部分氧化氮氣無循環升溫技術改造

曹立軍（中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司， 黑龍江 哈爾濱 154854）

部分氧化氮氣無循環升溫技術改造

曹立軍（中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司， 黑龍江 哈爾濱 154854）

為減少停車時間，增加產品產量，提高經濟效益，中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司甲醇分廠將原部分氧化氮氣循環升溫方式進行改造。從生產工藝及安全性等方面考慮，并結合以往的生產經驗，提出了部分氧化氮氣無循環升溫（直排升溫）改造方案，目前改造已成功實施，取得良好效果。

部分氧化；無循環；升溫；技改

中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司（原名哈爾濱氣化廠）于1990年開工建設，以煤為原料生產煤氣及甲醇，原有年產6萬噸甲醇裝置，2001年新建年產8萬噸甲醇裝置，于2008年建設年產25萬噸甲醇生產裝置。25萬裝置較前兩套裝置的基礎上，在脫硫工序后壓縮工序前加入部分氧化工序。

1 部分氧化轉化原理

凈煤氣部分氧化法也稱自熱轉化法，即在轉化爐上部由氧氣和凈煤氣中的部分CH4、H2進行不可逆的瞬時燃燒反應，放出大量的熱以供經甲烷轉化所需熱量和彌補轉化爐的損失。反應方程式如下。

燃燒反應

CH4+2O2=CO2+2H2O+Q

2H2+O2=2H2O+Q

甲烷轉化反應

CH4+H2O=CO+3H2-Q

CH4+CO2=2CO+2H2-Q

其作用是將凈煤氣中的部分甲烷轉化為一氧化碳及氫氣，以提高甲醇反應原料氣中有效成分含量，故而提高甲醇產量。

由于中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司于2011年建設甲醇吹除氣提取天然氣項目，部分氧化裝置改變原來連續運行方式，更改為季節性運行的方式，即根據市場需求變化而決定開停的方式。部分氧化開車時，在投入原料氣前需將轉化爐出口溫度提高到550℃，此過程稱為升溫過程，升溫時間至少需要24小時。

2 原有循環升溫技術方案介紹

原有的升溫技術方案為，壓縮工段停汽輪機、合成系統泄壓，用氮氣置換合格后保壓0.3MPa左右，天然氣100#膜停車保壓。壓合工段停車后，導入壓縮機入口補氮氣盲板，啟汽輪機升速至5300r/min，打開氮氣循環升溫管線手閥，按照升溫圖表進行氮氣循環升溫。

氮氣循環具體路線為：聯合壓縮機→原料氣預熱器E03006→混合氣預熱器E03004→加熱爐F03001→轉化爐R03001→廢熱鍋爐E03003→混合氣預熱器E03004→鍋爐給水預熱器E03005→原料氣預熱器E03006→除鹽水預熱器E03007→水冷器E03008→分離器S03001→聯合壓縮機。

3 原有技術方案存在的問題

由于公司每天有15.22萬立方米的天然氣消耗（供管道及加氣用），如果技術啟用部分氧化裝置提高甲醇產量，必須將長線壓力打到1.85MPa，部分氧化開車期間天然氣原料氣由8萬噸甲醇裝置供應。8萬裝置可生產天然氣10.13萬立/天，所產天然氣無法滿足每天的消耗量。因此當長線壓力下降到一定程度時就需將部分氧化裝置、25萬裝置停車，然后再將25萬裝置騎車（不開部分氧化裝置），全力生產天然氣將長線壓力再打到1.85MPa。

如果計劃提高甲醇產量開啟部分氧化裝置，必須按如上方式進行反復開停車，約為七天一個循環。而原升溫技術的缺點是，需用25萬裝置壓縮機進行氮氣循環升溫，因此壓合工段每次必須停車至少24小時，在停車時間中無法產出甲醇及吹除氣，減少了甲醇及天然氣產量，并且在開停車過程中造成原料氣放空等能源的浪費。

4 無循環升溫技術方案介紹

4.1 無循環升溫原理

針對原有技術的缺點，提出此項技術改造，目的為在氧化開車升溫過程中避免壓合停車帶來的能源浪費及產量減少。

部分氧化氮氣無循環升溫（直排升溫）為在脫硫塔后、原料氣預熱器E03006前原料氣管線安裝低壓氮氣管線，氧化升溫時壓合無需停車，低壓氮氣由E03006直接進入氧化系統，由PV03018排放，如此不斷引入低壓氮氣，在氧化系統經過后直接排放。

4.2 無循環升溫工藝流程

氮氣無循環具體路線為：原料氣預熱器E03006→混合氣預熱器E03004→加熱爐F03001→轉化爐R03001→廢熱鍋爐E03003→混合氣預熱器E03004→鍋爐給水預熱器E03005→原料氣預熱器E03006→除鹽水預熱器E03007→水冷器E03008→分離器S03001→放空閥PV03018。

在此升溫過程中，25萬壓合工段仍正常運行，不影響甲醇的產量及長線天然氣的供應，為氧化運行延長時間。

升溫速率圖見表1（具體升溫時間視實際情況而定）。

表1 部分氧化升溫速率表

5 無循環升溫技術方案的實施結果

此技術改造在部分氧化開車時成功實施，效果良好。下面以具體數據說明技術改造取得的效果。

加熱爐點火開始氮氣直排升溫，根據具體工藝情況，最終引原料氣，升溫過程結束，此次升溫歷時約52小時。升溫曲線圖見圖1。

圖1 轉化爐升溫曲線

在此過程中，25萬壓合工段正常運行，天然氣正常生產，具體產品產量見表2。

表2 分氧化升溫期間甲醇及天然氣產量

由表2可以看出，在2015年8月部分氧化升溫的52小時過程中，由于采用氮氣無循環升溫技術，增加甲醇產量440.22噸，天然氣16.077萬立方米。

根據以往經驗，如采用原循環升溫方式，25萬合成泄壓過程約排放原料氣1.2萬立方米，天然氣100#膜停車排放原料氣約5000立方米，汽輪機重啟耗用大量高壓蒸汽 。

6 結論

通過部分氧化開車，氮氣無循環升溫技術進行實施，證明同原有循環升溫方式比較，采用新技術每次開車可增加甲醇產量約450噸，天然氣產量16萬立方米，減少原料氣排放約1.7萬立方米，節省其它能源若干，具有重要的經濟價值。

［1］王志魁.化工原理［M］.北京：化學工業出版社，2004.

［2］黃璐，王保國.化工設計［M］.北京：化學工業出版社，2001.

［3］楊軍，羅立明.淺談合成-造氣系統氮氣循環升溫工藝流程的改進［J］.瀘天化科技，2011：25-28.