煤制天然氣甲烷合成系統(tǒng)出現(xiàn)的問題及對策

王希奮，崔富忠，香承志，張永鋒

摘要：伊犁新天煤化工有限公司是目前全國最大的煤制氣項目，項目設(shè)計產(chǎn)能20億Nm³/a。甲烷合成采用英國Davy公司HICOM技術(shù)，按A、B兩系列設(shè)計，每系列由甲烷合成裝置、天然氣干燥裝置、天然氣壓縮三個裝置組成。項目在運行中出現(xiàn)了甲烷合成循環(huán)氣壓縮機(jī)一級密封氣帶水、甲烷合成系統(tǒng)氣密費用高/耗時長、天然氣干燥三甘醇消耗量高、反應(yīng)器壓差高等一系列問題。通過系統(tǒng)優(yōu)化和各項措施的實施，使甲烷合成兩系列能夠保證安全、穩(wěn)定、長周期運行。

關(guān)鍵詞：甲烷合成；天然氣干燥；循環(huán)氣壓縮機(jī)；天然氣壓縮機(jī)；合成系統(tǒng)氣密；汽提塔

       伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司（以下簡稱新天煤化工）天然氣產(chǎn)量為20億Nm³/a，項目煤氣化選用賽鼎工程有限公司碎煤加壓氣化技術(shù)，低溫甲醇洗選用德國林德公司專利技術(shù)，甲烷合成選用英國Davy公司專利技術(shù)，產(chǎn)品合成天然氣熱值34612 kJ/Nm³。甲烷合成系統(tǒng)運行中先后出現(xiàn)了甲烷降溫時間長、氣密費用高、耗時長、甲烷合成反應(yīng)器壓差高、甲烷合成循環(huán)氣壓縮機(jī)一級干氣密封氣帶水及溫度高、天然氣三甘醇消耗量增大、甲烷化合成裝置汽提塔汽提氣放火炬等導(dǎo)致運行不經(jīng)濟(jì)、能耗高、環(huán)保存在問題等。

1 甲烷合成工藝

       甲烷化采用英國Davy公司HICOM技術(shù)，設(shè)計合成替代天然氣能力20億Nm³/a，此流程使用戴維CRG催化劑將凈化氣合成甲烷，采用兩個系列，該技術(shù)具有合成氣轉(zhuǎn)化率高、原料消耗低、系統(tǒng)壓降小、能耗利用合理、流程簡練、控制簡單、“三廢”排放少等特點。甲烷合成工藝見圖1。

1.1 脫硫及主甲烷化反應(yīng)流程

       來自低溫甲醇洗的原料氣經(jīng)過1號進(jìn)料換熱器與來自1號補充甲烷化反應(yīng)器、已部分冷卻的反應(yīng)氣進(jìn)行預(yù)熱，然后加入一小股鍋爐水，其作用是水解有機(jī)硫。原料氣進(jìn)入分離罐進(jìn)行氣液分離，以防止原料氣中的液體被帶到甲烷化催化劑中，分離后的原料氣進(jìn)入脫硫槽脫硫。脫硫后的原料氣進(jìn)入2號進(jìn)料換熱器，被1號補充甲烷化反應(yīng)器的出口氣進(jìn)一步加熱。

       預(yù)熱后的原料氣分成兩股，一股和來自循環(huán)氣壓縮機(jī)的循環(huán)氣匯合后，進(jìn)入1號主甲烷化反應(yīng)器的固定絕熱床，發(fā)生甲烷化反應(yīng)。1號主甲烷化反應(yīng)器出口溫度約為650℃的高溫反應(yīng)氣，先經(jīng)過1號廢鍋產(chǎn)生中壓飽和蒸汽，再經(jīng)過蒸汽過熱器，對來自汽包的中壓飽和蒸汽進(jìn)行過熱。離開的工藝氣體和另一股新鮮原料氣相混合后，進(jìn)入2號主甲烷化反應(yīng)器進(jìn)一步甲烷化反應(yīng)，反應(yīng)器進(jìn)口溫度約為320℃。在2號主甲烷化反應(yīng)器中，大部分CO都和H₂發(fā)生反應(yīng)生成甲烷。出2號主甲烷化反應(yīng)器的高溫氣體約為650℃，先經(jīng)過2號廢鍋產(chǎn)生中壓飽和蒸汽，再經(jīng)過循環(huán)氣換熱器換熱。

