天然气制甲醇装置工艺优化分析

陈岩

（中海石油建滔化工有限公司，海南 东方 570300）

现阶段，天然气制甲醇装置优化、节能降耗，致使甲醇市场面临较大市场威胁，对甲醇产质量影响较大，还会危害甲醇市场运行发展。本文围绕天然气制甲醇装置展开讨论，该装置年产量为60万吨，注重整体装置工艺流程分析，按照实际过程，优化整体装置。

1 天然气制甲醇装置工艺现存问题

1.1 开停车掌握

系统多数事故隐患发生在开停车环节，若不注重控制开车情况，将会影响前后衔接效果，加剧能源消耗，还会严重影响设备寿命。比如，停车环节必须确保高操作水碳比，确保锅炉、汽包液位、脱氧槽液位稳定性，防止转化炉对流段盘管超温，还应当避免转化炉管温度持续上升。在开车期间，建立蒸汽系统，明确工艺系统，转化炉氮气升温时间、转化炉引蒸汽升温、转化炉投料时间，都和升温气量、床层温度相关，在开停车时，应当对不同环节时间进行预判，按照工序开停车时间，优化安排操作控制要点，以免影响设备运行。在长时间停车后，开车总体程序；供电系统投用，循环水预膜，建设仪表空气管网、工厂空气管网。锅炉给水系统开车，引天然气进接区，投入火炬系统。辅助锅炉开车，建立蒸汽管网，引风机、鼓风机开车。精馏系统开车，投用中间罐区。开启压缩机，建设大氮循环，转化炉氮气循环升温、转化炉蒸汽升温，合成压缩机停车。转化炉投料，添加负荷，合成压缩机开车，合成系统开车。精馏系统开车调整。系统优化调整，给水泵透平开车，循环水透平开车。

1.2 转化管热斑

在生产过程中，当转化管出现热斑，多是由于催化剂装填不佳，存在架桥问题。催化剂中毒，极易产生析碳，降低催化剂活性，导致析碳现象。当操作不到位，会导致析碳炉管局部过热。转化管热斑，对转化炉管使用寿命影响比较大，还会加剧能源损耗，从而引发重大事故。注重调整转化管热斑，基于供热角度分析，检查烧嘴问题，比如，火苗过长等。调整烧嘴开度，可以降低转化管热斑热量。在调整烧嘴开度时，不能减弱转化管热斑，则表示催化剂局部析碳、粉碎，催化剂无法转化反应，气体无法带走受热面，此时，需要增加水碳比，使工艺负荷降低。当无法改善转化管时，则需要做好停车处理。

1.3 催化剂保护

在化学反应中，催化剂可以改变反应速度，但不会改变成分和重量。在甲醇装置中，包含加氢催化剂、脱硫剂、转化催化剂、合成催化剂。合理使用催化剂，能够有效作用于甲醇生产中，保证催化剂使用周期活性。如果转化操作停工，为了避免转化催化剂结炭，需要彻底清除脱硫系统原料气。切除脱硫系统原料天然气，关闭转化系统原料阀门。开启脱硫系统原料天然气放空阀，降低系统压力，避免天然气持续进入转化炉，导致催化剂结炭。当转化系统无法快速恢复，则需要使用氮气吹扫反应器原料天然气，对系统保温保压要求比较高。事故停车的相关问题，事故停车原因非常多，所以无法统一停车程序，为了避免损坏催化剂与设备，所以必须注意相关问题。

2 工艺优化

2.1 合成气优化

第一，控制合成气氢碳比：通常情况下，为了确保甲醇合成反应效果，应当将合成气氢碳比控制为2.05～2.15。通过实验数据可知，当甲醇合成新鲜气量差异小，则新鲜气氢碳比为2.05～2.15，新鲜气转换率明显高于其他工况，精甲醇产量比较大，能源消耗低。

