對(duì)新老系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，對(duì)老系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化氣組成進(jìn)行分析，其氫碳比高，氫氣含量高達(dá)70.65%，而一氧化碳僅為15.96%，二氧化碳含量為12.92%，計(jì)算=2.32，但甲醇合成氣需要的二氧化碳含量為2%～3%左右，因此天然氣二段轉(zhuǎn)化氣若要配置成甲醇合成氣，經(jīng)過余熱回收后，經(jīng)過部分脫碳（一次脫碳后CO2約1.5%），輸送至新系統(tǒng)去調(diào)節(jié)煤頭低溫甲醇洗出口的甲醇合成氣，粗煤氣可以通過改變主副線氣體比例調(diào)節(jié)氫碳比，二股氣體混合若要配置成合格的甲醇合成氣，粗煤氣的主副線比例需要進(jìn)行調(diào)整，即根據(jù)物料衡算重新確定。

3 原料氣調(diào)整物料衡算

3.1 單煤頭現(xiàn)有工況

單煤頭100%負(fù)荷工況日產(chǎn)千噸精醇，計(jì)算變換主線及副線工藝氣體量：

變換粗煤氣組成如表2所示：

表2 粗煤氣組成

甲醇新鮮氣組成：氣量96 700m3/h，經(jīng)過計(jì)算：?jiǎn)蚊侯^日產(chǎn)千噸甲醇，主線氣體比例約56%，副線氣體比例約44%。

3.2 氣頭與煤頭組合工況

在兩臺(tái)氣化爐為100%負(fù)荷前提下，日產(chǎn)1 100t精醇及日產(chǎn)300t乙醇，計(jì)算變換主線及副線工藝氣體量：日產(chǎn)1 100t精醇需要甲醇合成氣110 000m3/h，日產(chǎn)300t乙醇需要合成氣20 000m3/h，因此共需要合成氣130 000m3/h，煤氣化制備的合成氣約96 700m3/h，因此天然氣制備的甲醇合成氣應(yīng)為130 000-96 700=33 300m3/h，天然氣轉(zhuǎn)化制備的合成氣經(jīng)過余熱回收，一次脫碳后制得的合成氣中CO2含量為1.5%，一次脫碳?xì)鈿涮急葹?.01∶1，高于甲醇合成氣所需要的氫碳比，因此氫氣過量，此氣體去調(diào)節(jié)煤頭的低溫甲醇出口的洗滌氣，煤頭洗滌氣需要適當(dāng)減少氫碳比，即少變換一些，才能與氣頭的一次脫碳?xì)鈸胶虾笈渲贸煞弦蟮募状己铣蓺?，?jīng)過計(jì)算得如下：進(jìn)變換爐的主線氣體量為V1=55 849.5，副線量為V2=62 201.5，主線氣體比例=47.3%，副線氣體比例=52.7%，可以看出，氣煤組合方案僅需要調(diào)整煤頭變換工序的主副線氣體比例就可以實(shí)現(xiàn)甲醇合成氣組成要求。

4 改造方案的確定

4.1 老系統(tǒng)改造方案

根據(jù)氣煤組合物料衡算的結(jié)果，并根據(jù)一次脫碳的物料平衡可以計(jì)算老系統(tǒng)轉(zhuǎn)化氣總管出口需要分流的干氣量為37 667 m3/h，折合原料天然氣量為10 959m3/h，基本相當(dāng)于一套轉(zhuǎn)化裝置的投氣量，因此只需要將此一套轉(zhuǎn)化氣經(jīng)過余熱回收，一次脫碳后即可送往新系統(tǒng)。