1.2 補充甲烷化反應(yīng)和循環(huán)氣流程

       來自2號廢鍋的熱氣體在循環(huán)氣換熱器預(yù)熱，溫度降為約280℃。然后氣體分為兩股，一股經(jīng)1號鍋爐水預(yù)熱器和1號脫鹽水加熱器換熱冷卻至159℃，形成的冷凝液在循環(huán)氣分離罐循環(huán)氣分離罐中被分離出來，并送至工藝?yán)淠簱Q熱器。出分離罐的氣體經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)增壓后，循環(huán)回1號主甲烷化反應(yīng)器。

       出循環(huán)氣換熱器的另一股氣體直接進(jìn)入3號輔助甲烷化反應(yīng)器，繼續(xù)甲烷化反應(yīng)，反應(yīng)氣出口溫度約為480℃，該高溫氣體先進(jìn)入2號進(jìn)料換熱器對脫硫后的氣體進(jìn)行預(yù)熱，再在補充甲烷化換熱器中對進(jìn)2號補充甲烷化反應(yīng)器的進(jìn)料氣進(jìn)行預(yù)熱，然后在1號進(jìn)料換熱器中對進(jìn)裝置的原料氣預(yù)熱，最后在2號脫鹽水加熱器換熱冷卻到76℃。形成的氣液混合物在補充甲烷化反應(yīng)器分離罐進(jìn)行氣液分離。分離出的氣相經(jīng)補充甲烷化換熱器與熱反應(yīng)氣換熱升溫到250℃后，進(jìn)入4號輔助甲烷化反應(yīng)器完成甲烷化反應(yīng)，出口的反應(yīng)氣體首先在2號鍋爐水預(yù)熱器對鍋爐水加熱，再在3號脫鹽水加熱器中對脫鹽水進(jìn)行加熱，然后在SNG產(chǎn)品冷卻器中用冷卻水冷卻至40℃。形成的工藝?yán)淠涸诋a(chǎn)品氣分離罐中分離出來并送至工藝?yán)淠簱Q熱器。出分離罐的氣體壓力約為2.28MPa、溫度為40℃、甲烷摩爾分?jǐn)?shù)約為96mol%的濕合成天然氣，被送往天然氣干燥單元。

1.3 天然氣干燥

       本項目天然氣干燥采用三甘醇脫水技術(shù)，按2系列設(shè)計，主要由三甘醇吸收和再生組成，以滿足天然氣露點≤-10℃的要求。

       來自甲烷合成裝置的濕天然氣進(jìn)入原料氣過濾分離器，在濾芯的作用下，除去原料氣中的游離水、固體顆粒、烷烴液和烴類重組分。過濾后的氣體由吸收塔下部進(jìn)入塔內(nèi)向上移動，在填料層與三甘醇呈逆向接觸，脫除天然氣中的水分。出脫水吸收塔的干燥天然氣進(jìn)入產(chǎn)品氣分離器，分離掉攜帶的少量三甘醇后，進(jìn)入天然氣壓縮裝置。

1.4 天然氣壓縮

       來自天然氣干燥裝置的天然氣經(jīng)過壓縮機(jī)一段入口分離器進(jìn)行氣液分離后，進(jìn)入壓縮機(jī)一段進(jìn)行壓縮，一段出口氣溫度降至40℃后，經(jīng)分離器進(jìn)入壓縮機(jī)二段進(jìn)行壓縮，二段出口氣經(jīng)二段出口換熱器冷卻至42℃后送往天然氣首站。經(jīng)干燥脫水后的成品合成天然氣經(jīng)蒸汽透平驅(qū)動的離心式壓縮機(jī)加壓至12MPa后，通過長輸管線送至中石油西氣東輸管線。

2 避免單系列停車的問題及對策

2.1 單系列停車的問題

       甲烷化合成A/B系列原料氣入口無連通管線，當(dāng)甲烷合成1系列對應(yīng)凈化1系列非正常停車后，造成甲烷合成對應(yīng)1系列也要停車，導(dǎo)致單系列非計劃停車的問題。

       甲烷化合成A/B系列產(chǎn)品氣出口無連通管線合成裝置單系列非正常停車時，對應(yīng)天然氣干燥壓縮裝置也要停車或空轉(zhuǎn)，造成單系列停車的問題。

