天然氣制甲醇裝置工藝優化分析

陳巖

（中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 570300）

現階段，天然氣制甲醇裝置優化、節能降耗，致使甲醇市場面臨較大市場威脅，對甲醇產質量影響較大，還會危害甲醇市場運行發展。本文圍繞天然氣制甲醇裝置展開討論，該裝置年產量為60萬噸，注重整體裝置工藝流程分析，按照實際過程，優化整體裝置。

1 天然氣制甲醇裝置工藝現存問題

1.1 開停車掌握

系統多數事故隱患發生在開停車環節，若不注重控制開車情況，將會影響前后銜接效果，加劇能源消耗，還會嚴重影響設備壽命。比如，停車環節必須確保高操作水碳比，確保鍋爐、汽包液位、脫氧槽液位穩定性，防止轉化爐對流段盤管超溫，還應當避免轉化爐管溫度持續上升。在開車期間，建立蒸汽系統，明確工藝系統，轉化爐氮氣升溫時間、轉化爐引蒸汽升溫、轉化爐投料時間，都和升溫氣量、床層溫度相關，在開停車時，應當對不同環節時間進行預判，按照工序開停車時間，優化安排操作控制要點，以免影響設備運行。在長時間停車后，開車總體程序；供電系統投用，循環水預膜，建設儀表空氣管網、工廠空氣管網。鍋爐給水系統開車，引天然氣進接區，投入火炬系統。輔助鍋爐開車，建立蒸汽管網，引風機、鼓風機開車。精餾系統開車，投用中間罐區。開啟壓縮機，建設大氮循環，轉化爐氮氣循環升溫、轉化爐蒸汽升溫，合成壓縮機停車。轉化爐投料，添加負荷，合成壓縮機開車，合成系統開車。精餾系統開車調整。系統優化調整，給水泵透平開車，循環水透平開車。

1.2 轉化管熱斑

在生產過程中，當轉化管出現熱斑，多是由于催化劑裝填不佳，存在架橋問題。催化劑中毒，極易產生析碳，降低催化劑活性，導致析碳現象。當操作不到位，會導致析碳爐管局部過熱。轉化管熱斑，對轉化爐管使用壽命影響比較大，還會加劇能源損耗，從而引發重大事故。注重調整轉化管熱斑，基于供熱角度分析，檢查燒嘴問題，比如，火苗過長等。調整燒嘴開度，可以降低轉化管熱斑熱量。在調整燒嘴開度時，不能減弱轉化管熱斑，則表示催化劑局部析碳、粉碎，催化劑無法轉化反應，氣體無法帶走受熱面，此時，需要增加水碳比，使工藝負荷降低。當無法改善轉化管時，則需要做好停車處理。

1.3 催化劑保護

在化學反應中，催化劑可以改變反應速度，但不會改變成分和重量。在甲醇裝置中，包含加氫催化劑、脫硫劑、轉化催化劑、合成催化劑。合理使用催化劑，能夠有效作用于甲醇生產中，保證催化劑使用周期活性。如果轉化操作停工，為了避免轉化催化劑結炭，需要徹底清除脫硫系統原料氣。切除脫硫系統原料天然氣，關閉轉化系統原料閥門。開啟脫硫系統原料天然氣放空閥，降低系統壓力，避免天然氣持續進入轉化爐，導致催化劑結炭。當轉化系統無法快速恢復，則需要使用氮氣吹掃反應器原料天然氣，對系統保溫保壓要求比較高。事故停車的相關問題，事故停車原因非常多，所以無法統一停車程序，為了避免損壞催化劑與設備，所以必須注意相關問題。

2 工藝優化

2.1 合成氣優化

第一，控制合成氣氫碳比：通常情況下，為了確保甲醇合成反應效果，應當將合成氣氫碳比控制為2.05～2.15。通過實驗數據可知，當甲醇合成新鮮氣量差異小，則新鮮氣氫碳比為2.05～2.15，新鮮氣轉換率明顯高于其他工況，精甲醇產量比較大，能源消耗低。

