天然气制甲醇装置中蒸汽平衡改造.pdf

第 5期 曾凡平等 天然气制甲醇装置中蒸汽平衡改造 5 9 天然气制甲醇装置中蒸汽平衡改造 曾凡平 ， 吕万举 ， 黄祖祥 ， -X - l l 青海中浩天然气化工有限公司， 青海格尔木8 1 6 0 0 0 摘要 介绍 了青海 中浩天然气制甲醇装置运行 中出现 的蒸汽平衡问题 以及改造措施 。 改造后每年可降低 费用超过 2 5 0 0万 关键词 天然气 ； 甲醇生产 ； 蒸汽平衡 ； 技术改造 ； 节 能降耗 中图分类号 T Q 2 2 3 ． 1 2 1 ； T Q 0 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 9 2 1 9 2 0 1 3 0 5 5 9 - 0 3 青海 中浩 天然气 化工有 限公 司 简 称青海 中 浩 6 0万 池 甲醇装置采用英 国 D AV Y工艺技术 ， 以天然气为原料 ， 简要工艺流程如下 1 天然气增 压后进行千法脱硫 ； 2 天然气增湿后进行蒸汽转 化 ， 采用一段蒸汽转化炉前加预转化炉 ； 3 转化气 废热回收 ； 4 转化气增压与合成气循环共用一 台 压缩机 ． 合成气压缩机采用德莱赛兰蒸汽透平驱动 离心式压缩机 ； 5 低压 7 ． 5 MP a 合成 甲醇 ， 甲醇合 成是采用 两个立式蒸 汽主合成塔前 串联两个绝热 预合 成塔 ； 6 精馏采用三塔精馏 ， 产 品既符合 G B 3 3 8 ． 2 0 1 1 。 也符合美标“ A A” 级。此装置蒸汽系统 由 高压蒸 汽 1 1 ． 2 MP a 、 5 2 0 C 、中压蒸汽 3 ． o 5 MP a 、 3 4 9 ℃ 和低压蒸汽 0 ． 4 5 MP a 、 1 5 2 “ t 3 三个等级组成 ， 中压蒸汽用户最多也最重要 ， 正常操作 以中压蒸汽 平稳为核心。优化装置蒸汽平衡。 对工厂节能减排， 提高经济效益具有重要意义 。 1 装置原蒸汽平衡设计 图 1为该甲醇厂冬季蒸汽平衡系统设计图。 2 运行 中存 在的问题 青海 中浩 6 0万 甲醇装置 自 2 0 1 0年 7月开 车投产以来 。 装置运行存在不少问题 1 蒸汽不平衡 ，设计合成产出中压饱和蒸汽 7 1 t ／ h ， 而装置实际运行中仅产出 4 0 。 只能达到设 计能力的 5 3 ％． 缺少的 3 1 t ／ h中压蒸汽依赖于开工 锅炉提高负荷来满足 收稿 日期 2 0 1 3 ． 0 3 ． 1 3 ； 作 者简 介 曾凡平 1 9 8 1 ． ， 男 ， 工 程 师， 电话 1 3 9 9 7 3 9 1 1 2 1 ， 电邮 z 3 3 3 3 2 3 4 9 3 1 1 7 q q ．c o m。 2 设 计 中 开 工 锅 炉 在 夏 季 保 持 天 然 气 l O 0 0 m3 ／ h 产蒸汽 1 2 t ／ h 的负荷来维 持主装置蒸汽 系统平衡 ， 冬季要求开工锅炉 2 2 0 0 m 3 ／ h 产蒸汽 2 7 t ／ h 的负荷来维持蒸汽平衡 ， 而实际上采 购的开工锅 炉 ， 由两个大烧咀 、 减压阀组等组成燃烧系统 ， 锅炉 烧咀要求产中压蒸汽的最低运行负荷为 1 8 0 0 m3 ／ h ， 如果低于此负荷对锅炉 的安全和稳定运行带来 隐 患 。 因此设计 与开工锅炉本体要求发生 冲突 ， 并 且 主装置的安全和稳定运行依赖于开工锅炉 ， 其一旦 出现停炉 ，主装置会 因蒸汽不足而造成全厂性停 车。 3 精馏塔蒸汽再沸器在实际满负荷运行 中只 需要 2 5 t ／ h蒸汽 。 远远小于设计要求 的4 4 t l h 。 4 此装置在 1年运行 中蒸汽的差异主要是存 在于低压蒸汽 ，因为冬季运行要求采暖与伴热 ， 需 增加低压蒸汽用量 。 而实际运行 中则 出现蒸汽不平 衡 ， 中压蒸汽不足而低压蒸汽放空 。 3 技术改造 3 ． 1 以增加合成段蒸汽产量为 目的的第一次改造 1 对合成塔与汽包之间的下降管进行改造 合成塔内工艺气走壳程 。 合成塔管束 内走锅炉 给水 ， 根据汽包与合成塔的高位差及 内部汽水密度 差 。锅炉给水 和饱和中压蒸汽形成一个 自然循环 ， 主合成塔 与汽包之问是通过 4根 上升管和 4根下 降管联通 ， 下降管 内径为 4 6 0 ra m， 在每根下降管上 有一个测压差的限流孑 L 板 ，孑 L 板内径为 2 0 0 mm， 在 2 0 1 0年 9月大修期间取消孑 L 板及法兰 。联通直管， 增加下降管的流通截面积。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 天然气化工 C 化学与化工 2 0 1 3年第 3 8卷 水 】 『岛 汽包J 汽 DI I 1 I I ．2 MP a I 9 6 t ／ h 5 2 0 ℃ ‘ D - 4 4 1 蒸汽伴热 采暖 中压蒸汽 ①开_T锅炉鼓风机透平U ． F 3 6 1 ， 3 t ／ h ； ②转化炉引风机透平 J ． 5 0 3 。 