曹立軍（中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司， 黑龍江 哈爾濱 154854）

部分氧化氮氣無循環(huán)升溫技術(shù)改造

曹立軍（中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司， 黑龍江 哈爾濱 154854）

為減少停車時間，增加產(chǎn)品產(chǎn)量，提高經(jīng)濟(jì)效益，中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司甲醇分廠將原部分氧化氮氣循環(huán)升溫方式進(jìn)行改造。從生產(chǎn)工藝及安全性等方面考慮，并結(jié)合以往的生產(chǎn)經(jīng)驗，提出了部分氧化氮氣無循環(huán)升溫（直排升溫）改造方案，目前改造已成功實施，取得良好效果。

部分氧化；無循環(huán)；升溫；技改

中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司（原名哈爾濱氣化廠）于1990年開工建設(shè)，以煤為原料生產(chǎn)煤氣及甲醇，原有年產(chǎn)6萬噸甲醇裝置，2001年新建年產(chǎn)8萬噸甲醇裝置，于2008年建設(shè)年產(chǎn)25萬噸甲醇生產(chǎn)裝置。25萬裝置較前兩套裝置的基礎(chǔ)上，在脫硫工序后壓縮工序前加入部分氧化工序。

1 部分氧化轉(zhuǎn)化原理

凈煤氣部分氧化法也稱自熱轉(zhuǎn)化法，即在轉(zhuǎn)化爐上部由氧氣和凈煤氣中的部分CH4、H2進(jìn)行不可逆的瞬時燃燒反應(yīng)，放出大量的熱以供經(jīng)甲烷轉(zhuǎn)化所需熱量和彌補轉(zhuǎn)化爐的損失。反應(yīng)方程式如下。

燃燒反應(yīng)

CH4+2O2=CO2+2H2O+Q

2H2+O2=2H2O+Q

甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)

CH4+H2O=CO+3H2-Q

CH4+CO2=2CO+2H2-Q

其作用是將凈煤氣中的部分甲烷轉(zhuǎn)化為一氧化碳及氫氣，以提高甲醇反應(yīng)原料氣中有效成分含量，故而提高甲醇產(chǎn)量。

由于中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司于2011年建設(shè)甲醇吹除氣提取天然氣項目，部分氧化裝置改變原來連續(xù)運行方式，更改為季節(jié)性運行的方式，即根據(jù)市場需求變化而決定開停的方式。部分氧化開車時，在投入原料氣前需將轉(zhuǎn)化爐出口溫度提高到550℃，此過程稱為升溫過程，升溫時間至少需要24小時。

2 原有循環(huán)升溫技術(shù)方案介紹

原有的升溫技術(shù)方案為，壓縮工段停汽輪機、合成系統(tǒng)泄壓，用氮氣置換合格后保壓0.3MPa左右，天然氣100#膜停車保壓。壓合工段停車后，導(dǎo)入壓縮機入口補氮氣盲板，啟汽輪機升速至5300r/min，打開氮氣循環(huán)升溫管線手閥，按照升溫圖表進(jìn)行氮氣循環(huán)升溫。

氮氣循環(huán)具體路線為：聯(lián)合壓縮機→原料氣預(yù)熱器E03006→混合氣預(yù)熱器E03004→加熱爐F03001→轉(zhuǎn)化爐R03001→廢熱鍋爐E03003→混合氣預(yù)熱器E03004→鍋爐給水預(yù)熱器E03005→原料氣預(yù)熱器E03006→除鹽水預(yù)熱器E03007→水冷器E03008→分離器S03001→聯(lián)合壓縮機。

3 原有技術(shù)方案存在的問題

由于公司每天有15.22萬立方米的天然氣消耗（供管道及加氣用），如果技術(shù)啟用部分氧化裝置提高甲醇產(chǎn)量，必須將長線壓力打到1.85MPa，部分氧化開車期間天然氣原料氣由8萬噸甲醇裝置供應(yīng)。8萬裝置可生產(chǎn)天然氣10.13萬立/天，所產(chǎn)天然氣無法滿足每天的消耗量。因此當(dāng)長線壓力下降到一定程度時就需將部分氧化裝置、25萬裝置停車，然后再將25萬裝置騎車（不開部分氧化裝置），全力生產(chǎn)天然氣將長線壓力再打到1.85MPa。

