装置提压运行对甲烷化产品气产量分析研究

宋金成

摘 要：随着我国人民物质条件的不断提高及对生活环境改善的迫切要求，國家提出煤改气等措施解决雾霾等环境问题，所以对清洁型新能源天然气的需求与日俱增。重所周知我国是一个多煤，少油、贫气的能源结构。天然气缺口巨大，尤其是冬季采暖季节多地出现用气荒，于是煤制天然气的发展战略就成为优化当下能源结构，解决天然气缺口的一个主要方法，再加上天然气的环保特性，于是利用煤资源加上甲烷化工艺技术制天然气，更受到了人们的亲赖。如何在有限的装置内提高甲烷化产品气产量的分析研究已成为了当今热点话题。

关键词：煤制天然气；甲烷化工艺；提高产品气产量；分析研究

1 引言

甲烷化反应是体积减小的反应，在高压下进行对正向反应更有利，且可适用于不同煤气化技术生产的合成气；此外，提高压力，压缩机做功将会降低，透平压缩机消耗高压蒸汽量会减少。因此，提高压力是本文研究的方向。

表1列出了常见的产品规格。SNG的高热值通常在8900-9100Kcal/Nm3。可以对比一下，纯净的甲烷高热值是9494 Kcal/Nm3。经空分装置带进的氮气会混入装置，并混在SNG产品中。由于甲烷化反应使气体体积减小，惰性气体在SNG产品中的浓度将会是在原料中的4倍。大部分CO2转化成CH4。原料中过量的氢气可能导致在SNG中也含有0.5-1vol%的氢气。SNG通常使用天然气管线进行输送，因此必须符合相关的气体规格。表1给出了SNG的一些典型参数和克期煤制气生产出的合成气（2016年10月份）组分对比。

由于煤气化炉的类型不同，以及每个厂家设计条件不同，相应的产出和消耗数据也都不一样，从表1中可以看出，甲烷化分厂SNG数据优于GE气化煤预期组分及典型SNG组分。

2 甲烷化装置提压分析

2.1 装置设计要求

甲烷化装置采用英国Davy工艺，甲烷化反应是体积缩小的放热反应，系统压力从前至后逐步递减。原设计入口原料气压力为3.2MPa，脱硫槽出口压力为3.08MPa，循环压缩机入口压力为2.68MPa，出口产品气压力为2.25MPa。首站装置压缩机入口及入站设计操作压力2.25MPa，首站压缩机出口设计操作压力为小于7.4MPa。

2.2 工艺技改分析

2.2.1 降低系统压降

甲烷化装置2012年7月和2013年7月公司一系列装置先后完成了A、B单元的大负荷运行。2013年12月18日，公司一系列装置正式商业化运行，合成装置最大运行负荷约80%。2014年7月5日，公司一系列装置完成大负荷考核。当前合成装置实际运行负荷约为50%。

PIC71002为原料气压力，PIC71092为脱硫槽出口压力，PIC71030为产品气压力。表2中列出了2014年7月份大负荷运行数据，从中可以看出，合成装置系统压降小于设计值。但是脱硫槽前的系统压降大于设计值，实际压降是设计压降的2.58倍。经过分析，脱硫槽压降高主要原因为PV-71001A阀门开度小，存在明显的节流。因此考虑通过调节首站压缩机转速和防喘阀开度，来提高甲烷化装置产品气压力，进而减小甲烷化装置系统压降，可以达到节能降耗的目的。

2.2.2 提高产品气压力

通过2016年甲烷化装置提压运行的各项参数，结合原料气质量流量核算甲烷化装置提压运行方案对产品气产量影响分析，数据如表3所示。

表3中序号1至5分别代表了采集数据的时间，序号1代表数据采集时间为2016年7月8日0点至2016年7月25日0点，序号2代表数据采集时间为2016年2月19日0点至3月20日0点，序号3代表数据采集时间为2016年3月22日0点至2016年4月25日0点，序号4代表数据采集时间为2016年8月4日0点至2016年9月4日0点，序号5代表数据采集时间为2016年10月20日0点至2016年11月7日0点。

从表3中采取产品气压力、产品气CH4含量、净化气和产品气单耗等数据绘制图1，从图1可以看出，随着产品气压力的增加，产品气中CH4含量有着显著的增长，高压蒸汽和净化气单耗有着相反的趋势，随着产品气压力增加至2.7MPa时，高压蒸汽单耗达到最低值；而随着产品气压力的逐渐升高，净化气单耗达到最高值。

3 结论

本文研究甲烷化分厂生产优化项目，装置提压运行过程对甲烷化产品气产量影响分析，通过提高合成产品气压力，产品中CH4含量由97.56%增加至98.58%，产品气质量有大幅度提高，与上半年参数进行比较，降低高压蒸汽单耗0.0624t/kNm3。

参考文献：

[1]陈声宗.化工过程开发与设计[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2]吴志泉.化工工艺计算[M].北京：化学工业出版社，1990.