天然气组分变化对化肥生产影响的研究分析.pdf

第 1期 董泰斌 天 然 气组 分 变化 对化 肥 生产 影响 的研 究分析 5 7 天然气组分变化对化肥生产影响的研究分析 董泰斌 中 国石 油 大学 ， 北 京 昌平 1 0 2 2 4 9 摘要 分析 了中国石油塔里木油 田公司大化肥装置天然气组分变化对生产的影 响， 并提出了应对措施 。 关键词 天然气 ； 组成变化 ； 合成氨装置 ； 影响 ； 分析 ； 对策 中图分类号 T O 2 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 9 2 1 9 2 0 1 1 0 1 5 7 - 0 2 中国石油塔里木石化分公司 4 5 万 t ／ a 合成氨 、 8 0 万 t ／ a尿素工程项 目 简称塔里木大化肥项 目 是中国 石油股 份公 司和新 疆维吾 尔 自治区利用 塔里 木丰 富 的天然气 资源 ， 在 新疆 巴州库尔勒工 业区建设 的重 点 工程 。该工程 由合成氨 、 尿 素 大颗粒系统 两套 主装 置及 水处理 、 氮 气站 、 循 环水 、 主配 电等公用 工 程组 成。其中合成氨装置由丹麦托普索公司提供工艺包设 计， 中国成达化学工程公司负责详细工程设计 ， 中国 石油第一 建设公 司负责施工 ； 尿素装置 由意大利斯纳 姆 S n a m 公司提供工艺包设计 ； 大颗粒部分由日本东 洋工程公司 T E C 公司提供工艺包设计 ， 中国五环化 学工程公司提供详细工程设计， 中国石油第七建设公 司负责施工 ； 该项 目采用 目前世界上先进 的化 肥生产 工艺 ， 建成后将成为 中国单套 生产能力最 大的化肥装 置之一 。该工程于 2 0 0 4年 l 0月签订工艺包合同， 2 0 0 7年 7月完 成设计 ， 2 0 0 7年 8月全 面开 工 ， 2 0 0 9 年 9月全 面竣工 ， 2 0 1 0年 4 月化工投料试车 。 由于塔 里 木油 田油 气 产地 发 生变 化 ， 大化 肥项 目天然气 组分 比工 艺包 设 计 阶段 发生 较大 的变化 ， 这将 会对生 产 产生一 定 的影 响 ， 因此研 究 天然 气组 分 变化 对合 成 氨 生产 的影 响 ，提 出对 策 和 采取 措 施 ， 以确保 装置 安全 、 稳 定 、 经 济运 行 。本 文通 过分 析研 究 影 响 因素 ， 提 出相应 的对 策 和 措 施 ， 为今 后 合成氨生产、 操作调整提供相关指导性建议。 1 天然气组分变化原 因 塔里木 大 化肥 项 目天 然气 来 源 于塔里 木 油 田 ， 在 该 工程 2 0 0 6年启 动 时塔 里木 油 田公 司确 定 塔里 木 油 田塔 中天 然气作 为 主要 气 源 ， 并将 相关 数 据 提供 给外商作为工艺包设计依据 ， 由于最近几年塔里木 收稿 日期 2 0 1 0 1 0 0 8 ； 作者简介 董泰斌 1 9 6 5 一 ， 男 ， 教授级 高 级 工 程 师 ，在 职 博 士 生 ， 电话 0 9 9 6 2 1 3 2 0 8 8 ， 电 邮 d o n g t b 7 1 9 s i n a ． c o rn。 气 田勘探开发的深入和“ 西气东输 ” 工程 的实施 ， 塔 里木油 田公 司天然气供应 、 运行模式改变 ， 根据塔 里木 目前的天然气开发、 管道输送 、 下游用户需求 ， 塔 里木 油 田公 司于 2 0 0 8年 5月确 定 大化 肥项 目由 塔 中气 源 改为 英 买力 、 迪娜 气 田为 主力 气 源 ， 其 主 要组分 对 比见表 1 。 表 1 各 气 田 天然 气 组 分分 析 表 Ta bl e 1 Compo s i t i on s o fNGsf r o m d i ffe r e n t ga sfie l d s 注 除 硫 外 各 成 分 含 量 为厚 尔 百分 含 量 其 主要流程为 英买力 、 迪娜气 田一 轮南一库 尔勒的末站配气站站预 留的管 口 2 x D N 3 5 0 接用 两根 管道 输送 至 合成 氨装 置界 区 ， 其 中燃 料全 部 为 天然气 ， 与原 料 天然气 为 同一气 源 ， 同一组 分 。 从表 1 看出， 工艺包设计基础的塔中天然气组分 和 目前运行的英买力 、 迪娜气田组分变化较大， 特别 是氮气含量和甲烷含量变化较大， 这对合成氨燃料气 系统 和工艺系统及 尿素生产会 带来一定 的影响 。 2 组分变化影响 的研究分析 2 ． 1 对燃 料气 系统 的影 响 由于天然气组分发生改变导致天然气 热值变 化 ， 热 值 发生 变化 导致 燃料 气 系统 所需 的消耗 量发 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 8 天然气化 工 2 0 1 1年 第 3 6卷 生变化 ， 按照 目前的热值计算 ， 燃料气热值 比设计 值增加 3 1 3 0 ． 