第二，合成一氧化碳、二氧化碳含量控制：因受到生产条件、生产工艺控制，天然气制甲醇装置产量限制大。合理控制入塔一氧化碳含量，可以改善甲醇低产量问题，同时，可以增加粗醇浓度，减少蒸汽量。为了确保合成效果达到最佳，将一氧化碳含量控制在2%～8%，上限为12%。同时，因一氧化碳含量特点，在初期使用催化剂时，一氧化碳含量比较高，相应增加催化剂晶粒，使催化剂活性降低，此时导致合成过程产生杂质，对甲醇合成质量影响较大。合理控制二氧化碳含量，设定为给1%～8%，可以有效控制床层温度稳定性。在生产甲醇时，一氧化碳含量不会影响催化剂活性，可以确保催化剂催化效果。然而，当二氧化碳颔联持续增加时，会导致催化剂产生吸附效应，降低一氧化碳反应速率，增加合成塔出口一氧化碳含量，装置内部甲醇含量降低，对整体装置生产效果影响比较大。

2.2 补碳方式

通过相关调研可知，多数甲醇生产装置原料为高甲烷，企业考虑到原料优势、地理位置问题，装置原料选择海上高二氧化碳天然气。在生产甲醇时，注重补充二氧化碳，属于重要影响问题，尤其表现在二氧化碳炉前、炉后补充，以蒸汽转化补充方式为主。在日常生产中，炉前补充应用比较多，此种方式可以使转化环节碳氢比降低，同时可以提升一氧化碳含量。例如，某地区甲醇装置（85万吨/a），可以回收利用排烟内的二氧化碳，使其补充至炉前，显著提升废气使用效率，还可以使排烟二氧化碳排放量降低，避免污染环境。

2.3 应用蒸汽水系统

蒸汽系统划分为低压、中压、高压级别，高压蒸汽多为驱动合成气压缩机、循环机透平，中压蒸汽转变为炉内工艺蒸汽，驱动压缩机，使鼓风机、引风机透平。低压蒸汽可以精馏、加热蒸汽，透平凝液等。低压蒸汽凝液，可以通过凝液泵，加压处理后实现二次应用，将装置内部高压疏水，达到中压蒸汽-中压疏水、再到低压蒸汽-低压疏水，最后到达凝液系统，排放多余低压蒸汽。在整个操作过程中，能源消耗比较大。为了使能源消耗降低，需要预热回收低压蒸汽，避免转化炉过度消耗天然气。同时，蒸汽管网需要借助减压减温器、透平处理，以此维护整体装置平衡度与稳定性。注重蒸汽减压阀阀位控制，在蒸汽管网生产期间，可以减少能源消耗。

2.4 优化生产运行操作

在优化整体装置运行操作时，应当合理控制核心指标。核心指标会极大影响产品能耗、质量，所以科学控制装置指标。例如，蒸汽转化水碳比，控制在2.8～2.9，气氢碳比为2.05～2.15，一氧化碳含量高于18%，精馏回流比为2～4。关键性指标对甲醇产品性能、质量影响比较大，必须做好科学化管控。注重过程管控，既可以使生产成本降低，还可以消除不良隐患，确保生产操作的顺利性。

3 检修优化

为了确保装置生产产品质量，技术人员按照装置运行状态、甲醇市场使用情况，优化安排装置检修与维护，排除装置运行安全性与稳定性影响因素，将检修时间设置在甲醇市场低迷时期，避免影响装置经济效益。通常情况下，装置预转化炉、合成压缩机设备运行状态、催化剂催化性能、合成塔设计，都会对装置运行状态造成影响。在检修操作时，注重检查和维护关键部位，维护部门运行正常化，提升设备运行稳定性与安全性。然而，装置设施体积庞大，涉及较多检修类目，相应延长检修时间。检修项目故障判断、检修维护，对项目检修成本影响比较大，同时关系装置运行成本、经济效益，所以必须高度重视整体装置检修环节。

4 结语

综上所述，针对天然气制甲醇装置，注重优化设计、建设环节，在技术改造期间，合理优化和改进技术工艺，提升整体装置运行、检修可靠操作性，以此增加甲醇合成产量，降低生产环节能源消耗，促进甲醇合成领域的长久稳定发展。本文深入分析天然气制甲醇装置工艺现存问题，介绍工艺优化、检修优化，以此维护和保障天然气制甲醇装置运行效益。