裝置提壓運行對甲烷化產品氣產量分析研究

宋金成

摘 要：隨著我國人民物質條件的不斷提高及對生活環境改善的迫切要求，國家提出煤改氣等措施解決霧霾等環境問題，所以對清潔型新能源天然氣的需求與日俱增。重所周知我國是一個多煤，少油、貧氣的能源結構。天然氣缺口巨大，尤其是冬季采暖季節多地出現用氣荒，于是煤制天然氣的發展戰略就成為優化當下能源結構，解決天然氣缺口的一個主要方法，再加上天然氣的環保特性，于是利用煤資源加上甲烷化工藝技術制天然氣，更受到了人們的親賴。如何在有限的裝置內提高甲烷化產品氣產量的分析研究已成為了當今熱點話題。

關鍵詞：煤制天然氣；甲烷化工藝；提高產品氣產量；分析研究

1 引言

甲烷化反應是體積減小的反應，在高壓下進行對正向反應更有利，且可適用于不同煤氣化技術生產的合成氣；此外，提高壓力，壓縮機做功將會降低，透平壓縮機消耗高壓蒸汽量會減少。因此，提高壓力是本文研究的方向。

表1列出了常見的產品規格。SNG的高熱值通常在8900-9100Kcal/Nm3。可以對比一下，純凈的甲烷高熱值是9494 Kcal/Nm3。經空分裝置帶進的氮氣會混入裝置，并混在SNG產品中。由于甲烷化反應使氣體體積減小，惰性氣體在SNG產品中的濃度將會是在原料中的4倍。大部分CO2轉化成CH4。原料中過量的氫氣可能導致在SNG中也含有0.5-1vol%的氫氣。SNG通常使用天然氣管線進行輸送，因此必須符合相關的氣體規格。表1給出了SNG的一些典型參數和克期煤制氣生產出的合成氣（2016年10月份）組分對比。

由于煤氣化爐的類型不同，以及每個廠家設計條件不同，相應的產出和消耗數據也都不一樣，從表1中可以看出，甲烷化分廠SNG數據優于GE氣化煤預期組分及典型SNG組分。

2 甲烷化裝置提壓分析

2.1 裝置設計要求

甲烷化裝置采用英國Davy工藝，甲烷化反應是體積縮小的放熱反應，系統壓力從前至后逐步遞減。原設計入口原料氣壓力為3.2MPa，脫硫槽出口壓力為3.08MPa，循環壓縮機入口壓力為2.68MPa，出口產品氣壓力為2.25MPa。首站裝置壓縮機入口及入站設計操作壓力2.25MPa，首站壓縮機出口設計操作壓力為小于7.4MPa。

2.2 工藝技改分析

2.2.1 降低系統壓降

甲烷化裝置2012年7月和2013年7月公司一系列裝置先后完成了A、B單元的大負荷運行。2013年12月18日，公司一系列裝置正式商業化運行，合成裝置最大運行負荷約80%。2014年7月5日，公司一系列裝置完成大負荷考核。當前合成裝置實際運行負荷約為50%。

PIC71002為原料氣壓力，PIC71092為脫硫槽出口壓力，PIC71030為產品氣壓力。表2中列出了2014年7月份大負荷運行數據，從中可以看出，合成裝置系統壓降小于設計值。但是脫硫槽前的系統壓降大于設計值，實際壓降是設計壓降的2.58倍。經過分析，脫硫槽壓降高主要原因為PV-71001A閥門開度小，存在明顯的節流。因此考慮通過調節首站壓縮機轉速和防喘閥開度，來提高甲烷化裝置產品氣壓力，進而減小甲烷化裝置系統壓降，可以達到節能降耗的目的。

2.2.2 提高產品氣壓力

通過2016年甲烷化裝置提壓運行的各項參數，結合原料氣質量流量核算甲烷化裝置提壓運行方案對產品氣產量影響分析，數據如表3所示。

表3中序號1至5分別代表了采集數據的時間，序號1代表數據采集時間為2016年7月8日0點至2016年7月25日0點，序號2代表數據采集時間為2016年2月19日0點至3月20日0點，序號3代表數據采集時間為2016年3月22日0點至2016年4月25日0點，序號4代表數據采集時間為2016年8月4日0點至2016年9月4日0點，序號5代表數據采集時間為2016年10月20日0點至2016年11月7日0點。

從表3中采取產品氣壓力、產品氣CH4含量、凈化氣和產品氣單耗等數據繪制圖1，從圖1可以看出，隨著產品氣壓力的增加，產品氣中CH4含量有著顯著的增長，高壓蒸汽和凈化氣單耗有著相反的趨勢，隨著產品氣壓力增加至2.7MPa時，高壓蒸汽單耗達到最低值；而隨著產品氣壓力的逐漸升高，凈化氣單耗達到最高值。

3 結論

本文研究甲烷化分廠生產優化項目，裝置提壓運行過程對甲烷化產品氣產量影響分析，通過提高合成產品氣壓力，產品中CH4含量由97.56%增加至98.58%，產品氣質量有大幅度提高，與上半年參數進行比較，降低高壓蒸汽單耗0.0624t/kNm3。

參考文獻：

[1]陳聲宗.化工過程開發與設計[M].北京：化學工業出版社，2005.

[2]吳志泉.化工工藝計算[M].北京：化學工業出版社，1990.