宋金成

摘 要：隨著我國(guó)人民物質(zhì)條件的不斷提高及對(duì)生活環(huán)境改善的迫切要求，國(guó)家提出煤改氣等措施解決霧霾等環(huán)境問(wèn)題，所以對(duì)清潔型新能源天然氣的需求與日俱增。重所周知我國(guó)是一個(gè)多煤，少油、貧氣的能源結(jié)構(gòu)。天然氣缺口巨大，尤其是冬季采暖季節(jié)多地出現(xiàn)用氣荒，于是煤制天然氣的發(fā)展戰(zhàn)略就成為優(yōu)化當(dāng)下能源結(jié)構(gòu)，解決天然氣缺口的一個(gè)主要方法，再加上天然氣的環(huán)保特性，于是利用煤資源加上甲烷化工藝技術(shù)制天然氣，更受到了人們的親賴(lài)。如何在有限的裝置內(nèi)提高甲烷化產(chǎn)品氣產(chǎn)量的分析研究已成為了當(dāng)今熱點(diǎn)話(huà)題。

關(guān)鍵詞：煤制天然氣；甲烷化工藝；提高產(chǎn)品氣產(chǎn)量；分析研究

1 引言

甲烷化反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，在高壓下進(jìn)行對(duì)正向反應(yīng)更有利，且可適用于不同煤氣化技術(shù)生產(chǎn)的合成氣；此外，提高壓力，壓縮機(jī)做功將會(huì)降低，透平壓縮機(jī)消耗高壓蒸汽量會(huì)減少。因此，提高壓力是本文研究的方向。

表1列出了常見(jiàn)的產(chǎn)品規(guī)格。SNG的高熱值通常在8900-9100Kcal/Nm3。可以對(duì)比一下，純凈的甲烷高熱值是9494 Kcal/Nm3。經(jīng)空分裝置帶進(jìn)的氮?dú)鈺?huì)混入裝置，并混在SNG產(chǎn)品中。由于甲烷化反應(yīng)使氣體體積減小，惰性氣體在SNG產(chǎn)品中的濃度將會(huì)是在原料中的4倍。大部分CO2轉(zhuǎn)化成CH4。原料中過(guò)量的氫氣可能導(dǎo)致在SNG中也含有0.5-1vol%的氫氣。SNG通常使用天然氣管線(xiàn)進(jìn)行輸送，因此必須符合相關(guān)的氣體規(guī)格。表1給出了SNG的一些典型參數(shù)和克期煤制氣生產(chǎn)出的合成氣（2016年10月份）組分對(duì)比。

由于煤氣化爐的類(lèi)型不同，以及每個(gè)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)條件不同，相應(yīng)的產(chǎn)出和消耗數(shù)據(jù)也都不一樣，從表1中可以看出，甲烷化分廠(chǎng)SNG數(shù)據(jù)優(yōu)于GE氣化煤預(yù)期組分及典型SNG組分。

2 甲烷化裝置提壓分析

2.1 裝置設(shè)計(jì)要求

甲烷化裝置采用英國(guó)Davy工藝，甲烷化反應(yīng)是體積縮小的放熱反應(yīng)，系統(tǒng)壓力從前至后逐步遞減。原設(shè)計(jì)入口原料氣壓力為3.2MPa，脫硫槽出口壓力為3.08MPa，循環(huán)壓縮機(jī)入口壓力為2.68MPa，出口產(chǎn)品氣壓力為2.25MPa。首站裝置壓縮機(jī)入口及入站設(shè)計(jì)操作壓力2.25MPa，首站壓縮機(jī)出口設(shè)計(jì)操作壓力為小于7.4MPa。

2.2 工藝技改分析

2.2.1 降低系統(tǒng)壓降

甲烷化裝置2012年7月和2013年7月公司一系列裝置先后完成了A、B單元的大負(fù)荷運(yùn)行。2013年12月18日，公司一系列裝置正式商業(yè)化運(yùn)行，合成裝置最大運(yùn)行負(fù)荷約80%。2014年7月5日，公司一系列裝置完成大負(fù)荷考核。當(dāng)前合成裝置實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷約為50%。

PIC71002為原料氣壓力，PIC71092為脫硫槽出口壓力，PIC71030為產(chǎn)品氣壓力。表2中列出了2014年7月份大負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)，從中可以看出，合成裝置系統(tǒng)壓降小于設(shè)計(jì)值。但是脫硫槽前的系統(tǒng)壓降大于設(shè)計(jì)值，實(shí)際壓降是設(shè)計(jì)壓降的2.58倍。經(jīng)過(guò)分析，脫硫槽壓降高主要原因?yàn)镻V-71001A閥門(mén)開(kāi)度小，存在明顯的節(jié)流。因此考慮通過(guò)調(diào)節(jié)首站壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和防喘閥開(kāi)度，來(lái)提高甲烷化裝置產(chǎn)品氣壓力，進(jìn)而減小甲烷化裝置系統(tǒng)壓降，可以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.2.2 提高產(chǎn)品氣壓力

通過(guò)2016年甲烷化裝置提壓運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)，結(jié)合原料氣質(zhì)量流量核算甲烷化裝置提壓運(yùn)行方案對(duì)產(chǎn)品氣產(chǎn)量影響分析，數(shù)據(jù)如表3所示。

表3中序號(hào)1至5分別代表了采集數(shù)據(jù)的時(shí)間，序號(hào)1代表數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2016年7月8日0點(diǎn)至2016年7月25日0點(diǎn)，序號(hào)2代表數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2016年2月19日0點(diǎn)至3月20日0點(diǎn)，序號(hào)3代表數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2016年3月22日0點(diǎn)至2016年4月25日0點(diǎn)，序號(hào)4代表數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2016年8月4日0點(diǎn)至2016年9月4日0點(diǎn)，序號(hào)5代表數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2016年10月20日0點(diǎn)至2016年11月7日0點(diǎn)。

從表3中采取產(chǎn)品氣壓力、產(chǎn)品氣CH4含量、凈化氣和產(chǎn)品氣單耗等數(shù)據(jù)繪制圖1，從圖1可以看出，隨著產(chǎn)品氣壓力的增加，產(chǎn)品氣中CH4含量有著顯著的增長(zhǎng)，高壓蒸汽和凈化氣單耗有著相反的趨勢(shì)，隨著產(chǎn)品氣壓力增加至2.7MPa時(shí)，高壓蒸汽單耗達(dá)到最低值；而隨著產(chǎn)品氣壓力的逐漸升高，凈化氣單耗達(dá)到最高值。

3 結(jié)論

本文研究甲烷化分廠(chǎng)生產(chǎn)優(yōu)化項(xiàng)目，裝置提壓運(yùn)行過(guò)程對(duì)甲烷化產(chǎn)品氣產(chǎn)量影響分析，通過(guò)提高合成產(chǎn)品氣壓力，產(chǎn)品中CH4含量由97.56%增加至98.58%，產(chǎn)品氣質(zhì)量有大幅度提高，與上半年參數(shù)進(jìn)行比較，降低高壓蒸汽單耗0.0624t/kNm3。

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