王亚龙，郝鹏飞，张永锋
（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煤制天然气装置自2017年3月投产以来运行稳定，但甲烷化系统存在工艺凝液汽提塔投用过程中凝液增压泵启动受限、汽提塔液位建立时间较长、汽提气直接排入连续火炬及碳铵结晶堵塞连续火炬管线等问题，经综合分析与论证，结合现有工艺条件，提出了一系列工艺优化措施（包括汽提塔底部新增1条脱盐水建液管线、将原连续火炬排放管线接至低温甲醇洗系统废气压缩机入口对汽提气予以回收利用、汽提气外送管线外壁新增高温伴热系统、新增汽提气去事故火炬管线），预期可取得良好的效果。目前，工艺优化措施已列入新天煤化2024年技改项目计划，将于系统大修期间实施。
［关键词］煤制天然气装置；甲烷化系统；汽提塔；运行问题；原因分析；优化措施；优化效果
［中图分类号］TQ028.1+7 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）04-0077-04
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3月投产以来运行稳定，2019年2月天然气产量已达设计值。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（设计粗煤气温度386 ℃、压力4.06 MPa）、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［设计净化气温度-42 ℃、压力3.16 MPa，净化气CO2含量≤1.5%（体积分数）、总硫＜100×10-9］、甲烷化系统采用戴维镍基催化剂高一氧化碳甲烷化工艺（主甲烷化反应器+两级辅助甲烷化反应器）；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加压后外送至西气东输管网送至沿海省份销售。近年来，目标市场天然气需求量迅速扩大，尤其是随着大气污染防治行动计划的推进与大量燃气热电机组的投运，我国沿海省份天然气的供需矛盾更为突出——仅浙江省2020年天然气供应缺口就已达55×108 m3，预计2030年浙江省天然气供应缺口将达171×108 m3。可见，新天煤化煤制天然气装置的持续稳定运行对保障目标市场的经济与民生具有重要意义。
1 甲烷化系统汽提工艺简介
甲烷化系统汽提塔中，基于亨利定律和拉乌尔定律，利用1.5 MPa蒸汽（温度为200 ℃）与甲烷化反应产生的工艺凝液逆流接触，通过降低各气体组分在气相中的分压而将其分离出来［2］，各气体组分随高温蒸汽上升至塔顶冷却器冷凝后作为塔顶回流液返回汽提塔，不凝气排入连续火炬，汽提后的工艺凝液则经凝液增压泵送至厂区脱盐水站回收利用；汽提塔通过塔顶压力控制阀将塔顶压力设定在0.59 MPa左右，通过控制循环冷却水流量，将外送汽提气温度控制在65 ℃左右。汽提塔投用前，需先通入1.5 MPa蒸汽，利用蒸汽冷凝液建立汽提塔液位，汽提塔液位建立正常后，启动塔底凝液增压泵建立凝液循环，待工艺系统可以持续产生一定流量的工艺凝液后再将工艺凝液送出界区。
2 甲烷化系统汽提塔运行问题及影响分析
甲烷化系统自原始开车以来，由于汽提工艺存在设计缺陷，汽提塔投用过程中，曾多次出现工艺凝液增压泵启动后汽蚀及轴承温度过高的情况，导致汽提塔无法正常投用；汽提塔利用蒸汽冷凝液建立原始液位时间长达2～3 h，不利于汽提塔的高效投用；汽提塔正常运行期间，汽提气直接排入连续火炬燃烧处理，造成能源浪费及环境污染；汽提塔停运过程中连续火炬排放管线内易形成碳铵结晶，致使汽提塔无法正常停运，甚至造成汽提塔超压，危及设备安全。总结运行经验并结合汽提工艺流程，对甲烷化系统汽提工艺存在的问题分析如下。
2.1 汽提塔投用过程中凝液增压泵启动受限
甲烷化系统汽提塔投用准备过程中，直接将1.5 MPa蒸汽（200 ℃）通入，利用蒸汽凝液缓慢建立液位，此时工艺凝液流量未正常建立，无法利用甲烷化反应产生的低温工艺凝液冷却汽提塔凝液，导致汽提塔凝液温度达160 ℃左右（正常操作温度为93 ℃），此时凝液饱和蒸气压为0.63 MPa；汽提塔投用过程中，控制压力在0.59 MPa，受凝液增压泵入口管道阻力的影响，凝液增压泵入口压力在0.59 MPa以下，低于凝液饱和蒸气压（0.63 MPa），易使凝液增压泵发生汽蚀［3］或因轴承温度过高而无法正常运行。
2.2 汽提塔液位建立时间较长
由于汽提塔操作压力仅为0.59 MPa左右，远小于汽提蒸汽压力（1.5 MPa），在利用汽提蒸汽建立液位的过程中，受塔顶冷却器负荷限制，为避免蒸汽投用过快而致汽提塔超压，只能根据汽提塔压力变化小流量地投入汽提蒸汽，造成汽提塔液位建立过程较慢，影响系统开车进度。
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