1 9 t ／ h ； ③转化炉鼓风机透平 J 一 5 0 2 ， 1 3 t ／ h ； ④高压锅炉给水泵透 平 A ， B J ． 5 4 1 MB ， 共 1 8 t ／ h ； ⑤中压蒸汽网减压到低压蒸汽网， 1 3 t ／ h ； ⑥中压锅炉给水泵透平 U ． 5 4 2 ， 3 t ／ h ； ⑦ 中压蒸汽用作_T艺蒸汽 ， 8 4 t ／ h ； ⑧循环水泵透平 0 2 J O 1 o 2 B ， 1 8 t t h ； ⑨天然气压缩机透平 J ． 5 0 1 ， 2 2 t ／ h 。 低 压蒸汽 A一 加热精馏再沸器 E ． 1 3 3 ， 4 4 t ， h ； B 一 除氧器 O - 4 4 t 热力除氧 ， 1 2 t ／ h ； C 一 低压蒸汽伴热 ， 5 t ／ h； D 一 全厂热水换热站采暖用低 压蒸汽 ， 1 0 t ／ h。 图 1 青海中浩 6 0万 t ／ a甲醇装置蒸汽平衡图 冬季 2 降低合成汽包压力 根据饱和蒸 汽压力对应饱和温度经验公式【 1 ] l g T 1 ． 5 2 0 ． 2 4 3 1 g P P为饱和蒸汽压力 ， MP a ； T为饱 和蒸汽温度 。 适用于 1 0 0 C ～ 3 7 3 ． 9 9 c I 。由该公式可 以看出． 降低饱和蒸汽压力也就降低蒸汽对应的饱 和温度 。 在合成塔床层温度一定情况下 ， 会增加合 成塔工艺侧和汽水侧的温差 ．从而提高传热效率 ， 增加蒸汽产量 。具体做法采用 以下两种手段 a 合 成汽包蒸汽出口减压阀基本全开 。 不做截流或者减 压 ； b 尽量降低转化背压 ， 即合成塔饱和中压蒸汽 用 户压 力 。改造后 ，合成 汽 包蒸 汽压 力 由原来 2 ． 4 MP a降至 2 ． O MP a 。 3 提高合成塔人 口及床层温度 根据催化剂的使用周期 。 适 当的提高了合成塔 入 口及床层温度 ， 增加了合成塔工艺侧和汽水侧的 温差 ， 从而改进传热效率 ， 增加蒸汽产量。 通过以上改造 ． 合成汽包的产汽量 由原来 4 0 t ／ h 提高到 目前的 5 2 t ／ h ， 但还是达不到原设计汽轮机的 蒸汽量以及工艺蒸汽量 ， 同样需要提高开工锅炉负 荷来满足生产。因此提出了对蒸汽平衡进行改造。 3 ． 2 对蒸汽用户进行调整的第二次改造 通过第一次改造后 。 进转化炉的工艺蒸汽还缺 少 1 9 t ／ h ． 如果通过开工锅炉提负荷来满足 ， 会大大 增加天然气消耗 。因此在 2 0 1 1 年 9月大修期间对 一 些蒸汽透平用户进行 了改造 1 把循环水站两 台透平泵中一台改造成变频电机泵； 2 把两台高 压锅炉给水透平泵 中一台改造成变频电机泵 ； 3 开工锅炉鼓风机 由一台电机和一 台透平驱动改造 成两台电机驱动 ； 4 开工锅炉蒸汽出口增加一条 产低压蒸汽管线。 通过这次蒸汽平衡改造 ， 中压蒸汽用户将节约 蒸汽 2 1 t ／ h ， 正好可以满足因合成汽包产汽不足造成 的工艺蒸 汽不足 ， 而实际运行中 a 循环水站运行 一 台工频电机泵和一台变频电机泵 。 备用一 台透平 泵和工频电机泵 ； b 高压锅炉给水运行一台透平 泵和一 台变频 电机泵 ， 备用工频泵 ； c 中压锅炉给 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 曾凡平等 天然气制甲醇装置中蒸汽平衡改造 6 1 水 泵只需要运行一 台变频 电机泵 ， 备用一 台透平泵 和一台变频电机泵 ，因为开工锅炉负荷的降低 ， 一 台泵 的额定流量就可以满足中压锅炉给水量。由运 行状况可以看出， 中压蒸汽又可以节省 1 5 t ／ h蒸汽 ， 开工锅炉在夏季正好可以停炉热备 ． 在冬季可以单 烧咀低负荷产约 l l t ／ h低压蒸汽来满足低压蒸 汽的 不足 ． 中压蒸汽减压阀开度维持最小【 2 】 。 4 改造后 的效益 1 装置正常生产时可以实现蒸汽 自平衡13 1 ， 开 工锅炉停炉热备 ，减轻 了主装置对锅炉的依赖性 ； 在冬季锅炉产低压蒸汽 ， 满足装置冬季对采暖和伴 热用蒸汽的需求 。 2 带来比较可观的经济效益 见表 1 ， 根据蒸 表 1 蒸汽改造前 后精 甲醇生产消耗对 比 汽改造前后消耗对 比。 天然气消耗 减少了 3 5 ． 4 m 3 ／ t ， 电消耗增加 了 1 9 ． 2 k Wh ／ t 。 脱盐水消耗减少了 0 ． 1 t ／ t ， 按工业 电价 O ． 6 3元／ k Wh 、 天然气 1 ． 5 5元， m 计算 ， 忽略脱盐水消耗减少 的效益 ， 以年产 6 O万 t 甲醇来 计算 。 每年可节省 2 5 6 6 ． 4 4万元。 5 结束语 通过蒸汽平衡改造 。 起到了很好的节能降耗作 用 ， 满负荷运行每年可节省 2 5 6 6 ． 4 4万元 ， 同时使整 个装置运行更安全可靠 。蒸汽透平改成电机驱动 ， 简化操作和维护 。但增 大了外界 电源对本厂的影 响。变频电机的引入 ， 适应 于西北气温变化及循环 水量变化调节 ， 更进一步节能降耗。 参考文献 【 1 】 刘晖 ， 肖红． 对水蒸气饱 和温度反算公式的考察【 J ] ． 