降低甲醇裝置天然氣消耗的技術(shù)措施分析

李東林

（中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 572600）

隨著氣田的大規(guī)模開發(fā)和應(yīng)用，天然氣制甲醇的廠家日益增多，且生產(chǎn)甲醇成本中天然氣消耗已成為影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要因素之一。中海石油建滔化工有限公司年產(chǎn)60萬噸甲醇裝置,以海南東方1-1氣田產(chǎn)高CO2、N2，低CH4的天然氣（HHV22.8MJ/Nm3左右）為原料，綜合能耗30.78吉焦/噸，為國內(nèi)甲醇生產(chǎn)裝置中能耗較低，達(dá)到世界先進(jìn)水平。其主要工藝為：海上平臺(tái)來的天然氣與蒸汽混合，在轉(zhuǎn)化催化劑作用下反應(yīng)生成合成氣，經(jīng)壓縮機(jī)提壓后進(jìn)入合成塔，循環(huán)反應(yīng)生成含有粗甲醇的混合物，再由精餾系統(tǒng)分離提純?yōu)榫状籍a(chǎn)品，最后送入配套的成品單元。主要的工藝特點(diǎn)：采用高CO2、N2，低CH4為原料的天然氣；大型頂燒轉(zhuǎn)化爐；一段蒸汽轉(zhuǎn)化；單機(jī)壓縮；單塔合成；雙塔精餾。

1 選擇適宜的轉(zhuǎn)化催化劑

在現(xiàn)化工業(yè)化制甲醇裝置中，選擇高活性的催化劑，可以提高甲醇反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，降低企業(yè)能耗，延長設(shè)備使用壽命，確保甲醇裝置生產(chǎn)的穩(wěn)定性。由于我廠的原料是來自東方1-1氣田的天然氣，其中CO2含量高，平均在20%以上。為此，采用鎳鉬加氫催化劑，它對(duì)CO2，CO的甲烷化副反應(yīng)速率比鈷鉬催化劑慢，有效地避免了甲烷化反應(yīng)而導(dǎo)致的超溫現(xiàn)象的發(fā)生。

2 減少燃料天然氣消耗

2．1 提高轉(zhuǎn)化爐熱效率

在生產(chǎn)甲醇時(shí)，天然氣單耗量為天然氣總量/甲醇產(chǎn)量。天然氣總量包含燃料天然氣和工藝天然氣。當(dāng)裝置負(fù)荷一定時(shí)，工藝天然氣量不變，減少天然氣消耗的關(guān)鍵在于減少燃料天然氣耗量。提高轉(zhuǎn)化爐熱效率，有助于減少天然氣消耗。①控制轉(zhuǎn)化爐煙氣氧含量。煙氣的過剩空氣系數(shù)過高，會(huì)使煙氣攜帶的熱量增多，降低轉(zhuǎn)化爐的熱效率；過?？諝庀禂?shù)過低，燃燒不完全，產(chǎn)生CO，反而引起燃料耗量增加，所以控制適當(dāng)?shù)倪^剩空氣系數(shù)值對(duì)轉(zhuǎn)化爐的燃料消耗和熱效率至關(guān)重要。在具體操作時(shí)，依據(jù)燒咀考克的大小調(diào)整風(fēng)門擋板，根據(jù)實(shí)際操作我裝置一般將煙氣內(nèi)氧含量控制在1.4%～2.0%左右，此時(shí)，可以減少燃料氣的使用量112Nm3/h。②控制轉(zhuǎn)化爐膛負(fù)壓。在高負(fù)壓工況下，煙氣流動(dòng)速度快、且攜帶大量熱量，使排煙溫度上升，引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高。若煙氣流動(dòng)速度慢，則負(fù)壓低，換熱效率上升，排煙溫度下降。按照操作數(shù)據(jù)可知，爐膛負(fù)壓降低到-38.1Pa時(shí)，可以使燃料氣消耗量降低，我裝置一般將爐膛負(fù)壓控制在-28.3～-38.1Pa范圍內(nèi)，此時(shí)，可以減少燃料氣的使用量71Nm3/h。③增加燃料氣壓力。在一定范圍內(nèi)，增加燃料氣壓力，擴(kuò)大爐管受熱面積。當(dāng)轉(zhuǎn)化爐出口溫度穩(wěn)定時(shí)，可以使燃料氣消耗減少。按照操作數(shù)據(jù)可知，燃料氣壓力上升時(shí)，可以減少燃料氣量46Nm3/h。④增加混合氣溫度。對(duì)飽和蒸汽與過熱蒸汽流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠增加工藝蒸汽溫度，以提升混合氣溫度，根據(jù)轉(zhuǎn)化爐的設(shè)計(jì)與實(shí)際工況，我裝置將轉(zhuǎn)化爐進(jìn)口溫度控制在560℃左右，從而達(dá)到減少燃料氣量的目的。