如果計劃提高甲醇產(chǎn)量開啟部分氧化裝置，必須按如上方式進(jìn)行反復(fù)開停車，約為七天一個循環(huán)。而原升溫技術(shù)的缺點是，需用25萬裝置壓縮機進(jìn)行氮氣循環(huán)升溫，因此壓合工段每次必須停車至少24小時，在停車時間中無法產(chǎn)出甲醇及吹除氣，減少了甲醇及天然氣產(chǎn)量，并且在開停車過程中造成原料氣放空等能源的浪費。

4 無循環(huán)升溫技術(shù)方案介紹

4.1 無循環(huán)升溫原理

針對原有技術(shù)的缺點，提出此項技術(shù)改造，目的為在氧化開車升溫過程中避免壓合停車帶來的能源浪費及產(chǎn)量減少。

部分氧化氮氣無循環(huán)升溫（直排升溫）為在脫硫塔后、原料氣預(yù)熱器E03006前原料氣管線安裝低壓氮氣管線，氧化升溫時壓合無需停車，低壓氮氣由E03006直接進(jìn)入氧化系統(tǒng)，由PV03018排放，如此不斷引入低壓氮氣，在氧化系統(tǒng)經(jīng)過后直接排放。

4.2 無循環(huán)升溫工藝流程

氮氣無循環(huán)具體路線為：原料氣預(yù)熱器E03006→混合氣預(yù)熱器E03004→加熱爐F03001→轉(zhuǎn)化爐R03001→廢熱鍋爐E03003→混合氣預(yù)熱器E03004→鍋爐給水預(yù)熱器E03005→原料氣預(yù)熱器E03006→除鹽水預(yù)熱器E03007→水冷器E03008→分離器S03001→放空閥PV03018。

在此升溫過程中，25萬壓合工段仍正常運行，不影響甲醇的產(chǎn)量及長線天然氣的供應(yīng)，為氧化運行延長時間。

升溫速率圖見表1（具體升溫時間視實際情況而定）。

表1 部分氧化升溫速率表

5 無循環(huán)升溫技術(shù)方案的實施結(jié)果

此技術(shù)改造在部分氧化開車時成功實施，效果良好。下面以具體數(shù)據(jù)說明技術(shù)改造取得的效果。

加熱爐點火開始氮氣直排升溫，根據(jù)具體工藝情況，最終引原料氣，升溫過程結(jié)束，此次升溫歷時約52小時。升溫曲線圖見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)化爐升溫曲線

在此過程中，25萬壓合工段正常運行，天然氣正常生產(chǎn)，具體產(chǎn)品產(chǎn)量見表2。

表2 分氧化升溫期間甲醇及天然氣產(chǎn)量

由表2可以看出，在2015年8月部分氧化升溫的52小時過程中，由于采用氮氣無循環(huán)升溫技術(shù)，增加甲醇產(chǎn)量440.22噸，天然氣16.077萬立方米。

根據(jù)以往經(jīng)驗，如采用原循環(huán)升溫方式，25萬合成泄壓過程約排放原料氣1.2萬立方米，天然氣100#膜停車排放原料氣約5000立方米，汽輪機重啟耗用大量高壓蒸汽 。

6 結(jié)論

通過部分氧化開車，氮氣無循環(huán)升溫技術(shù)進(jìn)行實施，證明同原有循環(huán)升溫方式比較，采用新技術(shù)每次開車可增加甲醇產(chǎn)量約450噸，天然氣產(chǎn)量16萬立方米，減少原料氣排放約1.7萬立方米，節(jié)省其它能源若干，具有重要的經(jīng)濟(jì)價值。

［1］王志魁.化工原理［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［2］黃璐，王保國.化工設(shè)計［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［3］楊軍，羅立明.淺談合成-造氣系統(tǒng)氮氣循環(huán)升溫工藝流程的改進(jìn)［J］.瀘天化科技，2011：25-28.