第二，合成一氧化碳、二氧化碳含量控制：因受到生產條件、生產工藝控制，天然氣制甲醇裝置產量限制大。合理控制入塔一氧化碳含量，可以改善甲醇低產量問題，同時，可以增加粗醇濃度，減少蒸汽量。為了確保合成效果達到最佳，將一氧化碳含量控制在2%～8%，上限為12%。同時，因一氧化碳含量特點，在初期使用催化劑時，一氧化碳含量比較高，相應增加催化劑晶粒，使催化劑活性降低，此時導致合成過程產生雜質，對甲醇合成質量影響較大。合理控制二氧化碳含量，設定為給1%～8%，可以有效控制床層溫度穩定性。在生產甲醇時，一氧化碳含量不會影響催化劑活性，可以確保催化劑催化效果。然而，當二氧化碳頷聯持續增加時，會導致催化劑產生吸附效應，降低一氧化碳反應速率，增加合成塔出口一氧化碳含量，裝置內部甲醇含量降低，對整體裝置生產效果影響比較大。

2.2 補碳方式

通過相關調研可知，多數甲醇生產裝置原料為高甲烷，企業考慮到原料優勢、地理位置問題，裝置原料選擇海上高二氧化碳天然氣。在生產甲醇時，注重補充二氧化碳，屬于重要影響問題，尤其表現在二氧化碳爐前、爐后補充，以蒸汽轉化補充方式為主。在日常生產中，爐前補充應用比較多，此種方式可以使轉化環節碳氫比降低，同時可以提升一氧化碳含量。例如，某地區甲醇裝置（85萬噸/a），可以回收利用排煙內的二氧化碳，使其補充至爐前，顯著提升廢氣使用效率，還可以使排煙二氧化碳排放量降低，避免污染環境。

2.3 應用蒸汽水系統

蒸汽系統劃分為低壓、中壓、高壓級別，高壓蒸汽多為驅動合成氣壓縮機、循環機透平，中壓蒸汽轉變為爐內工藝蒸汽，驅動壓縮機，使鼓風機、引風機透平。低壓蒸汽可以精餾、加熱蒸汽，透平凝液等。低壓蒸汽凝液，可以通過凝液泵，加壓處理后實現二次應用，將裝置內部高壓疏水，達到中壓蒸汽-中壓疏水、再到低壓蒸汽-低壓疏水，最后到達凝液系統，排放多余低壓蒸汽。在整個操作過程中，能源消耗比較大。為了使能源消耗降低，需要預熱回收低壓蒸汽，避免轉化爐過度消耗天然氣。同時，蒸汽管網需要借助減壓減溫器、透平處理，以此維護整體裝置平衡度與穩定性。注重蒸汽減壓閥閥位控制，在蒸汽管網生產期間，可以減少能源消耗。

2.4 優化生產運行操作

在優化整體裝置運行操作時，應當合理控制核心指標。核心指標會極大影響產品能耗、質量，所以科學控制裝置指標。例如，蒸汽轉化水碳比，控制在2.8～2.9，氣氫碳比為2.05～2.15，一氧化碳含量高于18%，精餾回流比為2～4。關鍵性指標對甲醇產品性能、質量影響比較大，必須做好科學化管控。注重過程管控，既可以使生產成本降低，還可以消除不良隱患，確保生產操作的順利性。

3 檢修優化

為了確保裝置生產產品質量，技術人員按照裝置運行狀態、甲醇市場使用情況，優化安排裝置檢修與維護，排除裝置運行安全性與穩定性影響因素，將檢修時間設置在甲醇市場低迷時期，避免影響裝置經濟效益。通常情況下，裝置預轉化爐、合成壓縮機設備運行狀態、催化劑催化性能、合成塔設計，都會對裝置運行狀態造成影響。在檢修操作時，注重檢查和維護關鍵部位，維護部門運行正?；?，提升設備運行穩定性與安全性。然而，裝置設施體積龐大，涉及較多檢修類目，相應延長檢修時間。檢修項目故障判斷、檢修維護，對項目檢修成本影響比較大，同時關系裝置運行成本、經濟效益，所以必須高度重視整體裝置檢修環節。

4 結語

綜上所述，針對天然氣制甲醇裝置，注重優化設計、建設環節，在技術改造期間，合理優化和改進技術工藝，提升整體裝置運行、檢修可靠操作性，以此增加甲醇合成產量，降低生產環節能源消耗，促進甲醇合成領域的長久穩定發展。本文深入分析天然氣制甲醇裝置工藝現存問題，介紹工藝優化、檢修優化，以此維護和保障天然氣制甲醇裝置運行效益。