3 k J ／ m 需要调 整进入快 装锅 炉 、 一段炉 的燃料 气 流量 mo 4 8流 量 ，也 需相 应 的调整鼓 风 机出口流量， 当然燃料气流量 的减少 大约进快锅 燃 料 气 量 减 少 2 6 8 m 3 ／ h 、进 一 段 炉 燃 料 气 量 减 少 1 4 5 8 m 3 ／ h ，意味着吨合成氨的加工成本降低 2 7 ． 3 4 元 目前天然气结算体系是按照实际流量来结算并 不是等 价热值来 结算 的 。 此外 ， 由于高碳烃 C 以上组分 的增加 ， 在冬 季 气温 较低 条件下 运行 时易 出现 析烃发 生 、 天然气 带 液 ， 这对管道 输送 和调 节 阀 自力 式调 节 阀 动作 带 来影 响 特别是没 有伴热 、 分 离装置 的情况 下 。 2 ． 2对工 艺系统的影 响 2 ． 2 - 】 对原料 气压缩机 的影响 当甲烷含量上升 ， 氮气含量、 二氧化碳含量下 降时 ， 原料气的平均分子量下降 ， 原料气压缩机出 口压力下降 ，由于原料气压缩机是出 口压力控制 ， 转 速会升高 ， 喘振余度将 下降 。 2 ． 2 ． 2 对一段 炉的影 响 由于天然气的热值升高 ，如不调整燃料气流 量 ， 一段炉出口温度将升高 ， 残余 的甲烷含量将降 低。由于甲烷含量升高， 氮气含量降低 ， 原料气总碳 提高 按照 目前的组分总碳数由基础设计 阶段的 1 0 3 ． 6 7增加 到 l l 1 ． 7 6 ， 增 加约 7 ． 8 ％ ， 此 时 的水碳 比 低 于设计 值 ， 有可能造成吸碳 ， 另外 由于天然气总碳 含量增加 ，按照设计时 的物料平 衡 ，原料 天然气用 量、 一段炉辐射段的热负荷与设计相比有所降低。 2 - 2 - 3 对 二段炉 的影 响 由于天然气中的氮含量降低 ， 因此需要更多的 空气加入到二段炉 ， 按照 目前的氮气含量 ， 经计算 需要多增加空气量约 7 ． 2 ％，工艺空气量 由原来 的 5 4 0 0 8 m 3 ／ h增 加 至 5 8 0 0 0 m 3 ／ h ， 超 出了设 计 时考虑 的 压缩 机富裕量 。由于空气 流量 的增加 导致工艺 空气 相关 的设 备和 管道 阻力也相应 增 加 ， 二段 炉烧 嘴和 工艺空气预热器盘管的负荷也将增大 ， 另外 由于目 前空压机设计参数无法变更 ， 可能在夏季气温高的 时候 ， 会影 响产量 ， 不能按 1 0 0 ％负荷运 行 。 2 ． 2 ． 4 对 蒸汽 系统 的影响 由于天 然气 中 甲烷 组分含 量 升高 ， 一段 炉负 荷 降低 ， 二段炉负荷增加 ， 一段炉负荷降低 3 ％， 出口 温度大约降低 9 c C ～ 1 2 ， 相应的对流段热负荷也降 低 ， 这样会 导致高压 蒸汽产量 减少约 5 t ／ h ， 高压蒸 汽 温度可能将降低 1 2 ℃～ 1 5 ，由此会造成合成气压 缩 机和 氨压缩 机驱 动透平 转速 降低 ， 导致 压缩 机能 力降低从而影响产量。 2 ． 2 ． 5 对脱碳 系统 的影响 由于增加总碳含量 ，在相 同的原料气量条件 下 ， 吸 收塔 人 口流 量略有 变 化 ， 但 按照 吸 收 塔 的设 计弹性不影响系统整体操作。 2 ． 2 ． 6 对 整体 尿素生 产的影 响 在 相 同 C 0 产量 条件下 ， 由 于高碳 C 一 C 烃 含 量增加 对于迪娜气 田气 ， 碳氢平衡相对改善 ， 送 燃料气系统燃烧的合成气量将减少。在原料气量相 同的 条件 下 ， 由 于总碳 数 增 加 ， 相应 的 C O 产量将 增加， 对调整氨碳平衡 、 装置运行、 降低能耗有利 。 3 采取的对策和措施 3 ． 1 对 燃料 器 系统 带液影 响的措 施 1 单独为燃料气系统增加燃气油污分离罐 。 2 将燃料气管线增加蒸汽伴热和保温。 3 与自力 式调节阀厂商联系 ， 确认此种 自力式调节阀在含油 环境下 的运行 对策及 维护措施 。 3 ． 2对原 料气 压缩机 影响的措施 按照 目前的分子量重新核定 出口压力 、 转速范 围 ， 调整 喘振调 节范 围。 3 ． 3 对一 段炉 的的影 响的措施 1 与质检部联系， 对天然气组分进行定期分析 ， 确定总碳含量 ， 根据分析结果调整水碳比， 最好在试 车阶段维持高水碳 比运行。 2 建议在进一段炉前增 设在线分析仪， 做到实时调整水碳比和系统负荷。 3 ． 4对 二段炉 的影 响的措施 1 利用 目前的空气净化站的空压机代替工艺 空气压缩机 四段抽出的工厂空气和仪表风 ， 其四段 抽出的空气全部进入系统，但要严格控制空碳比， 防止二段炉超温。 2 有必要时在空气 中补充一定 量的氮气来调整系统氢氮比。 3 在合成系统通过 调 整返 回燃料气 系统 的量来调整 系统 氢氮 比。 3 ． 5 对蒸汽 系统影 响的对策 1 通 过 调整 二 段 炉 出 口废锅 E 2 0 8调 节 阀调 整蒸 汽 温度 和流量 。 2 通过 调整 减少 合成 气压 缩 机 透平 抽 出 中压 蒸 汽 流量保 证 合成 气 压缩 机 正 常 能力 。 3 通过 调整 氨增压 机 的负荷来 调整 氨压 缩机负荷 ， 确保合成气压缩机达到正常能力。 4 结语 通过计算和分析塔里木油 田公司石化分公司 化肥 装置 原料 天然 气组 分变化 可能产 生 的影 响 ， 提 出了应对措施。