鄭海波

（內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

煤制天然氣甲烷化催化劑預(yù)熱工藝及優(yōu)化

鄭海波

（內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

介紹了煤制天然氣甲烷化催化劑預(yù)熱和還原工藝，結(jié)合生產(chǎn)實際，分析了使用循環(huán)壓縮機替代開車壓縮機進(jìn)行甲烷化催化劑預(yù)熱的可行性，對比了開車壓縮機和循環(huán)壓縮機性能參數(shù)，并提出改進(jìn)方案。經(jīng)過裝置運行驗證，使用循環(huán)壓縮機進(jìn)行催化劑預(yù)熱，每次節(jié)約裝置開車時間31h；同時，將此改進(jìn)應(yīng)用在裝置停車后催化劑干燥工藝中，同樣大大縮短催化劑的干燥時間，減少了裝置開停車階段的生產(chǎn)消耗。

煤制天然氣；甲烷化裝置；催化劑；預(yù)熱；生產(chǎn)消耗

在煤制天然氣工業(yè)化生產(chǎn)中，甲烷化裝置負(fù)責(zé)天然氣產(chǎn)品的合成。甲烷化裝置開車前首先要對催化劑床層進(jìn)行預(yù)熱[1]，使催化劑達(dá)到最低起活溫度；同樣，在裝置停車后，需要對甲烷化催化劑和甲烷化反應(yīng)器耐火襯里進(jìn)行干燥處理，防止催化劑和耐火襯里長期處于潮濕環(huán)境中而影響其強度，造成催化劑粉化、耐火襯里出現(xiàn)裂縫等不良影響。

開車前的催化劑預(yù)熱和停車后的催化劑干燥流程設(shè)置相同，均采用專門的開車壓縮機提供氮氣循環(huán)動力，經(jīng)開工加熱爐提供熱源來實現(xiàn)。原設(shè)計中，甲烷化裝置還有一臺循環(huán)壓縮機，在甲烷化裝置正常運行時來提供甲烷化反應(yīng)的循環(huán)動力，帶走催化劑床層的大量反應(yīng)熱，維持甲烷化反應(yīng)器入口溫度和催化劑床層溫度平衡。

但是開車壓縮機設(shè)計為公用設(shè)備，供三套甲烷化裝置催化劑預(yù)熱和干燥使用，一旦出現(xiàn)故障，將造成停運的甲烷化裝置無法開車，因此探索使用循環(huán)壓縮機進(jìn)行催化劑預(yù)熱和干燥的工藝優(yōu)化[2]，既有利于增加裝置開車的可靠性，又能節(jié)約開停車裝置運行成本。

1 裝置工藝流程簡述

從凈化裝置來的凈煤氣先經(jīng)過脫硫槽（C101）進(jìn)行精脫硫，然后分別進(jìn)入兩個串聯(lián)的主甲烷化反應(yīng)器（C102A/B、C103A/B）進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，第二主甲烷化反應(yīng)器（C103A/B）出口工藝氣分成兩股，一股通過循環(huán)壓縮機（V101）返回至第一主甲烷化反應(yīng)器（C102A/B），另一股進(jìn)入兩個串聯(lián)的輔助甲烷化反應(yīng)器（C104、C105）進(jìn)行深度甲烷化反應(yīng)，第二輔助甲烷化反應(yīng)器（C105）出口工藝氣經(jīng)過冷卻和氣液分離后，產(chǎn)品氣送下游工段進(jìn)行提壓和深度脫水之后，合成天然氣輸送至輸氣管道。

2 可行性分析

2.1 兩臺壓縮機參數(shù)對比的可行性分析

為實現(xiàn)循環(huán)壓縮機對催化劑升溫，首先要確認(rèn)循環(huán)壓縮機能夠適用于氮氣工況。通過查閱循環(huán)壓縮機氮氣試車時的數(shù)據(jù)，并經(jīng)壓縮機廠家重新提供的此壓縮機氮氣工況性能曲線，我們對兩臺壓縮機的運行工況進(jìn)行了統(tǒng)計和分析，結(jié)果見表1和表2。

通過表1的對比，循環(huán)壓縮機氮氣工況的流量及壓力數(shù)據(jù)等，完全滿足開車壓縮機工況，即循環(huán)壓縮機用于氮氣循環(huán)，能夠滿足甲烷化裝置預(yù)熱要求。

表1 開車壓縮機運行參數(shù)Table 1 Operating parameters comparison of start-up compressor

表2 循環(huán)壓縮機運行參數(shù)Table 2 Operating parameters comparison of recycle compressor

2.2 循環(huán)壓縮機預(yù)熱流程的可行性分析

最初設(shè)計循環(huán)壓縮機只用于裝置正常生產(chǎn)，如何打通循環(huán)壓縮機用于催化劑升溫的流程，需要進(jìn)行重新考慮和分析。使用開車壓縮機進(jìn)行催化劑預(yù)熱的流程如圖1所示。

流程優(yōu)化為：

(1)循環(huán)壓縮機出口通過V-19與開工加熱爐串聯(lián)；

(2)開工加熱爐出口熱氮氣通過正常升溫流程進(jìn)入各反應(yīng)器；

采用循環(huán)壓縮機進(jìn)行催化劑預(yù)熱工藝流程與原設(shè)計流程相比變化如下：

(1)第二主甲烷化反應(yīng)器出口按正常工藝流程進(jìn)入循環(huán)壓縮機入口；

(2)脫硫槽、第一主甲烷化反應(yīng)器和兩個輔助甲烷化反應(yīng)器出口按正常升溫流程匯合后，通過V-13進(jìn)入循環(huán)壓縮機入口。整體預(yù)熱流程如圖2所示。

