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摘要：当前，天然气制甲醇装置的优化与节能降耗使得甲醇市场面临着严峻的形势，不仅关系着甲醇产品质量，还影响着甲醇市场的可持续发展进行。本文以80万t/a天然气制甲醇装置作为研究对象，分析了整体装置的工艺流程，旨在根据其过程来实现整体装置的优化。
关键词：天然气；制甲醇装置；工艺优化
1蒸汽转换工艺及控制分析
在天然气制甲醇工艺流程中，蒸汽转换是天然气制甲醇工艺的第一道工序，对于该项工艺的控制质量，在一定程度上直接决定着天然气制甲醇工作能否顺利地进行下去。而蒸汽转换工艺可以细分为以下两大类，其一为间接转换型，该种转换类型主要是对蒸汽进行裂解处理得到合成气，然后再对合成气进行转换处理生成甲醇，相对而言，该种转换方式对于转换条件的要求极高，且耗能量相对较大，因此不具应用价值。其二为直接转换型，该种转换方式又称直接氧化法，利用该种方法可以直接将蒸汽转换为甲醇，极大地简化了转换流程，降低了在转换过程中所耗费的能量。
2合成工艺及控制分析
从实际角度出发，该种工艺是天然气制甲醇工艺的关键组成部分。该工艺的具体作用为，首先，利用加热装置将经过转换处理后的天然气进行加热处理，然后再将加热后的气体输送到合成塔装置当中进行合成处理，当转化后的天然经过加热以及合成处理之后其内部的甲醇含量将会达到55%。其次，在加热以及合成处理的过程当中会产生一定量的热能，并释放出相应的蒸汽，这些热蒸汽可以循环利用到天然气加热装置当中，为加热装置供应能力。最后，对合成气体进行冷凝处理，分离出甲醇，这时所得到的甲醇为粗甲醇。而所分离出的其他水分将通过反应热靠管流出合成装置内部。
3工艺操作优化
3.1水碳比对转化反应的影响
水碳比是指加入转化炉的水蒸气分子数与加入的烃的碳原子数之比。该甲醇装置水碳比设计值2.55，在正常生产中提高水碳比从化学平衡角度有利于甲烷转化，而且对抑制析碳也是有利的，但水碳比提高，会造成蒸汽耗量增加，反应不完全的水蒸气同样也要在炉管中升温，致使能耗增加，炉管热负荷提高。因此在满足工艺要求的前提下，要尽可能减少水碳比。在系统负荷为100%，组分及转化炉出口温度等其他参数大致不变情况下调整水碳比到稳定状态并记录了数据。
3.2转化炉出口温度对转化反应的影响
该装置转化炉为鲁奇专利，属于顶烧式转化炉，在催化剂管顶部安装了内部隔热衬里，管顶部法兰和法兰螺栓均保持冷态，避免频繁的重新紧固；完全免维修的秤锤管子支撑系统，可使催化剂管从炉子出口总管向上膨胀；直接与出口总管管口焊接的直柔性连接代替了传统的出口猪尾管；出口总管的尺寸大小和耐热镍铬铁合金衬里的应用便于进入出口总管进行检查。该转化炉有8排528根转化管，9排180个烧嘴，炉膛压力-40Pa，炉管设计压力2.6MPa，设计温度960℃，最大允许操作温度950℃。这种炉型与侧烧炉相比，可提高炉膛效率，降低管壁温度，延长炉管使用寿命。在系统负荷为100%，组分及水碳比等其他参数大致不变情况下调整转化炉出口温度到稳定状态并记录了数据。当转化出口温度变化时，对产量和吨耗影响较大。当转化出口温度较低时，产量也相对较低同时吨耗较高，而转化出口温度较高时，产量提升幅度明显，而吨耗在下降到一定程度后平稳。因此在实际生产过程中，在不高于转化管壁温设计压力下的设计温度下，可以适当提高转化炉出口温度。
3.3合成塔出口温度对合成反应的影响
