李東林

（中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 572600）

隨著氣田的大規(guī)模開發(fā)和應用，天然氣制甲醇的廠家日益增多，且生產(chǎn)甲醇成本中天然氣消耗已成為影響企業(yè)經(jīng)濟效益的重要因素之一。中海石油建滔化工有限公司年產(chǎn)60萬噸甲醇裝置,以海南東方1-1氣田產(chǎn)高CO2、N2，低CH4的天然氣（HHV22.8MJ/Nm3左右）為原料，綜合能耗30.78吉焦/噸，為國內(nèi)甲醇生產(chǎn)裝置中能耗較低，達到世界先進水平。其主要工藝為：海上平臺來的天然氣與蒸汽混合，在轉化催化劑作用下反應生成合成氣，經(jīng)壓縮機提壓后進入合成塔，循環(huán)反應生成含有粗甲醇的混合物，再由精餾系統(tǒng)分離提純?yōu)榫状籍a(chǎn)品，最后送入配套的成品單元。主要的工藝特點：采用高CO2、N2，低CH4為原料的天然氣；大型頂燒轉化爐；一段蒸汽轉化；單機壓縮；單塔合成；雙塔精餾。

1 選擇適宜的轉化催化劑

在現(xiàn)化工業(yè)化制甲醇裝置中，選擇高活性的催化劑，可以提高甲醇反應的轉化率，降低企業(yè)能耗，延長設備使用壽命，確保甲醇裝置生產(chǎn)的穩(wěn)定性。由于我廠的原料是來自東方1-1氣田的天然氣，其中CO2含量高，平均在20%以上。為此，采用鎳鉬加氫催化劑，它對CO2，CO的甲烷化副反應速率比鈷鉬催化劑慢，有效地避免了甲烷化反應而導致的超溫現(xiàn)象的發(fā)生。

2 減少燃料天然氣消耗

2．1 提高轉化爐熱效率

在生產(chǎn)甲醇時，天然氣單耗量為天然氣總量/甲醇產(chǎn)量。天然氣總量包含燃料天然氣和工藝天然氣。當裝置負荷一定時，工藝天然氣量不變，減少天然氣消耗的關鍵在于減少燃料天然氣耗量。提高轉化爐熱效率，有助于減少天然氣消耗。①控制轉化爐煙氣氧含量。煙氣的過?？諝庀禂?shù)過高，會使煙氣攜帶的熱量增多，降低轉化爐的熱效率；過?？諝庀禂?shù)過低，燃燒不完全，產(chǎn)生CO，反而引起燃料耗量增加，所以控制適當?shù)倪^?？諝庀禂?shù)值對轉化爐的燃料消耗和熱效率至關重要。在具體操作時，依據(jù)燒咀考克的大小調(diào)整風門擋板，根據(jù)實際操作我裝置一般將煙氣內(nèi)氧含量控制在1.4%～2.0%左右，此時，可以減少燃料氣的使用量112Nm3/h。②控制轉化爐膛負壓。在高負壓工況下，煙氣流動速度快、且攜帶大量熱量，使排煙溫度上升，引風機轉速較高。若煙氣流動速度慢，則負壓低，換熱效率上升，排煙溫度下降。按照操作數(shù)據(jù)可知，爐膛負壓降低到-38.1Pa時，可以使燃料氣消耗量降低，我裝置一般將爐膛負壓控制在-28.3～-38.1Pa范圍內(nèi)，此時，可以減少燃料氣的使用量71Nm3/h。③增加燃料氣壓力。在一定范圍內(nèi)，增加燃料氣壓力，擴大爐管受熱面積。當轉化爐出口溫度穩(wěn)定時，可以使燃料氣消耗減少。按照操作數(shù)據(jù)可知，燃料氣壓力上升時，可以減少燃料氣量46Nm3/h。④增加混合氣溫度。對飽和蒸汽與過熱蒸汽流量進行調(diào)節(jié)，能夠增加工藝蒸汽溫度，以提升混合氣溫度，根據(jù)轉化爐的設計與實際工況，我裝置將轉化爐進口溫度控制在560℃左右，從而達到減少燃料氣量的目的。