2.2 原因分析

       本項目設(shè)計為獨立的2個系列，2系列之間的主工藝裝置工藝氣管線均沒有聯(lián)通管線。甲烷合成為最后裝置，且系統(tǒng)開停車耗時最長，只要對應(yīng)系列前裝置有1個裝置停車，必將造成甲烷合成對應(yīng)裝置非正常停車。

2.3 具體實施對策

       甲烷化合成裝置A/B系列入口、出口增加連通管線及閥門，1系列對應(yīng)前裝置非正常停車后，可以通過聯(lián)通管線勻出部分原料氣，避免因原料氣中斷造成合成系統(tǒng)停車，天然氣干燥壓縮裝置也要停車或空轉(zhuǎn)。

       （1）甲烷合成A/B系列入口原料氣管線之間增加連通管線，管線上設(shè)置手閥和電動閥各1個，雙閥間設(shè)置盲板及導(dǎo)淋。正常運行時，連通管線電動閥和手閥均打開，低溫甲醇洗1系列非計劃停運時，立即調(diào)整甲烷合成A/B系列原料氣入口調(diào)節(jié)閥組，保證合成A/B系列原料氣進(jìn)入量，單系列的低溫甲醇洗運行供甲烷合成2系列正常運行。

       （2）甲烷合成A/B系列產(chǎn)品天然氣出口管線之間增加連通管線，管線上設(shè)置手閥及電動閥各1個，雙閥間設(shè)置盲板及導(dǎo)淋。正常運行時，連通管線電動閥和手閥均打開，甲烷合成1系列非計劃停運時，立即調(diào)整天然氣干燥A/B系列機(jī)入口調(diào)節(jié)閥組，單系列的甲烷合成產(chǎn)品氣供干燥壓縮2系列運行。甲烷合成進(jìn)、出口工藝氣管線新增聯(lián)通管線及閥門單線圖見圖2。

2.4 實施后達(dá)到的效果

       甲烷化合成A/B系列原料氣入口、產(chǎn)品氣出口工藝氣管線增設(shè)連通管線投運后，避免因氣化、凈化、合成單系列非計劃停車導(dǎo)致甲烷合成系統(tǒng)1系列發(fā)生非計劃停車。

3 甲烷化合成裝置汽提塔汽提氣回收利用

3.1 汽提塔汽提氣放空的問題

       甲烷化合成A/B兩系列汽提塔汽提氣中，CH₄、H₂、CO等有效氣體成分含量高達(dá)90%以上，長排氣通過全廠事故管線排入火炬燃燒，造成很大經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)保壓力。

3.2 汽提塔汽提氣放空原因分析

       因本項目環(huán)評審批較早、項目為EPC總包、甲烷合成/凈化分包單位不同等原因，原設(shè)計合成A/B系列汽提塔汽提氣放火炬連續(xù)燃燒。

3.3 具體對策

       針對甲烷合成汽提塔汽提氣放空的情況，成立技改小組，通過為期1周的現(xiàn)場調(diào)查研究，決定將合成A/B系列汽提塔頂部放火炬管線控制閥后分別引出1根DN50管線，并將A/B系列DN50管線合并為1根DN80管線送入低溫甲醇洗廢氣壓縮機(jī)入口，經(jīng)過壓縮機(jī)加壓后最終并入低溫甲醇洗裝置入口粗煤氣管線中，達(dá)到將汽提氣中有效氣體CH₄、H₂、CO等回收利用的目的。

3.4 實施后達(dá)到的效果

       根據(jù)甲烷合成工藝物料平衡圖及實際現(xiàn)場流量測算，甲烷合成A/B系列汽提氣共90 Nm³/h，其中有效氣組分81 Nm³/h，1年運行按8000 h計算，共可回收天然氣8000×8.1=64.8萬Nm³/a，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益折合人民幣為64.8×2.5=162萬元/a。

4 縮短甲烷合成系統(tǒng)降溫時間

4.1停車檢修降溫時間過長的問題

       甲烷化合成A/B系列停車檢修，因特性要求催化劑需要置換降溫處理，4臺反應(yīng)器催化劑的熱點溫度各不相同，正常1^#主反應(yīng)器最高，可達(dá)630℃，停車機(jī)修時，各反應(yīng)器床層溫度需降到45℃以下方可開始檢修，甲烷合成1系統(tǒng)降溫因受中壓氮氣用量限制（配套液氮泵的最大打氣量為12000 Nm³/h），降溫耗時需要47ｈ，時間較長。