甲醇合成反应是在催化剂的作用下，气体中的一氧化碳、二氧化碳与氢气反应生成甲醇。该反应是一个强放热反应，操作温度是合成甲醇反应中最灵敏的影响因素，合理选择操作温度对合成反应提高产量至关重要。该装置合成塔为鲁奇专有的水冷列管式合成塔，通过控制合成汽包压力、准确、灵敏控制合成塔反应温度，有效地控制了副反应，避免石蜡、羰基化合物的形成，并且容易操作控制，开工方便，压降小。同时，可以做到有效回收高位能热，每生产1t甲醇能够产生4.0MPa的中压蒸汽1.0~1.4t。合成塔的出口温度可以通过合成汽包的压力来控制，而进口温度却几乎没有调节和控制手段，提高出口温度对提高产量、降低吨耗有着积极的作用。为了保护催化剂的正常使用寿命，在催化剂的早、中期应该维持较低的合成塔出口温度，随着使用时间的增加，根据各工艺参数、产量、吨耗的变化要逐步提高催化剂的床层反应温度。在负荷为100%情况下，通过调整合成塔出口温度，在甲醇合成反应过程中，温度对于反应混合物的平衡温度和速率的影响非常重要。对于化学反应来说，温度升高会使分子的运动加快，分子间的有效碰撞增加，并使分子克服化合时的阻力的能力增强，从而增加分子的有效结合机会，使反应速度加快，但一氧化碳和二氧化碳与氢气合成甲醇的反应均为可逆的放热反应，升高温度可以使反应速率常数增加，但平衡常数会下降。因此选择合适的操作温度对甲醇合成至观重要。为了防止催化剂老化，在使用的初期宜维持较低的数值，随着使用时间的增加，逐步提高反应温度。系统稳定情况和保护催化剂正常运行的条件下，提高出口温度可以提高甲醇产量，降低能耗。
4生产运行操作优化
对整体装置的运行操作优化主要集中于对核心指标的控制，由于这些核心指标对产品的质量以及能耗具有极大的影响，因此，有必要加强对整体装置中指标的控制。比如将蒸汽转化的水碳比应控制在2.8~2.9，气氢碳比为2.05~2.15，CO含量应保持在18%以上，精馏回流比应控制在2~4，总之，这些关键性的指标对于最终的甲醇产品的质量、性能等具有重要的影响，必须进行严格的控制，而且，这些过程的控制不仅降低了生产成本，还排除了生产中的安全隐患，有利于生产的顺利进行。
5检修优化
为了保证整体装置最终生产的产品质量，相关人员可以根据装置的运行情况和甲醇市场的使用情况，科学合理地安排装置的检修，排除和修复影响装置运行稳定性与安全性的因素，最好将检修时间安排在甲醇市场低迷时段进行，以确保装置的经济效益不受影响。一般而言，装置的预转化炉、合成压缩机等重点设备的运行状况、预转化催化剂的催化性能、合成塔设计的合理性等都会影响装置的运行情况，检修时应该对这些关键部位进行检查与维护，确保这些部位的运行正常，使得设备运行安全与稳定。但是，由于整体装置庞大，且涉及的关键检修类目较多，导致检修需要花费较长的时间，对于检修项目故障的判断、维修等都直接影响着整体检修成本，并最终关系着整个装置的运行成本、经济效益，因此，对整体装置的检修环节至关重要。
6结论
通过对实际工厂运行数据的统计，对天然气生产甲醇中转化和合成系统的主要工艺参数进行优化调整可得出以下一些经验。1）在设计指标范围内及满足工艺要求的前提下，只要保证催化剂能抗结炭，较小水碳比对提高甲醇产量和降低能耗有利。2）在不高于转化管壁温设计值的情况下，适当提高转化炉出口温度对提高甲醇产量有利。3）系统稳定情况和保护合成催化剂正常运行的条件下，提高合成塔出口温度可以提高甲醇产量，降低能耗。
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