浅析如何手动分析天然气制甲醇装置的水碳比

罗干云 张小桥 柴金龙

摘 要：本文主要分析了以天然气为原料制作甲醇的生产装置中合理的控制水碳比。对水碳比控制的相关原理、控制方案进行分析，从而在实际的操作中可以起到参考的作用。

关键词：天然气：制甲醇装置：水碳比

1 概述

年产85万吨甲醇装置，装置区内制氢设备有预转化炉及转化炉各一台，当前水碳比的监控方式主要是在线DCS及ESD显示为主，并通过理论计算加以对比，为明确在线显示值及计算值的真实性，通过行业相关经验并结合装置实际，决定增加手动分析水碳比相关设备及分析方法，以达到减小水碳比显示误差，给工艺分析提供依据的目的。

2 项目确定的依据

取一段时间内，将转化气通过取样冷却器冷凝并将冷凝的水蒸气加以收集，读出冷凝水的体积待用，冷凝并去除水蒸气的转化气进一步通过转子流量计加以计量气体量，经过计量后的气体通过球胆取样，通过色谱分析其成分和含量，通过克拉伯龙方程（近似计算）和水碳比计算公式，即可计算出转化气中的水碳比，此方法简单实用，涉及的计算数据相比在线分析及手动计算大大降低了仪表带来的误差。

3 测定方法

3.1 范围

本规程测适应于甲醇装置转化炉进口水碳比及预转化进口水碳比测定。

3.2 方法提要

将取样点的混合气通过冷却器冷却后，收集冷却后的气体中的水分并计量，除去水分后的气体通过转子流量计计量累计气体量，并在转子流量计出口取样分析其中的气体成分，然后通过水碳比计算公式计算出水碳比。

3.3 仪器

100mL收集管一根;转子流量计一台;500mL塑料烧杯一个;乳胶管3米;0-100℃温度计一支;铁架台一个;秒表一个;100mL玻璃针筒一个;TCD气相色谱仪一台。

3.4 分析步骤

①打开取样点水冷器的循环水阀和该取样点的气体根部阀，打开样点排放阀，让样品排放5-10分钟;②现场确定好流量计安装位置，加入适量的纯净水，塞上流量计所有塞子及温度计，将流量计调至水平。确认流量计水平后，取下所有塞子，打开流量计排水阀，查看是否有水排出，若有水排出立即将其排净，然后盖上排水盖;③打开取样点球阀、针型阀排放5分钟;④接上收集液管、塞紧收集瓶塞子，关闭收集液排水口、再连接流量计，再用针型阀调节气流速（2.4～2.6升/分钟）及气体冷却水滴速（一秒控制2-3滴）。气体流速相对稳定后，再打开收集管排水阀，将水排净。待流量计指针刻度在“2”时，快速关闭排水阀。立即记录此刻流量计的始读数。当收集管冷凝液收集至35mL～70mL流量计指针转到“2”时，记录收集液的准确体积，迅速取下流量计的连接管，记录流量计终止读数、温度计显示温度;⑤用100mL玻璃针筒在收集管排气出口取气体样品，取样时玻璃针筒需置换3次以上再取样。[1]

3.5 水碳比计算

水碳比以X按下式计算：

其中：N（mL）=（收集液体积/18）;n-物质的量（mol）=P*V/（T*R）;P-压强（Pa，A）=大气压*1000+0;V-气体体积（m3）=（流量计止数体积- 流量计初数体积）/1000;T-开氏温度（K）=记录温度+273;R-（常数） Pa.m3/（mol.k）=8.314;气体碳原子数=碳原子含量*1/100。

4 水碳比实验安装条件、校正

4.1 现场安装水碳比进行检测

5月3日开始配管安装转化炉进口工艺气取样水冷器，5月4日开始多次取样做转化炉进口的气样分析;5月5日配管安装预转化炉进口取样水冷器，5月12日开始多次做预转化炉进口的气样分析。

4.2 实测数据的处理：[2]

通过对流量计的校正、1分钟控制流速2.4升到2.6升之间确保流速一致，对温度计测定值与测温枪测量值完全符合、安装压力表-40kPa至80kPa的量程，现场测定压力无显示;数据计算公式与戴维公司计算无差异（计算公式一样）。

4.3 初步结论

①通过对手动取样分析数据的统计，转化炉进口水碳比平均值在2.86左右，预转化进口水碳比在2.59，比当前DCS显示值均高出0.2左右，即实际水碳比偏高;②现工况下98%负荷，DCS水碳比2.65-2.70，转化炉温度874℃，S-12015对应的转化气成本中残余甲烷含量与100%满负荷设计及2014年11月100%负荷性能考核期间的分析数据对比，现有98%工况下转化气残余甲烷2.2%，远低于设计3.28%，与2014年11月100%负荷比残余甲烷也低0.4%，除受转化炉温度控制的影响。实际水碳比应高于表显示水碳比。

5 總结

结合现场实测与表显的差值，同时平行比较设计（100%负荷），以及2014年11月工况和现运行工况，初步判定实际的水碳比偏高。建议在现有的水碳比基础上先降低0.05，同时密切关注转化气残余甲烷的组分变化。并根据组分变化及水碳比值情况再组织分析讨论确定下一步的调整思路。

参考文献：

[1]田景君.分析化学[C].北京：化学工业出版社，2001：42.

作者简介：

罗干云（1984- ），女，大专，助理工程师。