甲烷化工艺联锁介绍

李雅静，郭振国，杜明洋

(中海油石化工程有限公司，山东 济南 250101)

随着国内生活水平的提高，环保意识的逐渐增强，天然气的需求量明显增加。天然气的主要来源除国内气田和焦炉煤气制天然气、煤制天然气外，进口的比例也逐渐增大，目前中国已成为全球第一大天然气进口国。由此可见，发展煤制天然气是十分必要的。

国内在建和已建的煤制天然气项目包括内蒙古大唐国际多伦煤化工有限公司克什克腾旗项目、内蒙古大唐阜新项目、内蒙古汇能煤化工有限公司项目、新疆庆华伊宁煤化工有限公司项目、山东新汶矿业伊犁项目等。煤制天然气的工艺包括：煤气化、变换、净化、甲烷化、液化等单元。甲烷化技术是焦炉气制天然气、煤制天然气的关键技术之一[1]，已建成的甲烷化单元的工艺技术主要采用Davy工艺和Topøe工艺。本文介绍Topsøe甲烷化工艺的主要联锁方案。

1 工艺流程简介

Topsøe公司在传统TREMP工艺的基础上，推出了集中甲烷化工艺，包括首段循环五级甲烷化工艺、二段循环四级甲烷化工艺和水饱和五级甲烷化工艺等[2]。以下为水饱和五级甲烷化工艺介绍(见图1)。

图1 甲烷化工艺流程简图

从净化工段来的原料气在进甲烷化反应器前首先经过脱硫槽脱除原料气中的硫组分。

第二段脱硫槽出口气进入饱和水塔，在饱和塔中脱除硫后的工艺气与干燥器出来的工艺冷凝液逆流接触增湿原料气，从饱和水塔顶部出来的工艺气被预热至218 ℃后进入R1 甲烷化反应器。

经R1 甲烷化反应器反应后，反应器出口温度达731 ℃。然后合成气通过1#废锅副产蒸汽，被降温后的工艺气再进入R2 反应器。R2 甲烷化反应器的出口温度约为602 ℃。R2 反应器出口工艺气依次通过2 个蒸汽过热器、2#废锅后被降温至300 ℃后进入R3 反应器。

R3 反应器出口工艺气温度约为449 ℃。该气体首先经过第三废热锅炉等一系列换热器进行热量回收。冷却后的工艺气然后进入干燥器进行气水分离，工艺冷凝液被分离出来，分离出来的冷凝水通过泵被送至饱和水塔循环利用。干燥器顶部出来的工艺气通过一系列换热器被进一步降温后再通过气液分离器，将冷凝水分离出来。然后气体与R5 反应器出口气体进行换热，将R4 反应器入口温度提高到270 ℃。

R4 反应器出口工艺气经换热器降温至280 ℃后进入R5 甲烷化反应器。出R5 甲烷化反应器的合成气，经降温后将气体中的水分冷凝分离出来，气体作为SNG 产品。

2 工艺联锁介绍

2.1 原料净化系统停车

原料净化系统停车的触发原因包括：DCS手动停车信号、全厂停车信号和原料净化系统的压力低低信号。

如果原料净化系统停车，将会导致粗甲烷化停车、煤气进料切断和进硫保护罐的蒸汽切断。

由于后续所有的流程操作都基于原料净化系统正常运行的基础上，原料净化系统停车将会触发后续大部分的联锁信号。

2.2 粗甲烷化系统停车

粗甲烷化系统停车的触发原因包括：DCS手动停车信号、原料净化系统停车信号、精甲烷化系统停车信号、第一甲烷化反应器温度高高信号、第二甲烷化反应器温度高高信号、第一甲烷化反应器循环气与新鲜气进料比异常信号、蒸汽汽包液位低低信号、蒸汽过热器出口工艺气温度高高信号。

如果粗甲烷化系统停车，将会导致精甲烷化系统停车和第一甲烷化反应器进料气切断。

由于整个甲烷化工艺主要依靠粗甲烷化系统获得热量，因此该停车信号会触发后续大部分的联锁信号。

2.3 精甲烷化系统停车

精甲烷化系统停车的触发原因包括：DCS手动停车信号、粗甲烷化系统停车信号、精甲烷化系统压力低低信号、第二气液分离器液位高高信号、第四甲烷化反应器温度高高信号。精甲烷化系统停车将会导致产品气输出系统停车、来自粗甲烷化系统的工艺气进气切断。

2.4 产品气输出系统停车

产品气输出系统停车的触发原因包括：DCS手动停车信号、精甲烷化系统停车信号、第三气液分离器液位高高信号。产品气输出系统停车将会导致停车信号送往下游工段、产品气SNG输出界区阀门切断。

2.5 中压蒸汽至低压蒸汽总管停车信号

中压蒸汽至低压蒸汽总管停车的触发原因包括：DCS手动停车信号和低压蒸汽总管的蒸汽温度超温。

中压蒸汽至低压蒸汽总管停车信号将会导致中压蒸汽至低压蒸汽总管的进料被切断。

2.6 第二气液分离器凝液输送信号停车

第二气液分离器凝液输送信号停车的触发原因包括：DCS手动停车信号和第二气液分离器液位低低信号。

第二气液分离器凝液输送信号停车将会导致分离器液相出口阀门关闭，切断第二气液分离器的凝液。

2.7 第三气液分离器凝液输送信号停车

第三气液分离器凝液输送信号停车的触发原因包括：DCS手动停车信号和第三气液分离器液位低低信号。

第三气液分离器凝液输送信号停车将会导致分离器液相出口阀门关闭，切断第三气液分离器的凝液。

2.8 甲烷化工段进气停车

甲烷化工段工艺气进气系统停车的触发原因包括：粗甲烷化系统停车信号、粗甲烷化系统压力低低信号。

甲烷化工段工艺气进气系统停车会导致甲烷化进料气切断。

3 结语

由于安全生产的需要，甲烷化工艺装置需要设置必要的安全联锁。以上联锁设置为甲烷化工艺常见设置，具体项目的设置方式还需要参考安全专篇及HAZOP分析的结果，结合工艺流程进行适当的增减。