蔣云龍，趙曉明，杜曉宇

（天津渤化永利化工股份有限公司，天津300452）

甲醇是一種重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品，是生產(chǎn)二甲醚、MTBE、烯烴、甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等產(chǎn)品的主要原料。在煤化工發(fā)展的帶動下，煤制甲醇裝置如雨后春筍，相繼投產(chǎn)。盡管甲醇燃料、甲醇制烯烴和芳烴等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為甲醇市場展望了美好前景，但當前我國化學(xué)工業(yè)發(fā)展速度整體放緩，甲醇產(chǎn)能過剩問題依然突出，提高甲醇市場競爭力成為各單位生產(chǎn)管理要點[1]。本文以天津渤化永利化工股份有限公司甲醇生產(chǎn)為例，通過分析甲醇生產(chǎn)負荷與投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，得出甲醇裝置生產(chǎn)負荷——日利潤關(guān)系，為公司優(yōu)化生產(chǎn)提供有益參考。

1 天津渤化永利甲醇生產(chǎn)簡介

天津渤化永利化工股份有限公司以煤氣化裝置為龍頭，下游配有甲醇、合成氨、醋酸、丁辛醇和聯(lián)堿等系列產(chǎn)品生產(chǎn)裝置（見圖1）。公司采用荷蘭殼牌粉煤氣化技術(shù)，2套氣化裝置生產(chǎn)的粗煤氣送入煤氣總管后，分兩路氣分別送至合成氨裝置和甲醇裝置。由于合成氨裝置為丁辛醇、醋酸和聯(lián)堿裝置提供生產(chǎn)所需原料，故單爐運行時，所產(chǎn)粗煤氣僅供合成氨裝置使用。這就造成甲醇裝置生產(chǎn)波動較大，開停車及負荷調(diào)整相對頻繁。

圖1 天津渤化永利化工股份有限公司生產(chǎn)流程簡圖

甲醇生產(chǎn)裝置主要工藝流程為來自煤氣化裝置的粗煤氣脫除水分后，通過變換反應(yīng)使出口變換氣中一氧化碳的含量達到指標要求。變換氣在酸脫工序?qū)⑷苛蚧锛安糠侄趸济摮?，凈化氣與來自氫回收工序的氫氣混合，經(jīng)壓縮機升壓后進入甲醇合成工序反應(yīng)，生成的粗甲醇進一步在精餾工序脫除二甲醚等輕組分及水、乙醇、高碳鏈雜醇等重組分，生產(chǎn)出優(yōu)級的精甲醇產(chǎn)品和副產(chǎn)雜醇油。酸脫工序生產(chǎn)的濃二氧化碳和尾氣經(jīng)甲醇裝置區(qū)內(nèi)的兩臺二氧化碳壓縮機加壓后，送至聯(lián)堿和煤氣化裝置。

2 負荷對甲醇生產(chǎn)利潤影響

甲醇生產(chǎn)涉及到的投入產(chǎn)出項目見表1，本文中的各項物料單價和投入產(chǎn)出量分別采用渤化永利同期預(yù)算單價和甲醇生產(chǎn)的實際投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)。另外，2015年我公司的結(jié)算方式中，甲醇產(chǎn)品成本包含兩臺二氧化碳壓縮機的投入和產(chǎn)出，且甲醇合成催化劑處于活性初期。2019年甲醇產(chǎn)品成本采用新的結(jié)算方式，不包含兩臺CO2壓縮機的投入和產(chǎn)出，且甲醇合成催化劑處于活性中期。在煤質(zhì)穩(wěn)定、催化劑活性穩(wěn)定、進甲醇裝置合成氣溫度170～172℃的情況下（上述穩(wěn)定僅限于統(tǒng)計期間），2015年7月（工況1）和2019年2月（工況2）甲醇裝置的負荷與日利潤關(guān)系見圖2。由圖2可知：隨著甲醇裝置負荷的提升，甲醇產(chǎn)品的單日利潤逐漸上升，且近似于線性關(guān)系，裝置負荷分別達到85.69%和68.02%時，生產(chǎn)甲醇產(chǎn)品的投入與產(chǎn)出持平。酸脫、氣壓機、精餾等工序裝置運行時消耗的蒸汽、循環(huán)水、低壓氮氣等物料較多，在裝置負荷較低時，維持這些工序運行的物料循環(huán)量并未隨著負荷的降低而線性下降，且甲醇合成裝置送氫回收氣量并非線性下降，日消耗的直接人工和制造費用總額變化也不大，理論上會造成低負荷時單噸甲醇產(chǎn)品的物料消耗和費用分攤均較高，進而造成單噸產(chǎn)品甲醇利潤較裝置高負荷運行時偏低。但從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，特別是72%～84%負荷期間，單噸產(chǎn)品的利潤隨負荷的增長變化不大（等于斜率÷設(shè)計日產(chǎn)量×100），日利潤與負荷接近線性關(guān)系。此外，2015年7月和2019年2月兩個生產(chǎn)時期，甲醇裝置的負荷與日利潤關(guān)系差異較大，說明粗煤氣的穩(wěn)定供給、結(jié)算方式、催化劑活性和物料單價等因素都對甲醇負荷—日利潤的線性關(guān)系有較大影響，實際生產(chǎn)中，應(yīng)注意數(shù)據(jù)的積累，形成不同情況下的負荷—日利潤關(guān)系。