为了能够更好的指导生产 、 找出科 学 的理论依 据 和实 验数据 ， 建议 公 司组织相关 技 术 人员 和有 实 力的大专 院校 、科研 、 设 下转第7 4 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 4 天然气化 工 2 0 1 1 年 第 3 6卷 5 主要结论 1 汞具有高挥发性 、 高毒性及腐蚀性 ， 天然气 中 的汞 聚积在 设备 和管 道 中容易 引发 汞腐蚀 事故 ， 含汞排放 物 三废 可能危 害人 身健康 和污染环 境 。 2 汞对金属的腐蚀可分为汞齐化腐蚀和液态金 属脆化两类。汞对不同金属的腐蚀程度有很大差异 ， 汞对铝制设备的腐蚀极为严重 ， 对碳钢、 合金钢及不 锈钢为材质的管道 和设 备的腐蚀较 轻微 ， 但必须关注 汞腐蚀累积效应引发严重的汞腐蚀事故的可能性 。 3 防护汞腐蚀的最有效方法是脱除天然气 中 的汞。此外 ， 使用防汞腐蚀涂层材料 、 即时清除管道 和设备中聚积的汞和定期检测腐蚀情况 等工艺措 施也可降低汞腐蚀风险 ， 预防汞腐蚀事故的发生。 参 考文献 W i l he l m S M．Me r c u r y i n pe t r o l e u m a nd n a t ur a l g a s e s ． t i ma fi o n o f e mi s s i o n s f r o m p r o du c ti o n，p r o c e s s i n g ， a nd c o mb u s t i o n 『 R] ． No r t h C a r o l i n a Na ti o n al R i s k Ma n a g e ． me n t R e s e a r c h L a b o r a t o r y ， 2 0 0 1 ．2 5 2 8 ． F o s t e r A， Ca m e l P ． Me r c u r y Emi s s i o n s C o n t r o l ． Hy d r o c a r b o n E n g 。 2 0 o 6 ．1 1 9 3 5 3 8 ． 夏静森， 王 遇冬， 王立超． 海南福 山油 田天然气脱汞技 术【 J ] ． 天然气工业， 2 0 0 7 ， 2 7 7 1 2 7 1 3 0 ． J o h n s o n Ma t t h e y C a t aly s t s ． G a s P r o c e s s i n g M e r c u r y r e m o v a 1 [ E B ／ O L ] ． h t t p ／ ／ w w w ．j m c a t a l y s t s ． c o r r d p t d ／ s i t e ． a s p s i t e i d 4 9 8 p a g e i d 5 6 7 ， 2 0 1 0 ． Ma r k D B ． F i e l d d e t e c t i o n a n d i mp l i c a ti o n s o f me r c u r y i n n a t u r a l g a s [ J ] ． S P E P r o d E n g ， 1 9 9 0 ， 5 2 1 2 0 1 2 4 ． 【 6 ] O e k o n J R ， S u y a n t o ． O p e r a t i n g h i s t o r y o f a r u n l i q u e fi e d n a t u r a l g a s p l a n t [ C ] ． S P E 1 2 4 5 4 ． 1 9 8 5 ． 【 7 ]D e n a L L ．Wy o mi n g o p e r a t o r s o l v e s me r c u ry e x p o s u r e p rob l e m s 【 J 】 ． O i l G a s J ， 1 9 9 6 ， 9 4 2 0 7 0 7 5 ． f 8 1 F e f r e t ．Mo o mb a fi r e s c a u s e d b y a l u mi n u m a n d me r c u r y 【 E B ／ O L 1 ．[ 2 0 0 4 ． 0 3 - 0 8 ] ． h t t p ／ ／ w w w ． f e r r e t ．c o m． a u ／ n ／ Mo o m b a ． fi r e s ． c a u s e d ． b y ． alu mi n i u m． a n d ． me r c u ry． n 7 2 7 7 1 1 ． 【 9 ] 雅 克拉 天 然气 脱 汞塔 吊装 完成 [ N ／ O E 1 ． [ 2 0 0 9 ． 