2．2 減少蒸汽使用量

當裝置生產(chǎn)穩(wěn)定，轉化爐出口溫度穩(wěn)定時，工藝生產(chǎn)所獲得的中壓蒸汽源自于煙道廢鍋，所以，當蒸汽消耗量減少時，燃料天然氣的使用量也隨之減少，其作用表現(xiàn)在：①減少鍋爐水排污量。對于鍋爐排污爐水，可以攜帶走大量熱量。所以滿足爐水指標后，采用關小連排方式控制，可以將轉化與合成爐水的排污量控制在標準范圍內(nèi)，不僅可以避免蒸汽的浪費，還可以減少鍋爐上水量和爐水加藥量。操作數(shù)據(jù)顯示，轉化汽包排污率降低至2%，可以增加蒸汽產(chǎn)生量，以此減少燃料氣量。②提升蒸汽品質。采用轉化爐煙氣余熱，可以增加高壓蒸汽壓力、過熱后溫度，以此加強高壓蒸汽的潛能。采用此種方式，高品質高壓蒸汽可以為壓縮機和鼓引風機提供可靠的驅動力，以此減少中壓蒸汽消耗量。③降低水碳比。高水碳比有助于提升轉化反應，對轉化催化劑析碳產(chǎn)生抑制效果，但蒸汽消耗量也持續(xù)增加，從而增加爐管熱負荷。在滿足工藝要求的同時，盡量降低水碳比和減少燃料氣消耗。我裝置一般情況下，將轉化反應水碳比控制在2.75左右。

3 增加甲醇產(chǎn)量，降低損耗

當轉化氣質量和轉化負荷一定時，可以提升合成反應效率，以減少合成精餾系統(tǒng)的甲醇損耗，還能夠增加甲醇產(chǎn)生量。所應用的技術措施如下：①對合成反應溫度、空速和壓力進行控制，確保合成催化劑處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。②對合成系統(tǒng)馳放氣排放量進行合理控制。③提升合成水冷、空冷效果，以降低循環(huán)氣溫度，回收馳放氣，降低甲醇損耗。一般情況下，將循環(huán)氣冷卻后溫度控制在40℃左右。④降低預塔和精餾主塔的冷卻后溫度，減少不凝氣排放，降低甲醇損耗。一般情況下將精餾甲醇采出溫度控制在40℃左右。⑤注重精餾主塔甲醇含醇量的控制，以減少甲醇外排損耗。將主塔塔底水含醇量控制在0.1%以內(nèi)。⑥對主塔回流量及熱量進行調(diào)整，確保主塔熱量處于均衡狀態(tài)，且汽液負荷狀態(tài)穩(wěn)定。當產(chǎn)品合格時，可以減少回流量，以此增加產(chǎn)品采出量。

4 注重裝置技術改進

4．1 優(yōu)化改造循環(huán)水系統(tǒng)

循環(huán)水涼水塔是現(xiàn)代大型工業(yè)裝置中重要的冷卻散熱設備之一，實際生產(chǎn)中為確保涼水塔的降溫效果，一般選用6KV電機驅動風機葉輪進行散熱，而所選電機的功率都會有較大富裕，這樣既浪費電能又會造成較大的噪音污染。利用水輪機驅動葉輪散熱對傳統(tǒng)涼水塔進行節(jié)能改造，就是充分利用循環(huán)水回水系統(tǒng)富余能量來驅動風機旋轉，從而達到風機的設計轉速和風量，省去了原配6KV電機與附屬設備，以節(jié)約電能和維護費用，從而獲得可觀的經(jīng)濟效益。改造循環(huán)水系統(tǒng)4000t涼水塔3臺風機，單臺涼水塔電機耗電為117.8Kw/h，以全年工作約8000h計算，每年可節(jié)省費用約1752864元。改造循環(huán)水系統(tǒng)圖如圖1。

圖1 改造循環(huán)水系統(tǒng)

4．2 增設膜分離裝置

合成催化劑中后期活性開始衰退，弛放氣量隨合成催化劑活性的降低而增加。到合成催化劑后期受PSA系統(tǒng)設計負荷的限制，多余的馳放氣只能送去轉化做燃料氣燃燒，造成了H2資源極大的浪費和甲醇產(chǎn)量的下降，也造成了大量溫室氣體的排放。為了減少H2損失，優(yōu)化合成系統(tǒng)的反應，提高裝置效率，增加甲醇產(chǎn)量，增設膜分離裝置，通過實際計算比較，回收弛放氣中氫氣3178Nm3可增加1噸精甲醇，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，合成催化劑使用三年,通過膜分離系統(tǒng)可多回收H2約9504萬Nm3，三年內(nèi)累計可增加精甲醇約13680.9噸，由于弛放氣中的H2已經(jīng)回收，弛放氣熱值降低，投用膜分離后裝置能耗低0.21GJ/t。

圖2 增設膜分離裝置

增設膜分離裝置圖如圖2。

5 結語

節(jié)能減排、降本增效是企業(yè)的生存之本。通過分析降低甲醇裝置天然氣消耗的各種技術措施，以指導優(yōu)化甲醇生產(chǎn)，從而創(chuàng)造較好的經(jīng)濟效益和社會效益。