天然气造气操作规程

天然气造气操作规程

第一节岗位任务

入厂天然气脱硫合格后，经过转化、变换、净化为合成氨制

备合格的氮氢气，并为其他工段提供所需的蒸汽。

第二节天然气造气的基本原理

一、天然气加压蒸汽转化的基本原理

由于气态煌中主要组分是甲烷，并且其他煌类转化反应与甲

烷基本相同，因此这里只介绍甲烷蒸汽转化。

烧类蒸汽转化是指以气态烧为原料在一定压力、温度及催化

剂的作用下，按下列反应进行以制取合成氨或合成甲醇所用

的原料气，其主要反应如下：

CH4+H20=C0+3H2

CH4+2H20=C02+4H2

CO+H2O=CO2+H2

在一定条件下，甲烷蒸汽转化过程中还可能发生下列析碳反

应：

CH4=C+2H2-Q

2co=COz+C+Q

CO+H2=C+H2O+Q

对于甲烷的同系物，例如乙烷、丙烷、丁烷等，与蒸汽转化

反应，可以在低温下进行，反应通式为：

CnH2n+2+nH20=nC0+(2n-l)H2-Q

我公司转化工序采用双一段加二段转化，在方箱一段炉里，

烧类和水蒸汽在反应管内的馍触媒上反应，由管外天然气燃

烧提供反应所需热量，而换转炉内燃类和水蒸汽在反应管内

的反应所需热量由二段出口气体提供。

一段炉和换转炉的气体进入二段炉，在二段炉里加入空气或

纯氧燃烧放热，又继续进行甲烷的转化，经二段转化后，可

使粗原料气达到下列要求：

1、制取合成氨原料气

(1)H2+CO/N2(分子比)在2.8—3.1左右

(2)残余甲烷在0.3—0.5%左右。

2、制取甲醇原料气

(1)H2-C02/C0+C02=2.1—2.2

(2)残余甲烷在0.3—0.5%左右

二、一氧化碳变换的基本原理

一氧化碳不是合成氨所需的直接原料组分，而且对氨合成催

化剂有害，在送往合成氨工序之前，必须将一氧化碳彻底清

除，生产中一般分为两步除去，首先，利用中温变换与低温

变换相结合方法将一氧化碳与水蒸汽作用生成氢和二氧化

碳，将大部分一氧化碳变成二氧化碳，这一过程称为一氧化

碳的变换。

其反应机理为：

C0+H20=C02+H2

三、甲烷化反应的基本原理

甲烷化法清出H2、N2混合气中少量的一氧化碳和二氧化碳,

是在一定条件下使二者与氢反应生成甲烷，要求甲烷化前

C0+C02低于0.7-1.0%,而反应后气体中C0+C02小于10ppmo

其反应机理如下：

C0+3H2=CH4+H20

C02+4H2=CH4+H20

第三节工艺流程说明

一、合成氨工序造气流程：

经加压脱硫来的天然气和蒸汽混合分别送进各自的混合气

预热器预热后进入箱式一段转化炉和换热式转化炉进行转

化反应，反应后的气体和甲醇工段送来的驰放气进入二段

炉。压缩送来的空气，经过空气预热器预热达到一定温度后

进入二段炉，空气中的氧与转化气中的氢燃烧释放热量在二

段炉内继续进行甲烷转化（当有甲醇弛放气时，配适量的纯

氧）。出二段炉的工艺气体进入换热式转化炉的管间，作为

热源供换热式转化炉转化管内天然气的转化，然后管间的二

段转化气离开换热式转化炉进入换转炉的混合气预热器，预

热进换转炉的混合气，换热后的二段转化气经过废热锅炉进

一步回收热量产生蒸汽，气体降至一定温度后进入中温变换

炉进行一氧化碳的变换，中温变换炉出来的气体进入甲烷化

第二换热器，预热甲烷化入口气，换热后的中温变换气进入

中变废锅，气体降至一定温度后进入低温变换炉，进一步将

一氧化碳变换为二氧化碳，出低温变换炉一氧化碳达到W

0.3%,经低变废锅回收部份热量产蒸汽，回收热量后的低变

气进入脱碳系统低变气再沸器预热再生塔底部溶液，最后进

入低变冷却系统降温至35℃以下进入压缩工段或碳化工段。

脱碳来的净化气或压缩来的碳化气进入甲烷化第一换热器

预热后进入甲烷化第二换热器进一步预热，气体达到一定温

度后进入甲烷化炉，残余的一氧化碳和二氧化碳在镇触媒作

用下生成甲烷，使C0+C02的含量＜10PPm,甲烷化出来的气

体进入甲一换回收部份热量后进入甲烷化第一、第二冷却

器，气体温度降至35℃以下送压缩加压，最后送往合成氨工

序。

二、甲醇造气流程

经加压脱硫来的天然气和蒸汽混合分别送进各自的混合气

预热器预热后进入箱式一段转化炉和换热式转化炉进行转