4.2停車檢修降溫時間長的原因分析

       甲烷化合成A/B系列停車檢修，催化劑置換降溫需要使用中壓氮氣，中壓氮氣從原料氣管線進(jìn)入合成系統(tǒng)，經(jīng)過與系統(tǒng)內(nèi)反應(yīng)器、換熱器等設(shè)備換熱，吹掃氮氣溫度依次通過各個反應(yīng)器及換熱器后逐漸升高，因初期降溫需要啟動循環(huán)氣壓縮機(jī)循環(huán)降溫，部分中壓氮氣溫度升高后仍在合成系統(tǒng)循環(huán)，4臺反應(yīng)器只能通過原工藝氣管線循環(huán)減溫，無法補入新鮮的低溫中壓氮氣，導(dǎo)致床層降溫速度緩慢。

4.3具體對策

       經(jīng)過甲烷化系統(tǒng)優(yōu)化小組的研究分析，結(jié)合現(xiàn)場實際管線的布置，最終決定先在甲烷合成A系列的原料氣入口中壓氮氣管線與V10止逆閥前新增1根DN80的氮氣降溫管線，將氮氣降溫管線與合成系統(tǒng)升溫管線相連。通過改變合成系統(tǒng)的升溫流程，達(dá)到合成系統(tǒng)停車后快速降溫的目的。

       （1）在原料氣入口中壓氮氣管線與V10止逆閥前新增1條DN80的管線，將中壓氮氣管線與升溫管線相連。

       （2）在4臺甲烷化反應(yīng)器入口各新增1條DN50的中壓氮氣管線，用于吹掃降溫。

4.4 實施后的效果

       甲烷合成A系列的氮氣降溫管線技改完成，于2021年年度大檢修后投運。投運后，吹掃氮氣直接進(jìn)入4臺反應(yīng)器進(jìn)行降溫，避免了中壓氮氣從原料氣管線進(jìn)入合成系統(tǒng)，經(jīng)過與系統(tǒng)內(nèi)反應(yīng)器、換熱器等設(shè)備換熱，吹掃氮氣溫度升高，而導(dǎo)致床層溫度下降緩慢的問題。改造后，停車降溫總共用時34.5h，較之前合成系統(tǒng)降溫縮短12.5h，提前交付檢修，投運效果較好。

4.5 實施得到的經(jīng)濟(jì)效益

       合成系統(tǒng)降溫使用中壓氮氣量為10000Nm³/h，每次可節(jié)省125000Nm³中壓氮氣，折合液氮約156t，液氮按照700元/t計算，可節(jié)省156×700＝10.92萬元/次。

       提前停車進(jìn)入檢修，甲烷和1系列系統(tǒng)檢修完成后提前開車12.5h，正常運行滿負(fù)荷產(chǎn)氣量為125000 Nm³/h，天然氣凈利潤為0.5元/m³計，經(jīng)濟(jì)效益折合人民幣12.5×125000×0.5=78.125萬元/次。

4.6 優(yōu)化建議

       甲烷合成A系列改造后投運效果較好，建議甲烷合成B系列按照技改方案改造，達(dá)到停車后縮短系統(tǒng)降溫時間，提前交出檢修的目的。

5 合成系統(tǒng)氣密耗時過長的問題及對策

5.1 合成系統(tǒng)氣密耗時過長的問題

       甲烷化合成裝置氣密試驗需達(dá)到3.56MPa，而中壓氮氣管網(wǎng)壓力設(shè)計指標(biāo)為2.50MPa，因此甲烷合成系統(tǒng)氣密現(xiàn)有的條件只能達(dá)到2.50MPa，無法滿足甲烷合成系統(tǒng)正常運行壓力3.10MPa的需求，更難達(dá)到規(guī)范規(guī)定的設(shè)計壓力的1.15倍的壓力條件下的氣密需求。

5.2 合成系統(tǒng)氣密耗時長的原因

       因合成裝置工藝系統(tǒng)利用現(xiàn)有的中壓氮氣氣密僅能達(dá)到2.5MPa，達(dá)到氣密試驗至3.56MPa只能通過租賃液氮撬裝車。因液氮撬裝車氣密前需做油含量分析、接臨時管線、打氣量受限等諸多原因，造成合成系統(tǒng)氣密時間過長（耗時37h），影響甲烷合成開車進(jìn)度和天然氣并網(wǎng)時間，且每次兩個系列氣密實驗所需租賃液氮撬裝設(shè)備及槽車的費用高。

