当前天然气制甲醇装置能耗问题分析

司稳琴(甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730000)

0 引言

随着石油的衍生品出现在人们生活的方方面面，对人们的生活习惯和生活方式造成了巨大的影响。石油的发现与使用改变了人类社会的能源结构，直到现在，石油依然是人类社会最重要的能源之一，但是对于现在的人类社会来说，石油还属于不可再生资源，其开采和使用的过程不可逆转，具有一次性的特性。全球石油资源储量的有限性使得其在人们长久的开采利用之后正在逐渐枯竭，而天然气由于其无污染和储量丰富的特性，在当今社会中广泛的运用于各种场景。自天然气制甲醇工艺实现以来，我国便积极地对其展开了研究，但是始终与国外有着差距，因此想办法提升天然气制甲醇的工艺，关系到我国的化工实力。

1 甲醇的运用环境和需求现状

作为天然气化工的主要生成物之一的甲醇，用途广泛，不但可以作为一种燃料，且更是一种基础的化工原料。当将甲醇作为燃料时，通过与汽油混合，可以生产出M15、M30 等多种车辆使用燃料，也可以用作船舶和锅炉的燃料。当将甲醇作为基础的化工原料时，不但可以用来生产甲醛、二甲醚等传统的生成物，还可以通过裂解工艺生产烯烃。目前甲醇的合成工艺已经较为成熟，将天然气制成甲醇，在提高甲醇产量的同时，还能够提升天然气资源的价值。与用煤炭制作甲醇相比，天然气制甲醇的能耗更低，污染更小，因此在世界上被广泛的运用。中国是甲醇的重要消耗国。自2009 年起，随着经济的不断发展，除了对甲醇传统生成物的需求在持续增长以外，由于甲醇作为燃料被添加到汽油中，并随着甲醇汽油种类的增加和甲醇汽油的广泛使用，中国对甲醇的需求正在逐年增长。由于甲醇在医药，农药等行业中应用十分广泛，特别是医药中间体对甲醇的需求量极大，在天然气制甲醇工艺出现之后，我国便积极开展了对天然气制甲醇的技术研究，并取得了不小的突破，但是由于其发展时间和研究理念的限制性，始终与国外的技术有着差距，降低了产品竞争力，这种差距产生的竞争力影响妨碍了我国化工行业的发展。

2 天然气制甲醛能耗来源分析

天然气制甲醇的过程中需要消耗大量的能源，能量主要是来自天然气、水电和蒸汽等，主要消耗的是天然气所产生的能量。当前天然气制甲醇的工艺已经能够保障较高的甲烷转化效率，想要对天然气制甲醇的工艺进行提升，其难度较高，意义也不大，因此，降低天然气制甲醇的成本只能够从减少能耗上着手。

为了减少天然气制甲醇的能量损耗，需要降低装置对于燃料的消耗，提高甲醇的产量和质量。根据某个团队对天然气制甲醇工艺流程过程中各项资源的能耗计算结果来看，在天然气制甲醇的过程中，作为燃料使用的天然气占据了总用量的三分之一，在总共使用了8200 万Nm3天然气的情况下，作为燃料使用的天然气便达到了3400 万Nm3，在天然气使用量中排第二。天然气制甲醇的过程中还需要使用非常多的冷却水，其冷取水的用量每年能达到13000 万m3，除此之外，每年还需要使用大量的空气资源。在整个天然气制甲醇的过程中，燃料的消耗对其运行有着极大的意义，通过对天然气进行燃烧产生的热量，推动了整个流程的进行。

3 天然气制甲醇主要工艺流程

天然气制甲醇装置主要分为几个部分，即：天然气原料的脱硫装置、合成气的生成装置、转化为甲醇的装置、转化为甲醇后的精馏装置、蒸汽系统、中间交流罐区、火炬系统。

3.1 天然气原料的脱硫装置

天然气在进入进界区之后，通过使用压力调节的方式，使得天然气在入口分离器的作用下，实现油水和提纯天然气的分离，最后在提纯后的天然气中加入符合流量的PSA 单元的氢气。

首先将脱硫中间转换器预热到需要的温度，再将加完氢气的提纯天然气导入其中使得其提高到指定温度，最后将加热后的气体导入到脱硫预热管盘，实现天然气原料的脱硫处理。在天然气原料中，往往含有着较为微量的有机物，对于这些微量的有机物，我们需要将其进行氢化反应以使其氢化，因此，在天然气制甲醇工艺中，首先要进行的便是将天然气原料导入到加氢反应器，在Ni-Mo 加氢催化剂的催化作用下，实现有机物的氢化处理。

在加氢反应器中完成氢化处理后的气体，需要导入氧化锌脱硫槽进行脱硫反应，去除天然气原料在氢化反应后中被氢化的硫元素。而想要提高工艺流程的整个装置的运行可靠性，可以将两个氧化锌脱硫槽进行串联，这种操作主要是可以实现脱硫剂的在线更换，在串联中某一个氧化锌脱硫槽于脱硫反应中达到饱和时，可以将该副线与主流程进行装置进行暂时性的隔离，在不中断整个工艺流程进行的前提下，实现脱硫剂的更换。而在预转化的过程中，想要使得脱硫效果达到预期，还需要在氧化锌脱硫槽后面加上超精脱硫槽，在将其串联之后，使得天然气原料中所含有的硫元素含量降低到CRG 转化率能够接受的程度，以保障整个流程的进行和整个装置运行的可靠性。