化反应，反应后的气体进入二段炉。空分来的氧气经预热后

达到一定温度进入二段炉，氧与转化气中的氢燃烧释放热量

在二段炉内继续进行甲烷转化。出二段炉的工艺气体进入换

热式转化炉的管间，作为热源供换热式转化炉转化管内天然

气的转化，然后管间的二段转化气离开换热式转化炉进入换

转炉的混合气预热器，预热进换转炉的混合气，换热后的二

段转化气经过废热锅炉进一步回收热量产生蒸汽，气体降至

一定温度后根据甲醇合成气体成分情况通过中变近路阀调

整入中温变换炉的气量进行一氧化碳的变换，以便调整气体

成分。中温变换炉出来的气体和中变近路转化气进入甲化第

二换热器，预热甲醇合成来的弛放气，换热后的中温变换气

或转化气进入中变废锅，气体降至一定温度后根据中变气体

的成分通过低变近路阀调整入低温变换炉的气量，进一步调

整气体成分，低变炉或低变近路来的气体经低变废锅回收部

份热量产蒸汽，回收热量后的气体进入脱碳系统低变气再沸

器预热再生塔底部溶液（若脱碳未开就不经过再沸器），最

后进入低变冷却系统降温至35℃以下进入压缩工段。压缩来

的气，根据甲醇合成气体成分情况，通过吸收塔近路阀调整

气量控制成分，合格气体送压缩加压后到甲醇合成。

第四节触媒升温还原

（一）一、二段炉、换转炉升温还原

1、升温还原控制指标如下表，根据催化剂性能不同，控制

指标也有所不同

升速

阶段名换热式时间累计

一段炉二段炉℃/小备注

称转化炉hn

时

常温系统压

2077

-150力

空气升150恒温15220.3〜

220>130

温150〜15〜0.4

7-829

30020

300恒温1241开脱硫

300〜

251253

500400

蒸汽升开始加

550>420恒温457

温天然气

550〜

60050259

650

650〜600〜二段炉

20564

720900加空气

一二段

720900420〜恒温69

催化剂

700换转炉

还原720〜

8502071加天然

680

气

2、升温还原要求和注意事项

(1)空气升温

一般将一段转化炉、二段转化炉、换热式转化炉同时进行空

气升温。空气升温的目的是将催化剂从常温预热到一定程

度，以便下一步导入水蒸汽时不产生冷凝水，空气升温不能

把温度升得过高，以免催化剂中石墨与空气燃烧。升温的热

源来自一段炉辐射段的烧嘴。

(2)蒸汽升温

空气升温切换为蒸汽升温，事先要确认床层温度已足够高，

导入蒸汽后不会冷凝。

(3)催化剂的还原

一段炉出口温度升至650℃以上时，向水蒸汽中加入少量脱

硫合格天然气进行还原，稳定一段时间后向二段炉加空气，

视二段温度情况向换转炉加天然气进行还原。

(二)中变催化剂的升温还原

1、升温还原控制指标

升温速度

阶段温度区间时间备注

℃/h

常温T20255

空气升温12002

120-180203

蒸汽升温180-220153

蒸汽配转化

还原220-4201020

气

加压放硫420-390048转化气

2、注意事项

(1)空气升温结束后，在配入还原气以前应用蒸汽进行置

换，并置换彻底，以免残存氧含量高重新被氧化，放出大量

的热而烧毁催化剂。

（2）在升温还原过程中，安排几次恒温，以拉平床层温度。

⑶CO对Fe203的还原能力很强,浓度从0.5%,1%,2%……慢

慢增加，以防止co浓度过高，使催化剂的温度急剧上升。

（4）催化剂在350C时，其还原就可达到90%以上，最高还

原温度应严格控制，不超过正常操作温度上限。

（5）放硫时间根据中变催化剂的性能决定。

（三）低变催化剂升温还原

1、升温还原控制指标

升温速度

阶段温度区间时间备注

℃/h

常温T20205

有条件的最

12002

空气升温好用氮气升

120-170203

温

17004

蒸汽置换升170-200152

温

200-210蒸汽配氢

200-2100.3-2%六次

在温度区间

调节

稳定操作，

还原配氢2-5%,

提温时2°C/

210-220五次调节

次

5-30%逐渐

加大

加压投产190

2、注意事项

(1)氢浓度控制从还原初期的0.1-0.5%,随着反应的进行,

逐步提高到2%,还原末期可增至10-30%.