5.3 具體對策

       為縮短裝置氣密時間、提高開車效率、節(jié)約成本，新天煤化工技術(shù)團(tuán)隊根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備及工藝介質(zhì)條件，通過多次技術(shù)討論會后，決定利用現(xiàn)有資源，在天然氣壓縮機(jī)氮氣工況下，壓力提高至3.1MPa后，返送至甲烷合成系統(tǒng)作為氣密介質(zhì)，天然氣壓縮A/B機(jī)出口新增1根DN50管線，接至合成A/B裝置原料氣入口管線，直接利用天然氣壓縮機(jī)提壓中壓氮氣，給甲烷合成A/B系列系統(tǒng)做氣密性試驗。天然氣壓縮機(jī)可提壓至12MPa，滿足甲烷合成系統(tǒng)規(guī)范規(guī)定3.56MPa的壓力等級要求。這樣既節(jié)省了生產(chǎn)運行成本，也大大節(jié)約了高壓氣密時間，為系統(tǒng)提前開車做好準(zhǔn)備工作。

5.4實施后達(dá)到的效果

       該項技改工作完成后，甲烷合成系統(tǒng)氣密試驗采用2.50MPa中壓氮氣，先給合成系統(tǒng)充壓到2.45MPa后，再啟動天然氣壓縮機(jī)出口，提壓至3.56MPa給合成A系列充壓，僅用5h就完成了氣密試驗壓力要求，此次技改縮短了裝置氣密時間，系統(tǒng)開車提前了32h。按單系列100%負(fù)荷，開車產(chǎn)氣量為125000Nm³/h結(jié)算，每次合成系統(tǒng)大檢修后系統(tǒng)開車縮短32h，每次可多產(chǎn)125000×32=400萬Nm³天然氣，折合人民400×0.5=200萬元/次。每年甲烷合成大檢修1次，甲烷合成兩系列租賃撬裝車可節(jié)約費用50萬元。

6 甲烷合成反應(yīng)器壓差高的問題及對策

6.1 甲烷合成反應(yīng)器壓差高的問題

       2020年底，甲烷合成系統(tǒng)大檢修末期出現(xiàn)Ｂ系列2^#主反應(yīng)器和A系列3^#輔助反應(yīng)器壓差上漲的情況，且很快就上漲至設(shè)計壓力報警值125KPa。

6.2 甲烷合成反應(yīng)器壓差高的原因分析

（1）因新天煤化工催化劑已使用4年，設(shè)計規(guī)定使用5年，已至催化劑壽命的末期，部分催化劑出現(xiàn)粉化的情況。合成系統(tǒng)4臺反應(yīng)器串聯(lián)運行，隨著合成氣的后移，合成氣夾帶的部分粉化催化劑被帶入后反應(yīng)器，出現(xiàn)Ｂ系列2^#主反應(yīng)器和A系列3^#輔助反應(yīng)器壓差高的情況。

（2）反應(yīng)器內(nèi)澆注料脫落，因前面反應(yīng)器內(nèi)的澆注料脫落用時較長，且反應(yīng)器內(nèi)溫度高，運行過程系統(tǒng)開停車，反應(yīng)器內(nèi)壓力波動大，出現(xiàn)澆注料脫落的情況，澆注料脫落后隨合成氣帶入后反應(yīng)器，出現(xiàn)2^#主反應(yīng)器、3^#輔助反應(yīng)器壓差高的情況。

6.3 具體對策及措施

針對甲烷合成系統(tǒng)反應(yīng)器壓差高的情況，新天煤化工借鑒行業(yè)內(nèi)的處理措施，決定將此項檢修項目外包給具有相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行“撇頭”處理，“撇頭”處理完成后，根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)催化劑的剩余量決定是否補充新的催化劑，B系列2^#主反應(yīng)器撇頭30cm后，裝填20cm新催化劑，甲烷合成A系列3^#輔助反應(yīng)器撇頭15cm后不再裝填新催化劑。

6.4 實施后達(dá)到的效果

通過對甲烷合成B系列2^#主反應(yīng)器進(jìn)行“撇頭”處理后，2^#主反應(yīng)器壓差由之前的125KPa降至45KPa，壓差恢復(fù)正常。之后對甲烷合成Ａ系列進(jìn)行了停車“撇頭”處理，系統(tǒng)開車運行負(fù)荷加至滿負(fù)荷，3^#輔助反應(yīng)器壓差由之前的125KPa降至30KPa，壓差恢復(fù)正常。此次對反應(yīng)器壓差高進(jìn)行“撇頭”處理效果較好，也為后期出現(xiàn)反應(yīng)器壓差高的問題總結(jié)了寶貴的經(jīng)驗。