圖1 開車壓縮機催化劑預(yù)熱流程圖Fig.1 Start-up compressor catalyst preheating up flow diagram

圖2 循環(huán)壓縮機催化劑預(yù)熱預(yù)想流程圖Fig.2 Recycle compressor catalyst preheating up expected flow diagram

3 驗證

3.1 催化劑預(yù)熱過程

2013年7月，通過循環(huán)壓縮機對第一主甲烷化反應(yīng)器（C102A/B）和第二主甲烷化反應(yīng)器（C103A/ B）實現(xiàn)了催化劑升溫。

2013年12月，采用循環(huán)壓縮機預(yù)熱，流程設(shè)置為脫硫槽（C101）、第一主甲烷化反應(yīng)器（C102A/B）、第二主甲烷化反應(yīng)器（C103A/B）、第一輔助甲烷化反應(yīng)器（C104）、第二輔助甲烷化反應(yīng)器（C105）并聯(lián)升溫。

2014年11月，采用循環(huán)壓縮機預(yù)熱方式，流程設(shè)置為C101、C102A/B、C103A/B、C104和C105并聯(lián)同時升溫。升溫時間17.5h。

3.2 催化劑干燥過程

2014年1月，甲烷化裝置停運后，使用循環(huán)壓縮機對催化劑進(jìn)行干燥。歷時27h。

4 驗證結(jié)果

通過以上驗證，確定了循環(huán)壓縮機可以用于氮氣工況運行，各項工藝指標(biāo)滿足催化劑預(yù)熱和催化劑干燥的要求，并且壓縮機機組的運行參數(shù)均在正常范圍之內(nèi)。

4.1 催化劑預(yù)熱

利用循環(huán)壓縮機進(jìn)行裝置預(yù)熱，共節(jié)約開車時間31h，節(jié)約裝置開車直接費用約104.16萬元。

（1）凈化裝置運行費用預(yù)算：

主要為丙烯壓縮機消耗蒸汽費用：蒸汽消耗量為48t/h，蒸汽（8.5MPa）按200元/t計算為9600元/ h；甲烷化催化劑預(yù)熱期間總費用（按31h計算）為29.76萬元。

（2）氣化裝置運行費用預(yù)算：

主要為氣化爐燃煤費用：4臺爐（3開1備）按70%負(fù)荷總耗煤為120t/h；煤價按200元/t計算為2.4萬元/h；甲烷化催化劑預(yù)熱期間總費用（按31h計算）為74.4萬元。

4.2 催化劑干燥

甲烷化催化劑干燥按照設(shè)計要求，用開車壓縮機分別對 5臺反應(yīng)器（C101、C102A/B、C103A/B、C104、C105）進(jìn)行單獨干燥，最短用時32×4=128h（見表3）。采用循環(huán)壓縮機同時對5臺甲烷化反應(yīng)器催化劑進(jìn)行干燥實際用時27h，縮短裝置運行時間111h，節(jié)約裝置運行直接費用372.96萬元。

（1）凈化裝置運行費用預(yù)算：

主要為丙烯壓縮機消耗蒸汽費用9600元/h；甲烷化催化劑干燥期間總費用（按 111h計算）為106.56萬元。

（2）氣化裝置運行費用預(yù)算：

主要為氣化爐燃煤費用2.4萬元/h，甲烷化催化劑干燥期間總費用（按111h計算）為266.4萬元。

表3 開車壓縮機催化劑干燥時間表Fig.3 Start-up compressor catalyst drying schedule

5 結(jié)語

通過在原設(shè)計的基礎(chǔ)上對催化劑預(yù)熱流程優(yōu)化改進(jìn)，實現(xiàn)了使用循環(huán)壓縮機進(jìn)行甲烷化催化劑預(yù)熱和催化劑干燥的整個過程。簡化了工藝流程，縮短開、停車時間約140h，節(jié)約裝置運行成本約477萬元。

[1]鄧永斌,鄭海波.煤制天然氣工業(yè)裝置甲烷化催化劑的升溫還原總結(jié)與評價 [J].廣州化工,2014,42(10):198-200.

[2]鄧永斌.煤制天然氣甲烷化裝置開車時間分析及優(yōu)化[J].煤炭與化工,2014,37(9):110-113.

Methanation catalyst preheating process and optimization in coal-based SNG production

ZHENG Hai-bo
(Inner Mongolia Datang International Keshiketeng Coal Gas Co.,Ltd.,Chifeng 025350,China)

The methanation catalyst preheating and reduction process of coal-based synthetic natural gas(SNG)production was introduced.Combined with the actual production,the feasibility of using a recycle compressor to replace the start-up compressor in catalyst preheating was analyzed.Through comparing the performance parameters of the start-up compressor and recycle compressor, an improvement scheme for methanation catalyst preheating was proposed,and its implementation saved the start-up time by 31 hours every time,which means that the initial time to dry out of catalyst was also greatly shortened in this approach and production consumption could be reduced.

coal to gas;methanation unit;catalyst;preheating;production consumption

TQ221.11

：B

：1001-9219(2016)06-84-03

2016-03-22；

：鄭海波（1984-）,男，工程師，電話15148387778，郵箱15148387778@126.com。