(2)最终还原温度通常控制在210C,还原过程中任何一点

温度不宜超过230℃。

(3)配氢原则：提温不提氢，提氢不提温，少配勤配。

(四)甲烷化升温还原

1、升温还原控制指标

升温速度

阶段温度区间时间备注

℃/h

常温T20205

12004

脱碳气升温

120-250207

250-300105

30004

300-4001010

还原

40008

400-430103

降温投产430-3003004

2、注意事项

(1)催化剂温度低于150°。时，升温载气中不应会有CO和

水蒸汽，以免生成默基银，降低催化剂的活性或由于水的冷

凝，影响摧毁催化剂的强度。

(2)当温度升至70℃左右时，催化剂内含有大量的吸附水

放出，并使床层形成一个自然恒温区。此时应严格控制甲烷

化入口温度不高于120℃,为有利于释放吸附水并拉平床层

温差，应作一次恒温。

(3)当温度升到300℃时，应作一次恒温，并严格控制CO+CO2

含量不大于l%o

(4)催化剂还原期间最高温度不应超过450℃。

(5)还原结束后，降温至300℃后逐步加压至正常操作压力，

进出任基本相等，C0+C02<20ppm,投入正式生产。

第五节造气系统正常开停车

一、系统正常停车

在合成氨装置运转的情况下，不可避免会遇到问题，为了对

全系统或部分设备进行检查或修理，则须按正常停车的程序

进行有计划有步骤的停车操作。这种停车操作与事故状态下

的紧急停车完全不同，为了保护好设备，保证安全，必须是

有条不紊按步骤进行。停车的范围可根据具体情况的需要，

对部分工序或全部工序进行停车操作。如需要进行检查、修

理，就对有关部分进行降温、卸压，对触媒甚至进行钝化，

并进行置换合格，按有关规定处理妥当，其余部分则可在系

统隔绝的状态下，保温、保压，这样，一旦检修结束后，便

可迅速恢复正常运转。

当氨合成工序开始减负荷时，造气工段也相应减低，在合成

工段继续减负荷至压缩切氢氮气时，造气工段可将负荷减至

一机，气体改在变换炉后放空，若甲醇合成弛放气回收到旧

系统，根据情况切甲醇驰放气进二段炉，切配加纯氧管线，

断开纯氧，只允许空气进入二段炉。

根据二段炉触媒层的温度对加入的空气进行减量，以小于

50℃/h的速度来降温控制，直至加空气阀全关，同时控制对

流段中烟气入口温度，以调节一段炉燃气为调节手段。

当二段炉出口温度降到680-780℃时，可以切断空气，二段

炉停加空气后，停中低变，改为二段后放空。

逐渐减少进一段炉的原料气和燃烧气量，当一段炉出口温度

达500-550℃时，停止向一段炉送原料气，顶部烧嘴逐步减

少并全部熄灭，在降温的过程中蒸汽要保持足够量，使炉管

受热均匀。

待一段炉出口温度在240C左右时停供蒸汽，水夹套继续通

水，直至二段炉温度降至50。。后才停夹套水。

锅炉系统停止循环，可加水置换或使系统充满水，并打开汽

包放空阀，如需检修则将水排尽。

检查系统空气、天然气、燃烧气及弛放气、纯氧等阀门是否

符合停车状况，排尽各分离器冷却水，根据用水情况停相应

的泵。

二、开车

当系统长期停车后开车，一、二段炉、换热式转化炉开始阶

段可用空气升温，短期停车后开车不必采用。以下以长期停

车后开车介绍。

1、对系统进行全面检查，运转设备试车合格，各管线、阀

门状况符合开车条件。

2、燃烧天然气管线、烧嘴试漏试压合格。

3、启动引风机，对一段炉进行抽风置换，15-20分钟后停引

风机，一段炉取样做动火分析，取样完毕再次启动引风机运

行，等待点火。分析合格后，分析员、安办双方认可，由安

办鉴发动火证，操作工方能点一段炉烧嘴进行升温。

4、空气升温流程