0 7 2 7 1 ． ht t p ／ ／ w ww． s i n o p e c n e ws ． c o n． c n ／ wz ／ e o n t e nt ] 2 0 0 9 0 7 ／ 2 7 ／ cont ent _6 5 26 63 ． h t m． [ 1 0 】A u d e h C A ． P ro c e s s f o r a b s o r b i n g me r c u ry f r o m n a t u r a l g a s『 P ] ． U S 4 7 1 7 3 9 9 ，1 9 8 8 ． [ 1 1 ]Wo n g k a s e m j i t S ， Wa s a n t a k o r n A ． L a b o r a t o ry s t u d y o f c o r - ros i o n e ffe c t o f di me t hy l me r c u ry o n n a t ur al g as p r o c e s s - i n g e q u i p me n t [ J ] ． J C S E ， 1 9 9 9 ， l f 1 1 1 2 ． [ 1 2 1 P a w e l S J ， Ma n n e s c h mi d t E T ． C o r r o s i o n o f t y p e 6 0 6 1 一 T 6 al u mi n u m i n m e r c u ry a n d m e r c u ry v a p o r [ J] ． J N u e l Ma t e r ， 2 0 0 3 ， 3 1 8 1 3 5 5 3 6 4 ． 『 1 3 1 B e h z a d B． L i q u i d Me t al E mb r i t d e me n t L ME 1 o f山e 6 0 6 1 A 1 - A 1 ／ o y b y Me r c u r y [ C ] ． N A C E O 4 5 5 8 ． 2 0 0 4 ． 【 1 4 】S t e v e C G e o r g e N ， M a r i l y n R Me rcu ry R e mo v a l A n O v e r v i e w Ho u s t o n L y o n d e U C h e mi c al C o mp a n y , 2 0 0 5 ． 1 4 【 1 5 】 L e e per J E ． Me r c u r y c o r r o s i o n i n l i q u e fi e d n a t u r al g as p l a n t s [ J 1 ． E n e r g P r o c e s s C a n ， 1 9 8 1 ， 7 3 1 4 6 5 1 ． 【 1 6 】 G i a c o m o C ’ J u li e S K e i t l l C Me r c u r y r e m o v a l f r o m n a t u r a l g a s a n d li q u i d s tr e a m s [ R ] ． H o u s t o n U O P L L c 2 0 0 2 ． 1 1 0 ． 【 1 7 】 阎光灿， 王 晓霞． 天然气液化技 术 [ J ] ． 天然气与石 油， 2 0 0 5 ， 2 3 2 1 0 1 6 ． f 1 8 】Mu s s i g S ’ R o t h m a n n B ． M e r c u r y i n n a t u r a l g a s - P r o b l e m s a n d t e c h n i c al s o l u ti o n s f o r i t s r e mo v a l [ C ] ． S P E 3 8 0 8 8 , 1 9 9 7 ． Co r r o s i o n me c h a n i s m o f me r c u r y i n n a t u r a l g a s a n d p r o t e c t i v e me a s u r e s J I ANG Ho n g , L I UZ h i q i a n g , Z HU c 0 S o u t h w e s t P e t r o l e u m Un i v e r s i t y ， Ch e n g d u 6 1 0 5 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t Th e ha z a r ds o f me r c u r y i n na t u r al g a s ar e ma i n l y r e f l e c t e d i n i t s h i g h t o x i c i t y ，c o r r os i o n a n d c a u s i n g c a t aly s t p o i s o n i n g i n u ti l i z a ti o n o f n a t u r al g a s f o r c h e mi c al p r o d u c ts， wh i c h t h r e a t e n s t h e s a f e t y o f d e v e l