天然气制甲醇装置增产降耗措施浅析
王兴元，刘 刚，梅 祥
（中海石油天野化工股份有限公司，内蒙古 呼和浩特010070）
［摘 要］ 简介中海石油天野化工股份有限公司200 kt/a天然气制甲醇装置的工艺特点及系统的优缺点，结合转化原理、合成原理分析与探讨系统富余H2与排放CO2的回收利用，以利实现装置的增产降耗。
［关键词］ 天然气制甲醇装置；精馏系统；转化原理；合成原理；CO2补偿量；增产降耗
［中图分类号］ TQ 223.2+1 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2016）06-0058-02
1 甲醇装置简介
1.1 工艺特点
中海石油天野化工股份有限公司200 kt/a天然气制甲醇装置，由中国五环科技有限公司设计，中化二建集团有限公司承建，主要生产单元有配气站、压缩、天然气转化、湿法回收CO2、甲醇合成、粗甲醇精馏、膜分离回收H2、中间罐区、火炬系统等，所采用技术均为国产化技术，设备除压缩机为进口外，其余均为国产。
一段蒸汽转化炉前采用天然气饱和塔流程来回收蒸汽冷凝液，以降低工艺冷凝液的处理成本和节省部分蒸汽转化所用的中压蒸汽；补碳工艺采用转化炉前补CO2，以调整转化气中CO与CO2的比例，提高总碳利用率；甲醇合成塔为气冷式合成塔，由杭州林达化工技术工程有限公司设计，冷进料气在塔内往返一次由反应热加热至反应温度，再进入催化剂床层，同时控制催化剂床层温度；甲醇精馏采用四塔精馏工艺，包括预塔、加压塔、常压塔和回收塔，精甲醇产品由加压塔和常压塔各采出一股进入精甲醇罐，杂醇油由回收塔采出，以保证产品的质量。
装置自2005年投产以来，粗甲醇精馏工序的预塔、常压塔放空气体未回收，也未排入火炬燃烧，一直是现场排放，对环境造成污染，影响作业人员的身体健康，造成能源浪费，而且天然气制甲醇富氢缺碳，物料不匹配，也造成能源浪费，不符合可持续发展的要求。为此，公司依托氢回收装置去转化大烧的尾气带动抽气器，将上述放空气体送入转化炉燃烧。
1.2 系统设计优缺点分析
优点1：合理利用转化气的余热，节约了蒸汽。
优点2：采用多效精馏，节约了能量，降低了生产成本。
优点3：操作方便，易于控制，弹性大。
缺点1：天然气制甲醇富氢缺碳，造成物料不匹配，浪费能源。
缺点2：合成塔入口H/C高，压缩机蒸汽循环量大，造成浪费。
缺点3：转化炉烟气（主要为CO2）对空排放，回收率低，污染环境，浪费能源。
2 问题的提出
（1）针对上述3个缺点展开分析与研究，把富余的H2与排放的CO2都予以回收，可实现增产降耗。
（2）针对H/C高的问题展开分析，以找到最佳H/C。
3 甲烷一段蒸汽转化和合成气制甲醇原理论述
为深入了解以天然气为原料制取甲醇的工艺原理，结合甲烷一段蒸汽转化反应方程式和甲醇合成的反应方程式进行如下分析。
3.1 转化原理论述
甲烷一段蒸汽转化反应方程式为：
CH4+H2O=CO+3H2 （1）
CH4+2H2O=CO2+4H2 （2）
H/C是指(H2-CO2)/(CO+CO2)，由反应方程式（1）计算CH4转化为CO后生成物的H/C=(H2-CO2)/(CO+CO2)=（3-0）/（1+0）=3；由反应方程式（2）计算CH4转化为CO2后生成物的H/C=(H2-CO2)/(CO+CO2)=（4-1）/（0+1）=3。也就是说，天然气蒸汽转化制合成气，其H/C=3恒不变，不会因生成物比例的大小或多少而改变。
3.2 甲醇合成原理论述
合成气制甲醇的反应方程式为：
2H2+CO=CH3OH （3）
3H2+CO2=CH3OH+H2O （4）
由反应方程式（3）计算CO生成甲醇理论上所需的H/C=(H2-CO2)/(CO+CO2)=（2-0）/（1+0）=2；由反应方程式（4）计算CO2生成甲醇理论上所需的H/C=(H2-CO2)/(CO+CO2)=（3-1）/（0+1）=2。也就是说，合成气制甲醇理论上所需的H/C=2恒不变，不会因生成物比例的大小或多少而改变。
更多内容详见《中氮肥》2016年第6期