7 一級干氣密封氣存在的問題及對策

7.1 循環(huán)氣壓縮機(jī)一級干氣密封氣存在的問題

       （1）循環(huán)氣壓縮機(jī)一級密封氣帶液，導(dǎo)致密封氣增壓泵因出口因溫度高而報警。密封氣帶液影響壓縮機(jī)干氣密封安全穩(wěn)定運行及壽命，溫度高報警影響正常操作。

       （2）循環(huán)氣壓縮機(jī)一級密封氣流量調(diào)節(jié)閥故障率高且無旁路，發(fā)生故障時無法隔離在線檢修，影響壓縮機(jī)長周期穩(wěn)定運行。

       （3）循環(huán)氣壓縮機(jī)緊急停車后，一級密封氣快速切換備用中壓氮氣，運行時循環(huán)氣壓縮機(jī)一級密封氣備用氣源氮氣管線切斷為手閥，處于全開狀態(tài)，循環(huán)氣壓縮機(jī)急停后有工藝氣竄入中壓氮氣（管網(wǎng)壓力2.5MPa，低于合成系統(tǒng)壓力3.2MPa），管網(wǎng)存在風(fēng)險。

7.2 原因分析

       （1）甲烷合成系統(tǒng)因反應(yīng)速率及合成率的工藝要求，合成系統(tǒng)配套１臺循環(huán)氣壓縮機(jī)，將2^#主反應(yīng)器出口的合成氣一部分作為循環(huán)氣返回1^#、2^#反應(yīng)器再次參加反應(yīng)。循環(huán)氣壓縮機(jī)一級密封氣采用合成氣作為一級密封氣的氣源，2^#主反應(yīng)器出口已有大部分甲烷產(chǎn)生，伴隨著合成反應(yīng)有一部分水生成。2^#反應(yīng)器出口合成氣進(jìn)入循環(huán)氣入口分離器后，進(jìn)入循環(huán)氣壓縮機(jī)，循環(huán)氣壓縮機(jī)無法將全部的水分離出來，造成壓縮機(jī)一級密封氣帶液。

       （ 2）循環(huán)氣壓縮機(jī)一級密封氣流量調(diào)節(jié)閥故障率高且無旁路，屬于設(shè)計缺陷。

7.3 具體實施對策

       （1）增壓泵出入口增加１組過濾器，增壓泵出口增加１組冷卻器，將一級密封氣氣源改為不帶水的凈化氣。

       （2）甲烷化車間循環(huán)壓縮機(jī)一級密封氣流量調(diào)節(jié)閥增加旁路，將合成循環(huán)氣壓縮機(jī)一級密封氣流量調(diào)節(jié)閥增加旁路。

       （3）在循環(huán)氣壓縮機(jī)一級密封氣所用中壓氮氣管線上增加快速切斷兩位閥，壓縮機(jī)正常運行時保持關(guān)閉狀態(tài)，并與壓縮機(jī)停運信號掛聯(lián)鎖，確保壓縮機(jī)停運時，能快速將切斷閥打開。

7.4 實施后達(dá)到的效果

       （1）解決了壓縮機(jī)一級密封氣帶液、循環(huán)氣壓縮機(jī)一級密封氣增壓泵出口因溫度高而報警的問題，提高了循環(huán)氣壓縮機(jī)干氣密封安全穩(wěn)定運行周期，保證了循環(huán)氣壓縮機(jī)的穩(wěn)定運行。

       （2）可以實現(xiàn)一級密封氣流量調(diào)節(jié)閥在保證一級密封氣流量的前提下，隔離檢修，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

       （3）在一級密封氣中壓氮氣管線上增加快速切斷閥后，在正常運行時關(guān)閉，停車時快速打開，既可以保護(hù)干氣密封，又可以防止工藝氣竄去氮氣管網(wǎng)。

8 天然氣干燥三甘醇消耗量增大的對策

8.1 天然氣干燥三甘醇消耗量增大的問題

       2020年1月初，隨著甲烷化天然氣干燥裝置負(fù)荷加至100%后，出現(xiàn)了三甘醇消耗量越來越大的問題，1月日耗三甘醇量最高已達(dá)到0.64kg/萬Nm³，遠(yuǎn)高于設(shè)計指標(biāo)0.45kg/萬Nm³。