内蒙 古石油化工 ， 2 0 1 1 ， 9 3 3 ． 3 4 ． [ 2 】 徐晓明． 煤化工项 目全厂蒸汽平衡 及蒸 汽系统设计【 J 】 ． 实用技术 ， 2 0 1 1 ， 1 5 3 7 1 ． 3 7 2 ． 【 3 】 李丁川 ， 范忠． 川西北气矿 甲醇厂 甲醇装置蒸汽平衡问 题 的分析【 J ] ． 2 0 0 1 ， 3 0 4 1 8 5 ． 1 8 6 ． S t e a m b a l a n c e r e f o r m f o r a n a t u r a l g a s b as e d me t h a n o l p l a n t Z E N G F a n - p i n g , L U Wan-j u , HU A NG Z u - x i a n g , WU Y u n - c h u a n Q i n g h a i Z h o n g h s o N a t u r a l G a s C h e m i c a l C o ． ， L t d ． ， G e e r m u 8 1 6 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e s t e a m b a l a n c e p r o b l e m e x i s t e d i n Q i n g h a i Z h o n g h a o ’ s me t h a n o l p r o d u c t i o n a n d t h e r e f o r m m e a s u r e s f o r i t w e r e i n t r o d u c e d ． Af t e r t h e r e f o r m， t h e p r o d u c ti o n c o s t c o u l d b e red u c e d b y o v e r 2 5 mi l l i o n y u a n a y e a r ． Ke y wo r d s n a t u r a l g a s ； me tha n o l p r o d u c ti o n ； s t e a m b a l a n c e ； p r o c e s s re ； e n e r g y - s a v i n g ； c o s t r e d u c ti o n 上接第 3 2页 w a t e r an d s u p p o r t s o n t h e DMC s y n the s i s we re i n v e s ti g a t e d wi t h the s u p p o r t ed K _C O，a s c a t a ly s t s b y a d d i n g d if f e ren t v o l u me w a t e r i n t o the rea c t i o n s y s t e m wi tho u t d e h y d r a ti n g a g e n t ．Th e res u l t s i n d i c a t e d tha t t h e s ma l l a mo u n t o f w a t e r i n c r e a s e d t h e c a t aly t i c a c ti v i t y o f l O3 b y i n c r e a s i n g i t ’ S s o l u b i l i t y i n the me t h a n o l b u t d i d n t a ff e c t t h e e q u i l i b r i u m o f the r e a c ti o n ；a n d t h e s u p p o r t s o b v i o u s l y i n f l u e n c e d the a c ti v i t y o f the c a t a l y s ts。a n d t h e c o al- b a s e d c o l u mn a r a c t i v a t e d c a r b o n s u p p o r t e d K2 C O3 s h o w e d t h e h i g h e s t c a t a l y t i c a c t i v i t y i n a mo r e mo d e s t r e a c ti o n c o n d i ti o n ． Ke y wo r d s K． _C03 ； me t h a n o l ； c a r b o n d i o x i d e ； d i me t h y l c a r b o n a t e ； c a t a l y t i c s y n t h e s i s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m