改造路線（見圖2）如下：轉(zhuǎn)化系統(tǒng)不做改造，將來自轉(zhuǎn)化廢鍋總管的轉(zhuǎn)化氣引至一期中變廢鍋入口，氣體經(jīng)一期中變廢鍋、一期中變廢鍋給水預(yù)熱器后送至一期低變廢鍋、一期低變煮沸器、一期低變水冷器、一期低變分離器，再經(jīng)一期一次脫碳吸收塔，工藝氣體從一次脫碳吸收塔底進(jìn)入，與塔頂來的脫碳溶液逆流接觸，脫除工藝氣體中的二氧化碳，控制脫碳后工藝氣體中二氧化碳含量≤1.5%。從脫碳塔頂來的工藝氣體經(jīng)一次脫碳吸收塔后分離器后去一期小甲烷化水冷器、一期小甲烷化分離器、凈化后的工藝氣體送往新系統(tǒng)，停用一套氨合成裝置。由于新系統(tǒng)壓力較高5.2MPa，老系統(tǒng)甲烷化后壓力僅為2.45MPa，因此需要新增一臺(tái)合成氣提壓壓縮機(jī)將老系統(tǒng)氣體提壓后送往新系統(tǒng)低溫甲醇洗出口甲醇合成氣體總管，混合均勻后約20 000m3/h的合成氣送乙醇裝置，其余110 000m3/h送甲醇合成裝置。

4.2 老系統(tǒng)改造方案

表3 老系統(tǒng)改造方案

圖2 改造后氣煤組合流程

4.3 新系統(tǒng)改造方案

表4 新系統(tǒng)改造方案

由以上方案可以看出，老系統(tǒng)僅新增一臺(tái)往復(fù)式甲醇合成氣壓縮機(jī)，輸送管線利用舊管線，老系統(tǒng)中變和低變、甲烷化增加旁路，并抽加盲板，原有合成氨流程給予保留。新系統(tǒng)沒有大的改造，僅僅是變換工藝氣主副線比例。

5 氣頭甲醇合成氣成本計(jì)算

原一套合成氨原料氣路線改為甲醇原料氣路線后，原料氣的成本是至關(guān)重要因素，由于改造路線已經(jīng)確定，應(yīng)按照改造后的路線確定制造成本。以單套轉(zhuǎn)化，原料天然氣量為10 959m3/h，轉(zhuǎn)化干氣量37 667m3/h，甲醇合成氣33 300m3/h為基準(zhǔn)計(jì)算。

表5 核心動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)表

表6 成本分析表

現(xiàn)有新系統(tǒng)煤頭的甲醇合成氣實(shí)際制造成本為0.75元/m3，氣煤組合方案，實(shí)現(xiàn)了碳?xì)浠パa(bǔ)，摻和后成本為0.735 6元/Nm3，較原先單煤甲醇合成氣制造成本下降0.014 4元/m3，每小時(shí)節(jié)約成本1 872元，年按330d運(yùn)行，年節(jié)約成本1482.62萬元。氣煤組合方案生產(chǎn)甲醇乙醇實(shí)現(xiàn)了原料來源的兩路保障，使得企業(yè)抵御風(fēng)險(xiǎn)能力更強(qiáng)，因此天然氣造氣裝置向甲醇乙醇裝置供應(yīng)合成氣在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上是可行的。

6 結(jié)束語

該項(xiàng)目已經(jīng)于2017年初全面實(shí)施，工程設(shè)計(jì)由公司設(shè)計(jì)室設(shè)計(jì)，整個(gè)項(xiàng)目投資約740萬元，目前已經(jīng)進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)的招標(biāo)階段，預(yù)計(jì)2018年初整個(gè)項(xiàng)目將投入使用，該項(xiàng)目投用，使興化集團(tuán)將一套天然氣轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的合成氣，再生產(chǎn)高附加值的甲醇和乙醇產(chǎn)品，停用一套能耗很高的高壓合成氨裝置后，老系統(tǒng)的氨加工裝置所缺的氨由新系統(tǒng)來提供，新系統(tǒng)的氨生產(chǎn)成本更低，用新系統(tǒng)的氨去老系統(tǒng)，使得整個(gè)系統(tǒng)得到優(yōu)化，同時(shí)氣煤組合生產(chǎn)甲醇乙醇將使興化集團(tuán)實(shí)現(xiàn)原料氣及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

Discussion on the Supply of Synthetic Gas to Ethanol and Methanol Plant in Natural Gas Gas Making Unit

Zhang Ming

TQ223.121

A

1003–6490（2017）09–0003–03

2017–07–07

張明（1981—），男，陜西興平人，工程師，主要從事化工工藝設(shè)計(jì)工作。