8.2 原因分析

8.2.1 工藝氣入口濕氣溫度

       天然氣干燥入口濕氣溫度過高會造成天然氣含水量增大，增大重沸器的負(fù)荷；過低則在和貧液接觸時脫水效果變差。無論過高或者過低都會影響三甘醇的脫水效果，進(jìn)而增大三甘醇的消耗量。所以需要通過查閱記錄、對比指標(biāo)等措施，嚴(yán)格控制干燥裝置天然氣入口濕氣溫度小于40℃且大于15℃ 。

       根據(jù)調(diào)取2020年1月15日～25日干燥裝置天然氣入口溫度（見圖3）發(fā)現(xiàn)，連續(xù)11d濕天然氣溫度均小于指標(biāo)控制40℃，天然氣溫度控制正常，確定工藝氣入口溫度高為非要因。

8.2.2 貧液冷卻器換熱效果差

       貧液冷卻器換熱效果差會導(dǎo)致三甘醇循環(huán)泵損壞，也會使天然氣的脫水效果變差，從而造成三甘醇損失過高，需要監(jiān)測控制三甘醇泵入口溫度小于指標(biāo)控制60℃。

       調(diào)取2020年1月15日～25日干燥裝置循環(huán)泵入口溫度發(fā)現(xiàn)，連續(xù)11d濕天然氣溫度均小于指標(biāo)控制60℃，天然氣溫度控制正常，確定貧液冷卻器換熱效果差為非要因。

8.2.3 精餾柱頂放空溫度

       嚴(yán)格控制精餾柱頂部排放溫度。精餾柱的作用主要是控制重沸器出口的氣體溫度，同時對來自吸收塔的富甘醇進(jìn)行預(yù)熱。如果溫度過高會使甘醇蒸汽蒸發(fā)，增大三甘醇損耗量，需要控制精餾柱頂溫度在88～95℃之間。

       調(diào)取2020年1月15日～25日干燥裝置精餾柱頂溫度發(fā)現(xiàn)，連續(xù)11d精餾柱頂溫度均小于指標(biāo)控制范圍，溫度控制正常，精餾柱頂放空溫度高為非要因。

8.2.4 重沸器溫度

       嚴(yán)格控制重沸器溫度。由于三甘醇溶液和水的沸點相差很大，且不生成共沸物，較易分離。重沸器作用是使塔底的液體再次氣化，將富液中的水分蒸發(fā)出去，如果重沸器溫度過高，則會將甘醇蒸汽蒸發(fā)出去，造成三甘醇損耗增大，需要嚴(yán)格控制重沸器溫度在175～203℃。

       調(diào)取2020年1月15日～25日干燥裝置重沸器溫度（見圖4）發(fā)現(xiàn)，連續(xù)11d濕重沸器溫度均值在190.6℃，溫度指標(biāo)控制正常，重沸器溫度過高為非要因。

8.2.5 三甘醇廢液含醇高

       充分利用三甘醇廢液。統(tǒng)計三甘醇排放廢液的含醇量（見表1），如廢液含醇量高，需回收廢液并實現(xiàn)再次利用，將廢液注入三甘醇再生系統(tǒng)進(jìn)行多次利用。

       綜合干燥A/B三甘醇廢液分析情況，含水平均值為50.50%，含三甘醇平均值為49.50%，即三甘醇廢液中約含有一半的三甘醇。通過統(tǒng)計13d的廢液量，干燥A系列平均廢液產(chǎn)生量為7.37kg/h，干燥B系列平均廢液產(chǎn)生量為9.09kg/h。按照干燥A/B裝置運行8000h/a計算，年產(chǎn)生的廢液量為(7.37+9.09)kg/h×8000h=131680 kg，全年共產(chǎn)生廢液約131.68t；按照廢液含三甘醇49.5%計算，全部回收利用，全年可回收三甘醇65t，分析確認(rèn)三甘醇廢液含醇高為三甘醇消耗高的主要要因。

8.2.6 汽提氮氣量過大

       精準(zhǔn)控制汽提氮氣流量，使三甘醇濕氣更好脫水，從而減少三甘醇損耗。

       根據(jù)調(diào)取2020年1月15日至25日間的干燥裝置汽提氮氣流量發(fā)現(xiàn)，連續(xù)11d氮氣流量控制均值在220Nm³/h，指標(biāo)控制正常，確認(rèn)汽提氮氣量過大為非要因。