工艺空气从外工段来进如天然气预热器（一），再进天然

气预热器（二），再去混合预热气然后去一段、二段炉放空。

过程中注意事项有：盲断氧化镒进口管线，拆空气进天

然气预热器盲板、天然气预热器进混合气预热器管线盲板，

以确保安全。

5、当触媒温度升至蒸汽露点温度以上时，根据蒸汽压力情

况，切换为蒸汽升温。切换蒸汽时盲断天然气预热器进混合

气预热器管线，拆氧化镒进口盲板，排尽蒸汽管道冷凝液，

导蒸汽入炉。

6、根据温升情况调整一段炉烧嘴用量和换热式转化炉的通

气量。

7、蒸汽升温至一段炉出口温度＞450℃时，分析工艺天然气

气质硫含量，天然气硫含量合格，导天然气入一段炉，控制

水汽比＞10,后逐渐调至正常指标。

8、导入天然气后，一段炉出口温度＞650℃时，视其情况可

向二段炉配入空气，同时稳定一段炉操作，注意观察二段炉

燃烧段是否点燃，否则将切断空气，视其情况重新配空气，

直至成功。同时根据二段炉出口温度情况（一般是达到

200℃）向夹套加水。

9、二段炉投空气，出口温度会很快升高，这时换热式转化

炉出口温度也会随之上升，当二段炉出口温度达到

600-650C时，可向换热式转化炉导入混合气进行升温，直

至恢复正常。

10、二段出口＞750℃,进转化锅炉温度＞350℃时，向中变

炉导气，关二段后放空，开中变后放空。

11、中变炉导气后，当中变触媒下层温度＞200℃时，向低

变炉导气，低变气经过脱碳低变再沸器后，低变冷却塔后放

空，同时关好中变后放空。

12、中、低变温度正常后，开脱碳时低变气送压缩，经加压

的低变气进入脱碳系统，净化气合格后导气入甲烷化，甲烷

化炉温度正常后，气送压缩加压到合成；开碳化时，低变气

送碳化，合格的碳化气送压缩，压缩加压后进入甲烷化，甲

烷化合格时，气送压缩到合成。

13、甲醇系统来的驰放气根据具体情况决定导入二段转化

炉，配加的纯氧量视情况决定。

第六节正常操作要点及常见故障处理

一、一段炉正常操作要点

1、在生产中应注意观察和及时调整一段炉烧嘴的燃烧状况。

在正常生产时，所有的烧嘴全部点燃，烧嘴燃烧天然气的阀

门开度都一样，燃烧空气阀开度由燃烧情况来调节，通入空

气量应使燃烧充分，完全。火焰短小，颜色发蓝，燃烧良好,

炉膛清晰。在空气不足时，火焰发红且长火焰有断续的现象。

2、随时调节一段炉出口温度。

3、密切注意天然气脱硫后的硫含量是否符合要求。

4、时刻注意蒸汽比例的控制，特别是加减负荷或开停车。

5、定期测定一段炉炉管相对阻力。

6、经常注意二段炉夹套水溢流情况，不能断水。

7、要经常注意设备运行情况。

二、一段炉常见事故及处理

1、催化剂的中毒和析碳

原料气中所含硫、氯、碑等物质均能使催化剂中毒，失去活

性。其表现为转化管压力降低变化不大，但由于催化剂活性

低，甲烷的转化量小，吸收的热量少，转化管发生超温现象,

并且一段炉出口甲烷升高。处理的方法是严格控制原料气中

有毒物质的含量，提高水碳比。这样可以使催化剂活性逐渐

恢复。当析碳较轻时，可采用减量和提高水碳比的方法除碳,

析碳严重时，停止加入原料气，或者在水蒸气中加入少量空

气燃碳，无效时，必须停车检查，乃至更换触媒。

2、燃烧气压力高，而一段炉温度提不高

原因：①燃烧气组成变化，热值降低

②阀门或烧嘴堵塞

③水碳比过大或空速过大

3、转化气中甲烷含量升高的原因

①转化炉温度太低

②控制仪表失灵造成水碳比降低

③原料气带油

④脱硫效率下降或蒸汽带水、含盐量高

4、炉管损坏的原因及防止

炉管过热是炉管损坏的主要原因，催化剂中毒、析碳和

粉化均能使天然气转化量减少，从而导致气体温度升高，炉

管过热而破坏。

三、中变系统正常操作要点及生产中常见问题

