天然气转化工艺冷凝液回收方法研究
高志辉
中国天辰工程有限公司 天津 300400
摘 要 本文主要研究了一种天然气转化工艺冷凝液的回收方法，尤其是涉及间接换热式饱和塔回收工艺冷凝液，同时回收冷凝液中的有效气和能量。
关键词 天然气转化；工艺冷凝液回收；有效气
概述
天然气转化是天然气合成氨、天然气制氢和天然气制甲醇装置的重要组成单元，天然气转化主要是通过天然气与水反应生成一氧化碳和氢气。因此天然气转化反应的原料中除了甲烷外，水蒸气也是必要的反应原料，而且为了提高甲烷的转化率，传统的天然气转换工艺中，转化反应器中的水蒸气和甲烷的摩尔比3:1，远远高于反应所需的水蒸气量，因此会产生大量的工艺冷凝液，无法对转化冷凝液进行有效的回收和利用，往往会造成整个工厂的高能耗和高水耗，在国家提倡节能减排的大背景下，开发一种经济、节能和环保的转化工艺冷凝液回收工艺意义重大。本文通过研究提出了一种间接换热式工艺冷凝液处理方法，可以对工艺冷凝液进行充分回收的同时，有效解决直接汽提带来的问题。
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1 天然气转化流程简介
本文以天然气一段转化为例介绍传统的天然气转化流程：
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来自上游的天然气进入一段蒸汽转化炉对流段盘管预热到300℃左右，预热后天然气与来自中压汽包的本装置副产水蒸气按一定的水碳比混合，然后送一段蒸汽转化炉对流段盘管预热至转化炉入口所需温度，从顶部进入一段蒸汽转化炉辐射段的转化炉管内，在转化催化剂作用下进行蒸汽转化反应，转化炉管出口得到以H2、CO、CO2、未反应CH4和水为主要组分的转化气。主要反应如下：
烃类蒸汽转化反应是强吸热反应，转化所需热量由转化炉管外燃料气通过顶部烧嘴与空气混合后喷出燃烧提供。
一段蒸汽转化炉分为辐射段和对流段两部分。在辐射段，燃烧气温度高，辐射传热的传热量相对较大，传热方式为辐射传热和对流传热同时进行。一段蒸汽转化炉的对流段是余热回收段，传热方式以对流传热为主。离开辐射段的烟道气经多组盘管换热后温度降至约150℃左右，经引风机送烟囱放空。从一段蒸汽转化炉出来的一段转化气随即进入转化气蒸汽发生器。出一段蒸汽转化炉的转化气温度约700～860℃，进入转化气蒸汽发生器回收中压饱和蒸汽。转化气蒸汽发生器副产的中压饱和蒸汽首先满足本装置一段蒸汽转化炉工艺用汽需要，剩余部分送蒸汽管网综合利用。从转化气蒸汽发生器出来的转化气温度已降至300℃左右，再经给水加热器、脱盐水预热器进一步回收残余热量，最后经水冷器用冷却水冷却冷凝，经气液分离器分离出冷凝的水分后送出本装置界区。
2 天然气转化工艺冷凝液回收方法研究
根据上述天然气流程，在转化反应中需要补充工艺蒸汽，用于转化反应，因此本文通过在天然气转化装置中设置饱和塔，饱和塔的操作压力根据实际情况不同可以任意调整，但必须高于转化反应器的操作压力；天然气经转化炉对流段（或加热炉对流段）预热后送入饱和塔底部，本工艺可通过调节预热天然气的温度，优化转化反应区的热量平衡；由于工艺冷凝液的压力低于饱和塔，需设置一台冷凝液泵将冷凝液加压后送至饱和塔塔顶；饱和塔塔底设置再沸器为饱和塔提供热源，避免工艺冷凝液与蒸汽接触带来的污染问题；本发明提到的间接式换热形式除了设置塔底再沸器外，也可以采用管壳式饱和塔，工艺冷凝液与工艺气走管侧（或壳侧），蒸汽走壳侧（或管侧）为饱和塔提供热源；再沸器底部的冷凝液经泵加压后送回会饱和塔顶部，同时再沸器底部设置连续排污管线，将少量污水送至全厂统一处理；工艺冷凝液中含有CO、CO2和H2等气体，这些气体都是在水中的溶解度很低的气体，可以完全从冷凝液中分离出来，饱和后的塔顶工艺气作为转化反应的原料直接送入转化装置，可以充分回收工艺冷凝液中CO和H2等有效气，提高产品收率；除了该部分饱和水外，可以根据不同转化工艺的需要补充反应所需的蒸汽；饱和塔设置一台热交换器，利用再沸器蒸汽凝液加热饱和塔入口的工艺冷凝液，从而提高整塔的饱和效果；蒸汽冷凝液经泵加压后送入转化废热锅炉副产蒸汽，也可以根据全厂的水平衡需要送至锅炉集中处理。流程如图1所示。
图1 凝液回收流程简图
3 结束语
本文通过研究提供了一种天然气转化工艺冷凝液回收利用方法，在天然气转化装置中设置饱和塔，充分回收工艺冷凝液中的有效成分（CO，H2和H2O）。本发明工艺设置饱和塔，在回收工艺冷凝液的同时，充分回收冷凝液中的有效气，增大产品产量，提高经济效益；饱和塔的热源选择塔底再沸器或其他间接式换热形式，可以有效避免直接式汽提带来的蒸汽凝液被工艺气污染的问题；间接加热后产生的蒸汽冷凝液可经泵加压后送入转化废热锅炉副产蒸汽，也可送全厂锅炉集中处理；本工艺可完全将工艺冷凝液转化为反应所需的水蒸气，饱和后的工艺气送入转化反应装置，实现工艺冷凝液零排放；本工艺实现整个装置的绿色循环，废水零排放，工艺简单易行，具备良好的经济效益和环境效益。
参考文献
[1]钟贻烈,李琼玖.托普索天然气大型甲醇厂工艺技术的选择[J].化肥设计,2004,42(2):18-24.
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