淺析如何手動分析天然氣制甲醇裝置的水碳比

羅干云 張小橋 柴金龍

摘 要：本文主要分析了以天然氣為原料制作甲醇的生產裝置中合理的控制水碳比。對水碳比控制的相關原理、控制方案進行分析，從而在實際的操作中可以起到參考的作用。

關鍵詞：天然氣：制甲醇裝置：水碳比

1 概述

年產85萬噸甲醇裝置，裝置區內制氫設備有預轉化爐及轉化爐各一臺，當前水碳比的監控方式主要是在線DCS及ESD顯示為主，并通過理論計算加以對比，為明確在線顯示值及計算值的真實性，通過行業相關經驗并結合裝置實際，決定增加手動分析水碳比相關設備及分析方法，以達到減小水碳比顯示誤差，給工藝分析提供依據的目的。

2 項目確定的依據

取一段時間內，將轉化氣通過取樣冷卻器冷凝并將冷凝的水蒸氣加以收集，讀出冷凝水的體積待用，冷凝并去除水蒸氣的轉化氣進一步通過轉子流量計加以計量氣體量，經過計量后的氣體通過球膽取樣，通過色譜分析其成分和含量，通過克拉伯龍方程（近似計算）和水碳比計算公式，即可計算出轉化氣中的水碳比，此方法簡單實用，涉及的計算數據相比在線分析及手動計算大大降低了儀表帶來的誤差。

3 測定方法

3.1 范圍

本規程測適應于甲醇裝置轉化爐進口水碳比及預轉化進口水碳比測定。

3.2 方法提要

將取樣點的混合氣通過冷卻器冷卻后，收集冷卻后的氣體中的水分并計量，除去水分后的氣體通過轉子流量計計量累計氣體量，并在轉子流量計出口取樣分析其中的氣體成分，然后通過水碳比計算公式計算出水碳比。

3.3 儀器

100mL收集管一根;轉子流量計一臺;500mL塑料燒杯一個;乳膠管3米;0-100℃溫度計一支;鐵架臺一個;秒表一個;100mL玻璃針筒一個;TCD氣相色譜儀一臺。

3.4 分析步驟

①打開取樣點水冷器的循環水閥和該取樣點的氣體根部閥，打開樣點排放閥，讓樣品排放5-10分鐘;②現場確定好流量計安裝位置，加入適量的純凈水，塞上流量計所有塞子及溫度計，將流量計調至水平。確認流量計水平后，取下所有塞子，打開流量計排水閥，查看是否有水排出，若有水排出立即將其排凈，然后蓋上排水蓋;③打開取樣點球閥、針型閥排放5分鐘;④接上收集液管、塞緊收集瓶塞子，關閉收集液排水口、再連接流量計，再用針型閥調節氣流速（2.4～2.6升/分鐘）及氣體冷卻水滴速（一秒控制2-3滴）。氣體流速相對穩定后，再打開收集管排水閥，將水排凈。待流量計指針刻度在“2”時，快速關閉排水閥。立即記錄此刻流量計的始讀數。當收集管冷凝液收集至35mL～70mL流量計指針轉到“2”時，記錄收集液的準確體積，迅速取下流量計的連接管，記錄流量計終止讀數、溫度計顯示溫度;⑤用100mL玻璃針筒在收集管排氣出口取氣體樣品，取樣時玻璃針筒需置換3次以上再取樣。[1]

3.5 水碳比計算

水碳比以X按下式計算：

其中：N（mL）=（收集液體積/18）;n-物質的量（mol）=P*V/（T*R）;P-壓強（Pa，A）=大氣壓*1000+0;V-氣體體積（m3）=（流量計止數體積- 流量計初數體積）/1000;T-開氏溫度（K）=記錄溫度+273;R-（常數） Pa.m3/（mol.k）=8.314;氣體碳原子數=碳原子含量*1/100。

4 水碳比實驗安裝條件、校正

4.1 現場安裝水碳比進行檢測

5月3日開始配管安裝轉化爐進口工藝氣取樣水冷器，5月4日開始多次取樣做轉化爐進口的氣樣分析;5月5日配管安裝預轉化爐進口取樣水冷器，5月12日開始多次做預轉化爐進口的氣樣分析。

4.2 實測數據的處理：[2]

通過對流量計的校正、1分鐘控制流速2.4升到2.6升之間確保流速一致，對溫度計測定值與測溫槍測量值完全符合、安裝壓力表-40kPa至80kPa的量程，現場測定壓力無顯示;數據計算公式與戴維公司計算無差異（計算公式一樣）。

4.3 初步結論

①通過對手動取樣分析數據的統計，轉化爐進口水碳比平均值在2.86左右，預轉化進口水碳比在2.59，比當前DCS顯示值均高出0.2左右，即實際水碳比偏高;②現工況下98%負荷，DCS水碳比2.65-2.70，轉化爐溫度874℃，S-12015對應的轉化氣成本中殘余甲烷含量與100%滿負荷設計及2014年11月100%負荷性能考核期間的分析數據對比，現有98%工況下轉化氣殘余甲烷2.2%，遠低于設計3.28%，與2014年11月100%負荷比殘余甲烷也低0.4%，除受轉化爐溫度控制的影響。實際水碳比應高于表顯示水碳比。

5 總結

結合現場實測與表顯的差值，同時平行比較設計（100%負荷），以及2014年11月工況和現運行工況，初步判定實際的水碳比偏高。建議在現有的水碳比基礎上先降低0.05，同時密切關注轉化氣殘余甲烷的組分變化。并根據組分變化及水碳比值情況再組織分析討論確定下一步的調整思路。

參考文獻：

[1]田景君.分析化學[C].北京：化學工業出版社，2001：42.

作者簡介：

羅干云（1984- ），女，大專，助理工程師。