o p me n t a n d u s e o f me rcu r y c o n t a i n i n g n a t u r a l g a s ． C o r ros i o n me c h a n i s ms o f me r c u ry o n a v a r i e t y o f me t als w e r e a n a l y z e d ． T h e d e g ree s o f me rcu r y c o r r o s i o n f o r d i ff e r e n t me t a l s w e r e d i v e r s e ． Me r c u ry h a d s t r o n g e r c o r r o s i v e n e s s o n alu mi n u m e q u i p me n t s t h a n o n p ip e l i n e s a n d e q u i p me n ts ma d e o f c a r b o n s t e e l ， a l l o y s t e e l a n d s t a i n l e s s s t e e 1 ．I t wa s p r o po s e d tha t r e mo v a l o f me r c ury i n n a t ur al g a s t o d e c r e a s e i ts c o nc e nt r a tio n wa s the mo s t e f - f e e t i v e a n t i c o rro s i v e me a s u r e f o r me r c u r y c o n t a i n i n g n a t u r al g a s ，a n d t h a t u s i n g o f a n t i me r c u ry c o r r o s i o n c o a t i n g s ，i mme d i a t e l y re mo v al o f t h e a c c u mu l a t e d me r c u ry i n p i p e li n e s a n d e q u i p me n t s a n d r e g u l a r d e t e c ti o n o f me rcu ry c o r r o s i v e n e s s c o u l d a l s o r e d u c e th e me rcury c o rro s i o n r i s k ． Ke y wo r d s n a t u r al g a s ；me r c u ry； c o r r o s i o n me c h a n i s m； p ro t e c t i v e me a s u r e 上接 第 5 8页 计单位合作 ， 专门研究天然气组分对化肥生产的影 响 因素 、 机理 并提 出更合 理 的对策 和措 施并在仿 真 模 拟系统 检验 完后 在生 产运行 中加 以应用 ， 以确保 化 肥生产在 当前组 分下的安 全 、 平稳 、 经济运行 。 Ana l y s i s o n i nflue n c e o f c ha ng e i n n at ur a l g a s c o m p o s i t i o n o n f e r t i l i z e r pr od uc t i o n D0NG 7 一 b i n C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m， C h a n g p i n g 1 0 2 2 4 9 ， C h i n a Abs t r a c t T h e i n fl u e n c e s o f t h e c h a n g e i n n a t u r al g a s c o mp o s i t i o n o n t h e p r o d u c t i o n o f t h e a mmo n i a p l a n t o f P e t r o Ch i n a T ali mu 0i l fie l d Co． we r e a naly z e d ，a nd s o r t i e c o u nt e r me a s u r e s ha v e b e e n p r o p o s e d t o d e al wi t h t h i s D r o b l e m ． Ke y wo r d s n a t ur a l g a s ；c o mp o s i t i on ch a n g e ；a mmo n i a p l a nt ；i Tffl u e n e e； a naly s i s ；c o u nt e r me a s u r e ⋯ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m