甲烷化工藝聯鎖介紹

李雅靜，郭振國，杜明洋

(中海油石化工程有限公司，山東 濟南 250101)

隨著國內生活水平的提高，環保意識的逐漸增強，天然氣的需求量明顯增加。天然氣的主要來源除國內氣田和焦爐煤氣制天然氣、煤制天然氣外，進口的比例也逐漸增大，目前中國已成為全球第一大天然氣進口國。由此可見，發展煤制天然氣是十分必要的。

國內在建和已建的煤制天然氣項目包括內蒙古大唐國際多倫煤化工有限公司克什克騰旗項目、內蒙古大唐阜新項目、內蒙古匯能煤化工有限公司項目、新疆慶華伊寧煤化工有限公司項目、山東新汶礦業伊犁項目等。煤制天然氣的工藝包括：煤氣化、變換、凈化、甲烷化、液化等單元。甲烷化技術是焦爐氣制天然氣、煤制天然氣的關鍵技術之一[1]，已建成的甲烷化單元的工藝技術主要采用Davy工藝和Top?e工藝。本文介紹Tops?e甲烷化工藝的主要聯鎖方案。

1 工藝流程簡介

Tops?e公司在傳統TREMP工藝的基礎上，推出了集中甲烷化工藝，包括首段循環五級甲烷化工藝、二段循環四級甲烷化工藝和水飽和五級甲烷化工藝等[2]。以下為水飽和五級甲烷化工藝介紹(見圖1)。

圖1 甲烷化工藝流程簡圖

從凈化工段來的原料氣在進甲烷化反應器前首先經過脫硫槽脫除原料氣中的硫組分。

第二段脫硫槽出口氣進入飽和水塔，在飽和塔中脫除硫后的工藝氣與干燥器出來的工藝冷凝液逆流接觸增濕原料氣，從飽和水塔頂部出來的工藝氣被預熱至218 ℃后進入R1 甲烷化反應器。

經R1 甲烷化反應器反應后，反應器出口溫度達731 ℃。然后合成氣通過1#廢鍋副產蒸汽，被降溫后的工藝氣再進入R2 反應器。R2 甲烷化反應器的出口溫度約為602 ℃。R2 反應器出口工藝氣依次通過2 個蒸汽過熱器、2#廢鍋后被降溫至300 ℃后進入R3 反應器。

R3 反應器出口工藝氣溫度約為449 ℃。該氣體首先經過第三廢熱鍋爐等一系列換熱器進行熱量回收。冷卻后的工藝氣然后進入干燥器進行氣水分離，工藝冷凝液被分離出來，分離出來的冷凝水通過泵被送至飽和水塔循環利用。干燥器頂部出來的工藝氣通過一系列換熱器被進一步降溫后再通過氣液分離器，將冷凝水分離出來。然后氣體與R5 反應器出口氣體進行換熱，將R4 反應器入口溫度提高到270 ℃。

R4 反應器出口工藝氣經換熱器降溫至280 ℃后進入R5 甲烷化反應器。出R5 甲烷化反應器的合成氣，經降溫后將氣體中的水分冷凝分離出來，氣體作為SNG 產品。

2 工藝聯鎖介紹

2.1 原料凈化系統停車

原料凈化系統停車的觸發原因包括：DCS手動停車信號、全廠停車信號和原料凈化系統的壓力低低信號。

如果原料凈化系統停車，將會導致粗甲烷化停車、煤氣進料切斷和進硫保護罐的蒸汽切斷。

由于后續所有的流程操作都基于原料凈化系統正常運行的基礎上，原料凈化系統停車將會觸發后續大部分的聯鎖信號。

2.2 粗甲烷化系統停車

粗甲烷化系統停車的觸發原因包括：DCS手動停車信號、原料凈化系統停車信號、精甲烷化系統停車信號、第一甲烷化反應器溫度高高信號、第二甲烷化反應器溫度高高信號、第一甲烷化反應器循環氣與新鮮氣進料比異常信號、蒸汽汽包液位低低信號、蒸汽過熱器出口工藝氣溫度高高信號。

如果粗甲烷化系統停車，將會導致精甲烷化系統停車和第一甲烷化反應器進料氣切斷。

由于整個甲烷化工藝主要依靠粗甲烷化系統獲得熱量，因此該停車信號會觸發后續大部分的聯鎖信號。

2.3 精甲烷化系統停車

精甲烷化系統停車的觸發原因包括：DCS手動停車信號、粗甲烷化系統停車信號、精甲烷化系統壓力低低信號、第二氣液分離器液位高高信號、第四甲烷化反應器溫度高高信號。精甲烷化系統停車將會導致產品氣輸出系統停車、來自粗甲烷化系統的工藝氣進氣切斷。

2.4 產品氣輸出系統停車

產品氣輸出系統停車的觸發原因包括：DCS手動停車信號、精甲烷化系統停車信號、第三氣液分離器液位高高信號。產品氣輸出系統停車將會導致停車信號送往下游工段、產品氣SNG輸出界區閥門切斷。

2.5 中壓蒸汽至低壓蒸汽總管停車信號

中壓蒸汽至低壓蒸汽總管停車的觸發原因包括：DCS手動停車信號和低壓蒸汽總管的蒸汽溫度超溫。

中壓蒸汽至低壓蒸汽總管停車信號將會導致中壓蒸汽至低壓蒸汽總管的進料被切斷。

2.6 第二氣液分離器凝液輸送信號停車

第二氣液分離器凝液輸送信號停車的觸發原因包括：DCS手動停車信號和第二氣液分離器液位低低信號。

第二氣液分離器凝液輸送信號停車將會導致分離器液相出口閥門關閉，切斷第二氣液分離器的凝液。

2.7 第三氣液分離器凝液輸送信號停車

第三氣液分離器凝液輸送信號停車的觸發原因包括：DCS手動停車信號和第三氣液分離器液位低低信號。

第三氣液分離器凝液輸送信號停車將會導致分離器液相出口閥門關閉，切斷第三氣液分離器的凝液。

2.8 甲烷化工段進氣停車

甲烷化工段工藝氣進氣系統停車的觸發原因包括：粗甲烷化系統停車信號、粗甲烷化系統壓力低低信號。

甲烷化工段工藝氣進氣系統停車會導致甲烷化進料氣切斷。

3 結語

由于安全生產的需要，甲烷化工藝裝置需要設置必要的安全聯鎖。以上聯鎖設置為甲烷化工藝常見設置，具體項目的設置方式還需要參考安全專篇及HAZOP分析的結果，結合工藝流程進行適當的增減。