3.2 对于合成气的制备流程

在将天然气原料进行脱硫处理之后，将脱硫气体导入到脱硫中间换热器中，实现脱硫前后气体的热交换，实现热量的短循环，然后将其导入到反应流程装置的饱和塔之中，使得换热后的气体直接与工艺含醇水和工艺冷凝液相接触，提高换热后的天然气原料处理气体的蒸汽饱和度，在这个过程中，通过精馏处理后得到的杂醇油也重新返回到饱和塔之中，使其与换热后的天然气原料处理气体相交杂。在饱和塔的地步，存在着大量的未经融入的含醇水和工艺冷凝液，而为了提高其使用效果，通常这些未经融入的含醇水和工艺冷凝液会经由饱和塔的循环水泵进行加压，并在循环水加热器用蒸汽加热的情况下，再次进入饱和塔以提升换热后的天然气原料处理气体的蒸汽饱和度。而少量的未经融入的含醇水和工艺冷凝液由于与锅炉排污水相混合，损失了其可利用能力，只能在排污冷却器进行脱热处理后导入污水处理的装置。

在经由饱和塔内提升蒸汽饱和度之后，在其气体出口也加入了一定量的水蒸气使其融入其中，然后在将提升了蒸汽饱和度的气体导入加热盘进行再次加热后，导入预转化炉中对其所含有的高级烃和甲烷进行对应的转化反应，以降低转化炉的压力，从而使得转化炉的规模大大降低，节省不必要的支出。

在预转化炉进行相关的反应之后，剩余的气体在预转化炉的出口加入工艺蒸汽，以达到2.71 的水碳比，最后将添加了工艺蒸汽的气体导入到预转化器预热盘管中将其温度加热到指定的温度后，导入到蒸汽转化炉内。现有的蒸汽转化炉主要是顶烧式方箱炉，其内部的转化管以竖向排列的方式进行放置，并在管内加入催化剂，在保证其转化反应的能量问题后，使得天然气与蒸汽进行反应，并得到相关的产物。

4 天然气制甲醛降低能耗的方式

4.1 提升装置运行效率

天然气制甲醇装置中的变压吸附装置，其是否正常运行对甲醇的产量和质量都有着较大的影响。该装置主要是用于天然气的除杂，通过对原料中含有的甲醇、一氧化碳、氮气等的去除和氢气的回收，提升天然气的纯度，从而提高转化的效率。一般来说天然气中甲醇的含量十分低，如果不对天然气原料中的杂质进行去除，会影响装置中气体的氢碳含量，而对天然气原料中的氢气进行回收有利于降低生产成本，在提高天然气原料的利用率的同时，提升甲醇的产量和质量。因此，想要保障生产出的甲醇的产量和质量，需要保证变压吸附装置的正常运行，从而保障整个工艺流程的进行，只有在保证变压吸附装置正常运行的情况下，才能够保障和提升天然气制甲醇装置的工作效率，以使得装置的使用能够获得最大的利益。变压吸附装置的有效运行，能够间接的降低能源消耗，减少制甲醇过程中对环境的污染。

4.2 提升转化炉的热效率

天然气制甲醇装置中，蒸汽转化炉十分重要，在整个天然气制甲醇的流程中，其对于能量的消耗是最大的。在对转化率是否先进的评判中，热效率是最重要的参考，与能源消耗量息息相关，因此，想要减少天然气制甲醇工艺流程中对于能源的消耗，节约天然气制甲醇的生产成本，提升转化炉的热效率就显得尤为关键。而想要提升转化炉的热效率，最为重要的措施便是平衡管排温差，并按照一定的时间规律对装置的窥视孔进行检查，看是否已经对齐关严窥视孔，防止其出现没有关严降低转化炉热效率的现象，同时还需要提高气燃气和低气燃气的考克阀，并保证风门挡板处在合适的位置。热效率还会影响管排温差，降低对蒸汽管网管路的平衡控制，因此，想要减少资源消耗，降低甲醇的生产成本，需要控制蒸汽管网管路内的温差平衡，提高装置效率，并降低资源的消耗，从而提升整个工艺的经济效益。

4.3 提高蒸汽利用率

蒸汽的供应问题在工业生产过程中十分常见，其是否正常运行，对于整个工艺流程的运作有着极大的影响。天然气制甲醇装置在运作过程中，如果蒸汽的供应出现了问题，那么就算蒸汽管网依然可以正常的运行，也会使得整个工艺流程出现瘫痪状态。想要提高蒸汽的利用率，避免或减少蒸汽的供应问题，需要提高蒸汽管网管路的承压能力，并根据实际情况合理的减少蒸汽管网管路中流体的压力，从而有效地减少被压，缓解压力流失问题。另外，相关研究的结果表明，在天然气制甲醇装置中减少对中压蒸汽的使用量，不但可以减少对蒸汽资源的消耗，并且在逐渐升温的过程中，其蒸汽的能耗也逐渐降低，因此，想要降低蒸汽的能耗，提高蒸汽利用率，需要适当的提高蒸汽的温度。另外，在天然气制甲醇装置的运行过程中，适当降低蒸气涡轮的转速，可以提高整个装置的安全性和使用可靠性。

5 结语

从改革开放到现在，我国的经济始终保持着增长态势，经济的不断发展促进了人们生活水平的提高，从而使得人们对于化工产品的需求逐渐增加。为了更好满足人们日常生活和社会发展的需求，提升和改进现有的化工工艺十分关键。而天然气作为继煤炭、石油后的又一种化石能源，相较于其他能源，有着清洁无污染的特性，到目前为止，对天然气的利用时间尚短，虽然其有着巨大的储量，但为了提高使用效率，有效地进行资源的利用，减少浪费，提升天然气资源的价值，对降低天然气制甲醇能耗的分析便有着巨大的意义，而想要降低天然气制甲醇的能耗，便需要提升天然气制甲醇装置的运行效率和提高转化炉的热效率，并对提高蒸汽的利用率，从而降低天然气制甲醇装置的使用成本，节约能源的同时，提升竞争力。