王亚龙
（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁835000）
［摘 要］伊犁新天煤化工有限责任公司20×108 m3/a煤制天然气装置2017年投产以来整体运行稳定，2019年2月天然气（SNG）产量已达设计值。基于煤制天然气装置气化、净化（低温甲醇洗）、甲烷化等系统的生产能力均有较大的提升空间，为发挥出装置的生产潜力、提高整套装置的能源转化效率，提升企业的经济效益与抗风险能力，2023年2月按计划实施了持续1周的高负荷（120%负荷）运行试验，以验证各生产系统的扩产能力。试验结果表明，煤制天然气装置具备整体扩产基础，空分装置、变换系统无需改造，但备煤系统、气化系统、煤气水分离与酚氨回收系统、变换冷却系统、净化系统、甲烷化系统、脱盐水站、污水处理装置、热电装置等需新增少量设备或进行优化改造。
［关键词］煤制天然气装置；工艺流程；扩产改造；120%负荷试验；运行问题；优化改造
［中图分类号］TQ54 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）02-0071-05
0 引 言
伊犁新天煤化工有限责任公司（简称新天煤化）20×108 m3/a煤制天然气装置自2017年投产以来，运行稳定，产品质量符合要求，2019年2月天然气（SNG）产量已达设计值，主要排放指标达到或优于设计指标（符合国家及当地排放指标要求）。经过多年的运行，总结发现，碎煤加压气化炉出口粗煤气中甲烷含量及有效气总量较设计值均有较大幅度提高——原设计天然气产量250 km3/h（标态，下同）、气化系统氧气用量126.8 km3/h，而实际上气化系统氧气用量100 km3/h时天然气产量即可达到设计值，由此推断煤制天然气装置气化、净化（低温甲醇洗）、甲烷化等系统的生产能力均有较大的提升空间。对此，基于新天煤化煤制天然气装置高负荷（120%负荷）运行试验结果，研判制约系统扩产的瓶颈问题，并结合实际生产情况与理论计算提出优化改造方案。以下对有关情况作一介绍，期望可为业内提供一些参考与借鉴。
1 煤制天然气装置工艺系统简介
新天煤化煤制天然气装置分为A、B两个生产系列，气化系统采用赛鼎工程有限公司开发的碎煤加压气化炉［22台气化炉，分为A、B、C三个系列（A系列1#～7#气化炉，B系列1#～8#气化炉，C系列1#～7#气化炉），日常生产中气化炉18台运行、2台备用、2台检修］、变换系统采用宽温耐硫部分变换工艺、低温甲醇洗系统采用林德十一塔流程（所需冷量由混合制冷系统提供）、甲烷化系统采用戴维镍基催化剂高一氧化碳甲烷化工艺；天然气（SNG）干燥采用成都赛普瑞兴三甘醇干燥工艺，干燥系统出口天然气经离心式压缩机加压后外送至西气东输管网。
新天煤化煤气水分离有6个系列（六开无备）重力沉降分离系统，酚氨回收系统采用3个系列（三开无备）青岛科技大学二异丙基醚萃取脱酚及配套技术；污水处理采用隔油、气浮、两级生化、臭氧催化氧化、浸没式超滤、超滤、反渗透、多效蒸发后实现中水回用，高浓盐水经浓盐水结晶系统处理后实现污水零排放。
新天煤化公用工程系统配套4台蒸发量480 t/h的高压自然循环固态排渣粉煤锅炉（三开一备）、3台50 MW抽凝式汽轮发电机组（两开一备）、3套杭氧产氧量51 000 m3/h的液氧内压缩空分装置（两开一备），并配套设置总降压变电所、三级取水泵站、原水净化站、脱盐水站、4套循环水站（气化、净化、空分、热电循环水站）、酸碱站、输煤备煤系统、除氧站、全厂火炬系统、综合罐区、有机废气蓄热式热氧化（RTO）装置、多元烃重芳烃深加工装置、灰渣场、综合仓库、机修仪修中心等公辅系统。
2 高负荷试验运行问题及优化改造
新天煤化在确保煤制天然气装置安全运行的基础上，于2023年2月按计划实施了持续1周的高负荷试验，系统负荷（天然气产量）平均为300 km3/h（折合24×108 m3/a），为设计负荷的120%。高负荷（120%负荷）试验期间，实际验证了各生产系统的扩产能力。高负荷试验结果表明，煤制天然气装置具备整体扩产基础，但部分系统须经改造方可实现高负荷、稳定、长周期运行。
2.1 空分装置
煤制天然气装置100%负荷运行时，天然气产量为250 km3/h（折合20×108 m3/a），此时气化系统氧气用量为100 km3/h；单套空分装置设计产氧量为51 000 m3/h，开启2套空分装置即可满足生产要求。本次高负荷试验期间，天然气产量达到300 km3/h（折合24×108 m3/a），氧气消耗量为130 km3/h，开启3套空分装置即可满足生产所需。3套空分装置运行期间，其整体负荷为84.97%，系统负荷仍有提升空间，且低压氮气温度、氧气压力、氧气温度、氧气纯度、液氧中碳氢化合物含量等主要工艺指标均在许可范围内，空压机组汽轮机排汽压力以及汽轮机、空压机、膨胀机轴承温度和轴位移均满足要求。简言之，煤制天然气装置负荷提升至120%，空分装置无需进行改造，且空分装置负荷仍有进一步提升的空间。
2.2 备煤系统
高负荷试验期间，输煤线（输送粉煤）最大输煤量为286.88 t/h，小于设计输煤量410 t/h；备煤线（混合输送块煤和粉煤）最大输煤量为835.29 t/h，小于设计输煤量1 100 t/h，满足扩产改造需求。
由于备煤系统环式给煤机行走轮采用圆轮设计，卸煤车转速较快（频率60 Hz），运行时向心力不足，仅靠行走轮卡槽和3个定位装置固定，易导致行走轮脱轨、卡死，造成环式给煤机故障停车，影响供煤。卸煤车设计采用单层橡胶密封，运行时末煤易从密封条与承煤盘之间甩出，造成撒煤，严重影响生产环境，且粉煤易进入销轴之间，不能清理，影响齿轮与销轴啮合，同时存有末煤自燃风险。犁煤车采用矩形卸料器，卸料时煤炭与筒壁挤压，使块煤破碎，降低了块煤利用率。上述问题在高负荷试验期间尤为突出。对此，考虑进行如下改造：环式给煤机可考虑更换为新型锥型行走轮，以确保给煤机在轨道上运行平稳；卸煤车现有密封升级改造为两道橡胶密封，以减少撒煤及粉煤进入销轴之间；将原煤块由自由下落改为经螺旋溜槽下落，溜槽上端与犁煤车下部出料口齐平，以降低煤炭转运过程中的破碎率，提高块煤利用率。
2.3 气化系统
更多内容详见《中氮肥》2024年第2期