圖2 工況1和工況2甲醇負荷—日利潤圖

表1 甲醇裝置投入產(chǎn)出項目表

3 負荷—日利潤圖的應(yīng)用

2015年8月（除8月14日～8月17日外），甲醇變換入口粗煤氣溫度降為161℃左右（工況3），其負荷—日利潤關(guān)系見圖3。由圖3可知：在裝置低負荷時，工況1和工況3的甲醇負荷—日利潤關(guān)系較接近，但隨著負荷的升高，相同負荷下，工況3的日利潤較工況1顯著偏高。分析投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，雖然變換入口粗煤氣溫度不同，但兩種工況下變換工序的投入產(chǎn)出基本沒有變化，且變換出口CO指標較穩(wěn)定，合成工序新鮮氣的氫碳比均控制在1.95～2.05范圍。工況3時，甲醇合成系統(tǒng)的平均壓力從工況1的6.55MPa降為6.31MPa，合成循環(huán)氣惰氣（CH4+N2）含量平均值從25.18%降為22.06%。甲醇合成反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，在催化劑活性穩(wěn)定的前提下，甲醇合成系統(tǒng)的溫度、壓力、合成氣組成、空速、循環(huán)比、馳放氣量、換熱器的換熱能力、分離器的分離效果等因素都對甲醇合成反應(yīng)有較大影響，且上述因素互相影響。系統(tǒng)壓力在一定程度上能反映裝置的綜合運行水平，是日?？刂频闹匾笜酥?。系統(tǒng)壓力升高，有利于甲醇合成反應(yīng)的發(fā)生，但對設(shè)備強度和催化劑強度有較高要求，還會加速副反應(yīng)的發(fā)生，增加壓縮機的功耗，且在催化劑活性高的情況下，容易發(fā)生合成塔熱點溫度超溫。但系統(tǒng)壓力太低，則馳放氣量大，有效氣損失量大，造成甲醇成本偏高。此外，通過提高合成循環(huán)氣惰氣含量來控制反應(yīng)程度，也會導(dǎo)致消耗上漲[2～4]。工況1和工況3的負荷—日利潤圖說明，工況3下裝置經(jīng)濟運行效果更好。故在實際生產(chǎn)中，需根據(jù)催化劑的活性來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力和惰性氣體含量。

圖3 工況1和工況3甲醇負荷—日利潤圖

2015年8月14日～8月17日(工況4)，變換入口粗煤氣參數(shù)與工況1接近，圖4中的離散點為工況4的生產(chǎn)負荷與日利潤數(shù)據(jù)對應(yīng)點，上述點與工況1負荷—日利潤線的相對位置直觀的呈現(xiàn)出生產(chǎn)波動對日利潤的影響。可以看出：這4天日利潤較工況1負荷—日利潤線所對應(yīng)的日利潤偏低，特別是8月14日和8月15日，日利潤分別較當月負荷—日利潤趨勢線對應(yīng)值低4.05萬元和3.17萬元。結(jié)合生產(chǎn)實際，8月14日12:05，甲醇裝置儀表線路發(fā)生故障，造成甲醇合成氣壓縮機跳車。8月14日19:40，甲醇合成氣壓縮機恢復(fù)接氣。我公司以每日20:00為投入產(chǎn)出結(jié)算時間，氣壓機停車期間，有效氣在酸脫工序放空，精餾裝置循環(huán)運行。氣壓機接氣后，調(diào)整甲醇合成氫碳比期間，有效氣在酸脫工序和甲醇合成工序部分放空。

圖4 工況1和工況4甲醇負荷—日利潤圖

因此，本次甲醇合成工序和精餾工序開停車期間，全系統(tǒng)公用工程消耗大，且停開車期間有效氣放空量大，造成甲醇產(chǎn)品高壓蒸汽和低壓蒸汽消耗量分別上漲20.88%和57.66%，有效氣消耗最高時達到3.13kNm3/t（正常運行期間約2.25 kNm3/t）。此外，氫碳比調(diào)整基本穩(wěn)定后，馳放氣量仍然較大，合成塔壓力維持在6.15MPa，合成塔循環(huán)氣惰氣含量約19.79%，導(dǎo)致較正常生產(chǎn)利潤偏低。

4 結(jié)論

4.1 甲醇裝置的單日利潤隨甲醇生產(chǎn)負荷的上升而升高，且在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)出線性關(guān)系。生產(chǎn)波動、結(jié)算方式、催化劑活性和物料單價等因素都對甲醇負荷—日利潤關(guān)系有較大影響。

4.2 負荷—日利潤圖直觀的呈現(xiàn)出不同工況日利潤與平均日利潤的差異，將生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)擬合為直線，可量化裝置生產(chǎn)負荷與日利潤的關(guān)系，為生產(chǎn)管理動態(tài)化分析提供參考。

4.3 本文統(tǒng)計的負荷區(qū)間為60%～85%，由于影響生產(chǎn)因素較多，故擬合直線僅能反映生產(chǎn)平均水平，在應(yīng)用時，需根據(jù)單位實際生產(chǎn)情況，選取生產(chǎn)穩(wěn)定期間的數(shù)據(jù)，并通過劃分不同負荷區(qū)間來得到分段方程，從而提高擬合直線或曲線方程的準確性。

4.4 生產(chǎn)應(yīng)用中，可在建立各裝置負荷—日利潤關(guān)系的基礎(chǔ)上，進一步關(guān)聯(lián)企業(yè)各裝置開工負荷與企業(yè)日利潤關(guān)系，優(yōu)化生產(chǎn)經(jīng)濟運行。