1、催化剂床层温度

根据催化剂的性质、活性温度的高低以及生产时间的长短而

定，应使其控制在符合各个时期的最佳适宜操作范围。

2、蒸汽比例

在保证变换率的前提下，应尽量降低蒸汽比例，达到节约的

目的。

3、随时观察系统阻力

变换系统的阻力增加，设备的生产能力下降，保护好触媒，

防止粉化。

4、中变催化剂大幅度上升的原因、判断和处理

①原料气成分的变化。原料气成分变化主要是指气体中一氧

化碳和氧含量的波动。无论是气体中氧含量或一氧化碳含量

增高，都应采取加大蒸汽流量的方法进行处理，在判断和处

理的过程中都应密切注意“灵敏点”和“热点”的变化情况。

气体中一氧化碳含量增加时，灵敏点温度上升幅度很小，而

热点温度则大幅上升；氧含量增加时，首先是灵敏点温度大

幅上升，而后时热点温度上升。

②系统负荷的变化。当气量增加时，水碳比相应减少，气体

带走的热量也相对较少，床层温度也会上升。

③水碳比的变化。调节蒸汽添加量是控制中温变换炉的主要

手段。

四、低变系统正常操作要点及生产中常见问题

1、低变炉的正常操作，主要是把低温变换炉催化剂的温度

控制在适宜的范围内。低变催化剂的正常使用温度是

180-260℃,使用初期，在满足工艺指标的前提下，尽量降

低操作温度，催化剂床层温度主要靠入变换炉的气体温度来

调节，但气体温度不得低于露点温度以下。

2、低变催化剂操作温度猛涨的原因和处理

①低变炉进口气体温度急剧上升。

②蒸汽流量降低或中断，使中变出口co含量增高，低变进

口增加1%,催化剂温度就会上升11℃,若CO含量超过6%

时应紧急停车。

五、甲烷化正常操作要点

甲烷化的操作应以控制温度为中心，保证出口气体中co和

C02之和小于lOppmo甲烷化催化剂的最佳温度在280-400℃。

为了控制好炉温，采取：

1、入口温度的控制

甲烷化炉进口温度正常范围在280-320℃o

2、气体成分的控制

C02含量小于0.2%,C0含量0.3-0.4%o

六、甲烷化常见事故及处理

1、甲烷化温度上涨

①低变操作不当，co含量高

②碳化或脱碳净化度低，C02含量高

③中变出口温度高，换热后使甲烷化入口温度增高

④生产负荷加大，加量后压力随着升高，传热系数增大，提

高了甲烷化入口温度。

温度下降的原因与上述相反。

2、甲烷化出口微量超高

其原因如果不是超温和带液引起，就应该检查换热器是否泄

漏，或检验分析仪器。

3、带液事故

甲烷化上一工序，可能带液入甲烷化，使甲烷化出口温度下

降，应及时通知压缩及相关工序。

第七节主要设备

设备名称规格型号（旧）材质（旧）备注

一段炉32根转化管管内装填银触

媒

换热式转化52根转化管壳体16MnR/转管内装填银触

炉化管媒

ZG4Cr25Ni20

（二者一样）

二段转化炉62600（夹套）616MnR内装填银触媒

2400（壳体）及耐火球

转化锅炉4）120016MnR

汽包4）100016MnR

中变炉4）260015CrMoR内装铁触媒及

耐火球

中变锅炉1400/99920（管）16MnR

（壳）

低变炉6240016MnR内装铜触媒及

耐火球

低变锅炉800/120016MnR（壳）20

（管）

甲一换4）80015CrMo

甲二换680015CrMo

甲烷化炉4）170015CrMoR

甲一冷690016MnR（壳）

/15CrMoR

15CrMo（管）

甲二冷690016MnR（壳）20

（管）

甲分4）100016MnR

锅炉给水加950OCrl8Ni9

热器

除盐水预热600OCrl8Ni9

器

槽纹管冷却69000Crl8Ni9（槽纹换然面积285

哭