张福亭，李永亭，梁进仓，师元华
（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁835000）
［摘 要］某20×108 m3/a煤制天然气装置主生产工艺为碎煤加压气化、宽温耐硫部分变换、林德低温甲醇洗、戴维甲烷化工艺等，变换与低温甲醇洗系统常规开车过程耗时较长（约7.5 h），造成能源浪费、生产成本增加等。为此，从理论分析、开车进度计划与操作过程三个方面对变换与低温甲醇洗系统同步开车导气的可行性进行分析，并通过模拟探索试验（模拟探索试验之前择机采取了一系列优化改进措施，如投用主变换炉入口4.9 MPa过热蒸汽管线、低温甲醇洗入口界区阀改造、变换炉旁路管线旁路阀Ⅱ新增DN200旁路阀Ⅲ及管线等）验证变换与低温甲醇洗系统同步开车导气是完全可以实现的，整体开车用时可缩短约3.5 h，利于企业节能降耗、增产增效，这一创新性的操作模式对于业内具有重要的参考意义。
［关键词］煤制天然气装置；变换与低温甲醇洗系统；同步开车导气；可行性分析；模拟试验；优化改进；注意事项；效益分析
［中图分类号］TQ221.1+1 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）04-0013-04
0 引 言
国内某公司20×108 m3/a煤制天然气装置（化工主装置分为A、B两个系列）主生产工艺为赛鼎工程（鲁奇）碎煤加压气化、宽温耐硫部分变换、林德低温甲醇洗[十一塔流程，含甲醇洗涤塔、CO2产品塔、H2S浓缩塔、热再生塔、甲醇/水/HCN分离塔、氮气气提塔、氨预洗塔、尾气水洗塔、HHC（轻烃）气提塔Ⅰ、H2S馏分水洗塔、HHC气提塔Ⅱ]、戴维甲烷化工艺等，配套3套51 000 m3/h杭氧空分装置（空分装置A/B/C，两开一备，采用氮氧内压缩流程），于2017年3月投产，整体运行状况较好，2019年2月天然气（SNG）产量已达设计值。
煤制天然气装置甲烷化系统利用净化气中的CO与H2反应生成CH4，因气化系统出口粗煤气中H2 38.9%（设计值，下同）、CO 15.2%，无法满足甲烷化系统要求的氢碳比（摩尔比）3∶1，粗煤气中“多余”的CO需在变换炉内转化成H2（及CO2），从而满足甲烷化系统生产所需。变换系统设有变换炉旁路对工艺气中CO和H2含量进行调整，但在甲烷化系统开车前，低温甲醇洗系统对工艺气中CO含量要求并不严格。变换与低温甲醇洗系统常规开车导气过程主要包括变换炉旁路均压、旁路导气、变换炉均压、变换炉导气、变换系统提压与变换气至低温甲醇洗系统管线均压、低温甲醇洗系统高压区均压、低温甲醇洗系统导气、净化气分析、氢碳比调整，开车过程耗时较长，造成能源浪费、生产成本增加等。变换与低温甲醇洗系统同步开车（或低温甲醇洗系统使用变换炉旁路气提前开车）可以缩短开车时间，此举在变换炉均压导气时容易造成低温甲醇洗系统入口变换气流量波动，影响低温甲醇洗系统的稳定运行等，但若同步开车过程中操作平稳，亦可避免气量波动对低温甲醇洗系统的影响。而甲烷化系统导气时对净化气H2S含量及氢碳比的要求极为严格，净化气H2S含量及氢碳比未合格时严禁导气，要想让净化气H2S含量及氢碳比均合格，变换系统与低温甲醇洗系统必须运行正常，故甲烷化系统不能同变换与低温甲醇洗系统同步开车导气。
理论上，低温甲醇洗系统开车导气时对原料气氢碳比的要求不高，开车阶段变换气中各组分含量可满足低温甲醇洗系统的导气需求，在甲烷化系统开车前满足净化气氢碳比即可；在开车进度上，气化系统、变换系统与低温甲醇洗系统的开车时间能够相互匹配，以利加快开车进度；在实际操作过程中，通过合理控制导气速率和系统压力，可以实现变换与低温甲醇洗系统同步导气。为此，该公司考虑在变换炉具备接气条件前先对低温甲醇洗系统进行导气，待变换炉具备接气条件时再对变换炉进行导气，变换炉导气完成后，对工艺气中CO与H2含量进行调整，待甲烷化系统具备接气条件时直接进行导气操作；也可在变换炉导气操作时同时对低温甲醇洗系统进行导气操作，待两系统同步导气结束后，再对系统进行提压操作，然后调整工艺气氢碳比，这样一来，不仅可节省系统开车时间，还可节省生产成本与减少污染物排放。为更好地实现变换与低温甲醇洗系统同步导气操作，缩短开车时间，该公司不仅进行了可行性分析，还采取了一系列的优化改进措施。以下对有关情况作一介绍。
1 变换与低温甲醇洗系统工艺流程简述
碎煤加压气化系统出口粗煤气（压力约3.0～4.0 MPa、温度约170～195 ℃），先进入变换冷却单元2台并联的粗煤气洗涤器内，用高压喷射煤气水洗涤，洗涤后的粗煤气进入对应的2台并联的粗煤气分离器，将粗煤气中少量的粉尘、焦油洗涤下来，洗涤分离后的粗煤气（温度约155～180 ℃）约25%～60%进入气气换热器管程，被壳程的来自主变换炉出口变换气加热至260～270 ℃后依次进入预变换炉、主变换炉。粗煤气由预变换炉顶部进入，经上部瓷球及脱毒剂层脱除有毒物质、粉尘、焦油以及微量的O2后，进入预变换下部进行变换反应；预变换气由预变换炉底部进入主变换炉进一步深度变换，反应后CO含量约2.5%、温度320～420 ℃的变换气由主变换炉底部进入气气换热器壳程与管程的粗煤气进行换热，出气气换热器的变换气进入余热回收器降温至175 ℃，然后进入混合器与粗煤气分离器出口未变换气（未变换气气量约占粗煤气分离器出口工艺气的40%～75%）混合后进入后续冷却单元，依次经预冷器、中间冷却器Ⅰ、中间冷却器Ⅱ、终冷器冷却降温后进入洗氨塔，洗氨后的变换气去低温甲醇洗系统。
变换气进入低温甲醇洗系统后，先经氨预洗塔除去变换气中微量的NH3及苯、酚、粉尘等，然后去往原料气冷却器Ⅰ、原料气冷却器Ⅱ进一步冷却后进入甲醇洗涤塔底部，与自上而下的贫甲醇逆流接触脱除其中的HCN、苯、烃类物、H2S、COS、CO2，塔顶出来的净化气经合成气/甲醇换热器、原料气冷却器Ⅰ换热后送至甲烷化系统。
2 变换与低温甲醇洗同步开车导气可行性分析
该公司单套空分装置可以满足化工主装置双系列50%负荷运行，碎煤加压气化炉有22台（正常生产中18台气化炉运行，另4台气化炉处于备用或维修状态；气化A、C框架各设7台气化炉，气化B框架设8台气化炉），正常生产时2套空分装置与18台气化炉同时运行，除了电气、热电、空分、水处理、备煤及其他公用系统等出问题外，一般很少出现变换与低温甲醇洗系统同时停车。以下以煤制天然气装置年度大修或2套空分装置同时停车为例，对变换与低温甲醇洗系统同步开车导气的可行性进行分析。
2.1 变换与低温甲醇洗系统同步导气理论分析
更多内容详见《中氮肥》2025年第4期