8.2.7 閃蒸罐壓力過高

       嚴(yán)格控制閃蒸罐壓力。閃蒸罐的作用是在低壓下閃蒸出富甘醇中甲烷、二氧化碳、氫氣等氣體。如果閃蒸罐溫度過高，會降低閃蒸效果和三甘醇的純度，使烴類物質(zhì)隨三甘醇進(jìn)入重沸器，在溫度過高時烴類和水分會迅速汽化，蒸汽向精餾柱頂部移動帶走三甘醇，嚴(yán)格檢測和控制閃蒸罐壓力在0.4MPa左右。

       調(diào)取2020年1月15日至25日間的干燥裝置閃蒸罐發(fā)現(xiàn)，連續(xù)11d壓力控制均值在0.4MPa，指標(biāo)控制正常，確認(rèn)閃蒸罐壓力過大為非要因。通過統(tǒng)計分析一段時間的數(shù)據(jù)，最終找出了導(dǎo)致三甘醇消耗量增大的主要原因為天然氣干燥A/B三甘醇廢液中三甘醇含量高，平均值高達(dá)為49.50%。原設(shè)計三甘醇廢液送污水處理后無法回收利用，出現(xiàn)三甘醇耗量增大；另外，天然氣干燥出口中的天然氣夾帶少量三甘醇，為三甘醇消耗量大的次要原因。

8.3 具體對策

       針對三甘醇廢液中三甘醇含量高的原因，決定將三甘醇廢液回收利用，將三甘醇收集罐三甘醇廢液停送水處理，在三甘醇廢液罐底部增加回收泵，將廢液輸送至閃蒸罐再生，以達(dá)到回收利用的目的。三甘醇回收系統(tǒng)改造前后對比見圖5。

       （1）在三甘醇廢液罐底部新增２臺三甘醇廢液回收利用泵，配置管線、隔離閥等，將廢液收集罐內(nèi)廢液輸送至閃蒸罐進(jìn)行閃蒸再生，系統(tǒng)中的水分通過增加氣體氮氣量和提高三甘醇重沸器的溫度來控制，以保證水分可以全部蒸除。

       （2）將天然氣壓縮機(jī)入口分離器、段間分離器底部導(dǎo)淋兩導(dǎo)淋匯總至一根管引至室外，與集液包相連，先將三甘醇排入集液包，集液包液位高時關(guān)閉排放導(dǎo)淋，再從集液包內(nèi)將三甘醇排至天然氣干燥裝置回收利用。

8.4 實施后達(dá)到的效果

       自三甘醇廢液回收利用泵和天然氣壓縮機(jī)入口分離器、段間分離器底部三甘醇回收管線投運后，三甘醇消耗遠(yuǎn)低于設(shè)計指標(biāo)0.45kg/萬Nm³，最低時低到0.28 kg/萬Nm³，徹底解決了天然氣干燥三甘醇消耗量大的問題。

8.5 經(jīng)濟(jì)效益分析

       2019年，甲烷化車間天然氣干燥裝置三甘醇消耗量為0.45kg/萬Nm³天然氣，年消耗三甘醇73t，年累計天然氣產(chǎn)量16.3億Nm³，三甘醇消耗量較高。2020年計劃天然氣產(chǎn)量19億Nm³，需消耗三甘醇85.5t，約需采購費用145.3萬元。按照干燥A/B系列運行8000h計算，預(yù)計可回收三甘醇廢液13168t/a，廢液中含三甘醇49.5%，全部回收利用可回收三甘醇65t/a。每年可節(jié)約1.7×65=110.5萬元。

9 結(jié)語

         新天煤化工技術(shù)攻堅團(tuán)隊通過行業(yè)內(nèi)對標(biāo)、自身探索和多次技術(shù)交流，制定技改方案并組織實施，解決了甲烷合成系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的甲烷合成系統(tǒng)降溫時間長、甲烷合成系統(tǒng)氣密費用高和耗時長、甲烷合成反應(yīng)器壓差高、甲烷合成循環(huán)氣壓縮機(jī)一級干氣密封氣帶水及溫度高、天然氣三甘醇消耗量增大、甲烷化合成裝置汽提塔汽提氣放火炬等一系列問題，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，樹立了行業(yè)內(nèi)節(jié)能降耗的標(biāo)桿，提高了甲烷合成系統(tǒng)的緊急效益。目前，新天煤化工的甲烷合成系統(tǒng)已處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

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