變工況對煤制天然氣甲烷化裝置開車和運行的影響與措施分析

張六一

摘 要：本文使用AspenPlus軟件搭建實際工藝模型，對于單個主反應器當中的甲烷化單元整體負荷以及新鮮原料氣出現急劇增加情況時，流入主反應器當中的原料氣壓力、組分以及溫度等參數出現的變化，對于甲烷化設備在實際運行產生的影響進行了觀察。

關鍵詞：變工況;煤制天然氣甲烷化裝置;開車和運行;影響與措施

1 波動情況簡介

下圖1是甲烷化工藝流程模型圖。本文將某家煤制天然氣具體操作當作示例，對其相關情況進行了論述。設備入口位置的壓力數值是3.28MPa（A），原料氣部分的溫度數值是30℃，100%工況狀態下，流量數值是346308Nm3/h。對于主反應器當中入口位置的溫度設定數值是320℃，熱點溫度數值為650℃。第一補充甲烷化反應器區域入口位置的溫度數值是300℃，第二補充甲烷化反應器區域入口位置的溫度數值是250℃。第二補充甲烷化反應器當中，前分水的溫度達到80℃。流量數值是127838Nm3/h，壓力大小為2.88MPa（A），溫度設定為40℃。在這一模型前提條件下，對于變工況狀態開展模擬研究工作。

圖1甲烷化工藝流程模型圖

2 負荷急劇加大對系統造成的影響

2.1 加載之某一主反應器內

若是甲烷化工作中單元總負荷出現急劇加大的現象，未根據之前的比例流入兩個主反應器內，只單方面加入某一個主反應器內。下文中將此負荷加入至第一主甲烷化反應器當中進行了論述。若是流入至第一主甲烷化反應器內的負荷出現急劇加大的現象，第一主甲烷化反應器部位的溫度提升現象顯著，第一主甲烷化反應器出口位置的熱點溫度加大。這一變化導致第二個主甲烷化反應器進口區域的溫度以及瞬時段的熱點溫度發生細微加大現象。其溫升情況基本未出現改變，使用加大循環氣的方式，對第一個主甲烷化反應器出口位置的熱點溫度進行調節，此時循環壓縮機內部的功率會出現一定程度的加大，因為負荷加大的比例持續上升。第一主甲烷化反應器出口部位的熱點溫度當中的瞬時溫度不斷提升，這就導致壓縮機功率出現的增量問題隨之加大。

2.2 根據設計比例流入至所有主反應器內

若是甲烷化工作中單元總負荷出現急劇加大的現象，另外其根據之前的比例流入至兩個主反應器內，所有主反應器當中入口位置的溫度未發生變化，其瞬時溫度全部出現了加大現象。同時其加大的程度大體一致。經過對壓縮機本身的功率進行調節加大循環氣的數量，對于主甲烷化當中所有反應器的溫度進行控制，讓其重新回到650℃。由于負荷加大的比例不斷增加，第一、第二甲烷化反應器兩個出口位置的熱點溫度當中的瞬時溫度不斷提升，這就導致壓縮機功率出現的增量問題也隨之加大。

2.3 單個主反應器當中的負荷急劇加大

若是甲烷化工作中單元總負荷未出現變化，因為流入至所有主反應器當中的負荷比例出現分配不合理等現象，同樣會造成某一單個主反應器承擔的負荷出現急劇加大的情況。下文將甲烷化反應器負荷加大當作示例進行介紹，為了便于展開討論，假設第二主甲烷化反應器當中的負荷全部降低。總負荷未發生變化，若是第一主甲烷化反應器當中的負荷出現急劇加大的現象，伴隨第二主甲烷化反應器當中的負荷降低，此時第一主甲烷化反應器溫度提高的程度顯著加大，第一主甲烷化反應器出口位置的熱點溫度同樣提升，這一轉變導致第二主甲烷化反應器進口位置的溫度加大，可是其瞬時熱點溫度減小，溫度上升現象減小。使用加大循環氣的方式，將第一主甲烷化反應器出口位置的熱點溫度調節至其設計值，此時循環壓縮機內部的中功率隨之加大。由于負荷加大的比例不斷增加，第一主甲烷化反應器出口位置上熱點溫度當中的瞬時溫度不斷提升，這就導致壓縮機功率出現的增量問題隨之加大。

3 新鮮氣組分出現波動問題對系統造成的影響

3.1 氫碳比減小

若是出現總碳組分加大了1%，或是氫氣組分降低1%的情況，氫碳比例是2.971，甲烷化使用的催化劑在科學的氫碳比區間中開展工作，氫碳比太小會造成催化劑出現副反應問題。常規情況下，氫碳比例要達到2.98～3.02，若是大于這一區間值，會引發連鎖停車情況出現。

3.2 氫氣加大

若是氫氣組分加大，會導致原料氣當中的氫碳比例提高，導致設備反應熱點部位的溫度減小，生成氣內部的H2過剩、CH4減小。另外會導致熱值指標不達標，對下方客戶，特別是燃氣電廠會產生不利影響。

經過對生成氣內部的H2含量實施在線檢測，若是超過設定的數值，向輔助甲烷化操作的反應器內添加一定量的富碳氣體，其具體流量必須根據氫碳比例展開計算以后，自行實施控制。

4 結束語

從上文中了解到此項技術在我國屬于弱項，讓上述存在的問題得到高效的解決，就能夠在一定條件上實現對這項技術的研發，并讓其投入使用，為我國的此項事業做出貢獻。