2．2 減少蒸汽使用量

當(dāng)裝置生產(chǎn)穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化爐出口溫度穩(wěn)定時(shí)，工藝生產(chǎn)所獲得的中壓蒸汽源自于煙道廢鍋，所以，當(dāng)蒸汽消耗量減少時(shí)，燃料天然氣的使用量也隨之減少，其作用表現(xiàn)在：①減少鍋爐水排污量。對(duì)于鍋爐排污爐水，可以攜帶走大量熱量。所以滿足爐水指標(biāo)后，采用關(guān)小連排方式控制，可以將轉(zhuǎn)化與合成爐水的排污量控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，不僅可以避免蒸汽的浪費(fèi)，還可以減少鍋爐上水量和爐水加藥量。操作數(shù)據(jù)顯示，轉(zhuǎn)化汽包排污率降低至2%，可以增加蒸汽產(chǎn)生量，以此減少燃料氣量。②提升蒸汽品質(zhì)。采用轉(zhuǎn)化爐煙氣余熱，可以增加高壓蒸汽壓力、過熱后溫度，以此加強(qiáng)高壓蒸汽的潛能。采用此種方式，高品質(zhì)高壓蒸汽可以為壓縮機(jī)和鼓引風(fēng)機(jī)提供可靠的驅(qū)動(dòng)力，以此減少中壓蒸汽消耗量。③降低水碳比。高水碳比有助于提升轉(zhuǎn)化反應(yīng)，對(duì)轉(zhuǎn)化催化劑析碳產(chǎn)生抑制效果，但蒸汽消耗量也持續(xù)增加，從而增加爐管熱負(fù)荷。在滿足工藝要求的同時(shí)，盡量降低水碳比和減少燃料氣消耗。我裝置一般情況下，將轉(zhuǎn)化反應(yīng)水碳比控制在2.75左右。

3 增加甲醇產(chǎn)量，降低損耗

當(dāng)轉(zhuǎn)化氣質(zhì)量和轉(zhuǎn)化負(fù)荷一定時(shí)，可以提升合成反應(yīng)效率，以減少合成精餾系統(tǒng)的甲醇損耗，還能夠增加甲醇產(chǎn)生量。所應(yīng)用的技術(shù)措施如下：①對(duì)合成反應(yīng)溫度、空速和壓力進(jìn)行控制，確保合成催化劑處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。②對(duì)合成系統(tǒng)馳放氣排放量進(jìn)行合理控制。③提升合成水冷、空冷效果，以降低循環(huán)氣溫度，回收馳放氣，降低甲醇損耗。一般情況下，將循環(huán)氣冷卻后溫度控制在40℃左右。④降低預(yù)塔和精餾主塔的冷卻后溫度，減少不凝氣排放，降低甲醇損耗。一般情況下將精餾甲醇采出溫度控制在40℃左右。⑤注重精餾主塔甲醇含醇量的控制，以減少甲醇外排損耗。將主塔塔底水含醇量控制在0.1%以內(nèi)。⑥對(duì)主塔回流量及熱量進(jìn)行調(diào)整，確保主塔熱量處于均衡狀態(tài)，且汽液負(fù)荷狀態(tài)穩(wěn)定。當(dāng)產(chǎn)品合格時(shí)，可以減少回流量，以此增加產(chǎn)品采出量。

4 注重裝置技術(shù)改進(jìn)

4．1 優(yōu)化改造循環(huán)水系統(tǒng)

循環(huán)水涼水塔是現(xiàn)代大型工業(yè)裝置中重要的冷卻散熱設(shè)備之一，實(shí)際生產(chǎn)中為確保涼水塔的降溫效果，一般選用6KV電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行散熱，而所選電機(jī)的功率都會(huì)有較大富裕，這樣既浪費(fèi)電能又會(huì)造成較大的噪音污染。利用水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)葉輪散熱對(duì)傳統(tǒng)涼水塔進(jìn)行節(jié)能改造，就是充分利用循環(huán)水回水系統(tǒng)富余能量來驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和風(fēng)量，省去了原配6KV電機(jī)與附屬設(shè)備，以節(jié)約電能和維護(hù)費(fèi)用，從而獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。改造循環(huán)水系統(tǒng)4000t涼水塔3臺(tái)風(fēng)機(jī)，單臺(tái)涼水塔電機(jī)耗電為117.8Kw/h，以全年工作約8000h計(jì)算，每年可節(jié)省費(fèi)用約1752864元。改造循環(huán)水系統(tǒng)圖如圖1。

圖1 改造循環(huán)水系統(tǒng)

4．2 增設(shè)膜分離裝置

合成催化劑中后期活性開始衰退，弛放氣量隨合成催化劑活性的降低而增加。到合成催化劑后期受PSA系統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)荷的限制，多余的馳放氣只能送去轉(zhuǎn)化做燃料氣燃燒，造成了H2資源極大的浪費(fèi)和甲醇產(chǎn)量的下降，也造成了大量溫室氣體的排放。為了減少H2損失，優(yōu)化合成系統(tǒng)的反應(yīng)，提高裝置效率，增加甲醇產(chǎn)量，增設(shè)膜分離裝置，通過實(shí)際計(jì)算比較，回收弛放氣中氫氣3178Nm3可增加1噸精甲醇，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，合成催化劑使用三年,通過膜分離系統(tǒng)可多回收H2約9504萬Nm3，三年內(nèi)累計(jì)可增加精甲醇約13680.9噸，由于弛放氣中的H2已經(jīng)回收，弛放氣熱值降低，投用膜分離后裝置能耗低0.21GJ/t。

圖2 增設(shè)膜分離裝置

增設(shè)膜分離裝置圖如圖2。

5 結(jié)語

節(jié)能減排、降本增效是企業(yè)的生存之本。通過分析降低甲醇裝置天然氣消耗的各種技術(shù)措施，以指導(dǎo)優(yōu)化甲醇生產(chǎn)，從而創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。