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    降低甲醇裝置天然氣消耗的技術措施分析

    發布時間:2021-03-23 11:26

    李東林

          隨著氣田的大規模開發和應用,天然氣制甲醇的廠家日益增多,且生產甲醇成本中天然氣消耗已成為影響企業經濟效益的重要因素之一。中海石油建滔化工有限公司年產60萬噸甲醇裝置, 以海南東方1-1 氣田產高CO2、N2,低CH的天然氣(HHV22.8MJ/Nm3左右)為原料,綜合能耗30.78吉焦/噸,為國內甲醇生產裝置中能耗較低,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,經壓縮機提壓后進入合成塔,循環反應生成含有粗甲醇的混合物,再由精餾系統分離提純為精甲醇產品,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

          在現化工業化制甲醇裝置中,選擇高活性的催化劑,可以提高甲醇反應的轉化率,降低企業能耗,延長設備使用壽命,確保甲醇裝置生產的穩定性。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象的發生。

    2、減少燃料天然氣消耗

    2.1 提高轉化爐熱效率

          在生產甲醇時,天然氣單耗量為天然氣總量/甲醇產量。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??諝庀禂颠^高,會使煙氣攜帶的熱量增多,降低轉化爐的熱效率;過??諝庀禂颠^低,燃燒不完全,產生CO,反而引起燃料耗量增加,所以控制適當的過??諝庀禂抵祵D化爐的燃料消耗和熱效率至關重要。在具體操作時,依據燒嘴考克的大小調整風門擋板,根據實際操作我裝置一般將煙氣內氧含量控制在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。按照操作數據可知,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,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,增加燃料氣壓力,擴大爐管受熱面積。當轉化爐出口溫度穩定時,可以使燃料氣消耗減少。按照操作數據可知,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節,能夠增加工藝蒸汽溫度,以提升混合氣溫度,根據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

          當裝置生產穩定,轉化爐出口溫度穩定時,工藝生產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,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。操作數據顯示,轉化汽包排污率降低至2%,可以增加蒸汽產生量,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生抑制效果,但蒸汽消耗量也持續增加,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的甲醇損耗,還能夠增加甲醇產生量。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定運行狀態。②對合成系統馳放氣排放量進行合理控制。③提升合成水冷、空冷效果,以降低循環氣溫度,回收馳放氣,降低甲醇損耗。一般情況下,將循環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。⑥對主塔回流量及熱量進行調整,確保主塔熱量處于均衡狀態,且汽液負荷狀態穩定。當產品合格時,可以減少回流量,以此增加產品采出量。

    4、注重裝置技術改進

    4.1 優化改造循環水系統

          循環水涼水塔是現代大型工業裝置中重要的冷卻散熱設備之一,實際生產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涼水塔進行節能改造,就是充分利用循環水回水系統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,以節約電能和維護費用,從而獲得可觀的經濟效益。改造循環水系統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,每年可節省費用約1752864元。改造循環水系統圖如圖1。

    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,優化合成系統的反應,提高裝置效率,增加甲醇產量,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,根據生產數據,合成催化劑使用三年, 通過膜分離系統可多回收H2約9504 萬Nm3,三年內累計可增加精甲醇約13680.9噸,由于弛放氣中的H2已經回收,弛放氣熱值降低,投用膜分離后裝置能耗低0.21GJ/t。

          增設膜分離裝置圖如圖2。

    5、結語

          節能減排、降本增效是企業的生存之本。通過分析降低甲醇裝置天然氣消耗的各種技術措施,以指導優化甲醇生產,從而創造較好的經濟效益和社會效益。

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