對(duì)于天然氣制甲醇的工藝現(xiàn)狀以及發(fā)展方向研究

孫本闊(青海油田公司格爾木煉油廠)

引言

甲醇是由氫氣、一氧化碳和二氧化碳混合氣體合成的液體，它的用途十分廣泛：可以作為制造甲醛、甲胺等多種有機(jī)產(chǎn)品的原料；可以用作油墨、染料等的溶劑；是制造農(nóng)藥、醫(yī)藥、塑料以及有機(jī)化工產(chǎn)品的原料； 還可以作為清洗去油劑以及分析試劑等。 因?yàn)榧状嫉挠猛竞芏啵匀藗儗?duì)甲醇的需求量就很大。 目前工業(yè)上多用天然氣轉(zhuǎn)化來(lái)制取甲醇，為了制得高質(zhì)量的甲醇，同時(shí)增加生產(chǎn)效率，降低能源消耗來(lái)增加企業(yè)受益，人們一直在研究探索各種各樣的轉(zhuǎn)化工藝。 本文介紹了目前工業(yè)上利用天然氣制取甲醇的常見(jiàn)的幾種工藝， 并淺談了天然氣制甲醇工藝的發(fā)展前景。

1、天然氣制甲醇的轉(zhuǎn)化工藝

1.1、蒸氣催化轉(zhuǎn)化工藝

傳統(tǒng)蒸氣轉(zhuǎn)化的應(yīng)用十分廣泛， 在全世界的轉(zhuǎn)化工藝中占據(jù)了一半以上。 該工藝是在高溫和催化劑鎳的作用下，甲烷與蒸氣進(jìn)行反應(yīng)生成氫氣、一氧化碳和二氧化碳。 雖然傳統(tǒng)蒸氣轉(zhuǎn)化應(yīng)用廣泛，但是該工藝存在很多問(wèn)題：一是水和碳的比過(guò)高將使轉(zhuǎn)化過(guò)程消耗更多的能量和蒸氣，燃料消耗過(guò)高；二是過(guò)多的熱量給回收后冷卻工作帶來(lái)重負(fù)， 會(huì)增加熱換器的工作負(fù)荷以及冷卻水的消耗；三是高溫低壓的操作雖然利于反應(yīng)進(jìn)行，但是高溫大大縮短了反應(yīng)使用的轉(zhuǎn)化爐管的壽命， 低壓增加了額外的裝置費(fèi)用。

聯(lián)合轉(zhuǎn)化工藝是傳統(tǒng)蒸氣轉(zhuǎn)化的改進(jìn)型， 它是在傳統(tǒng)蒸氣轉(zhuǎn)化工藝的基礎(chǔ)上結(jié)合了自熱式轉(zhuǎn)化工藝， 它能夠大幅度降低轉(zhuǎn)化過(guò)程的能源消耗。 該工藝是在第一段蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的后面安裝了一個(gè)加氧轉(zhuǎn)化爐，從而實(shí)現(xiàn)自熱轉(zhuǎn)化。 該工藝能夠順利實(shí)現(xiàn)天然氣制取甲醇，而且在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，蒸氣轉(zhuǎn)化器的出口溫度比較低，使轉(zhuǎn)化的壓力得以提升，從而壓縮機(jī)的負(fù)荷可以得到減少，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的目的。

預(yù)轉(zhuǎn)化蒸氣轉(zhuǎn)化工藝是在綠色環(huán)保的呼聲中誕生的， 它利用含鎳量高的催化劑來(lái)對(duì)一部分原料進(jìn)行絕熱轉(zhuǎn)化， 達(dá)到減少污染氣排放的目的。 在該工藝過(guò)程中，首先對(duì)天然氣進(jìn)行脫硫處理，再將天然氣和蒸氣的混合氣預(yù)熱到500 度，在單層絕熱預(yù)轉(zhuǎn)化催化劑床上進(jìn)行反應(yīng)，可以得到氫氣、一氧化碳和甲烷的混和物,最后將混合物加熱到620 度，轉(zhuǎn)入含有轉(zhuǎn)化催化劑的爐管內(nèi)進(jìn)行深度轉(zhuǎn)化。 該工藝同傳統(tǒng)蒸氣轉(zhuǎn)化工藝相比，因?yàn)闆](méi)有空氣預(yù)熱器，所以氮氧化物的排放量得到了大幅度的減少，環(huán)保效益好；降低轉(zhuǎn)化爐的工作負(fù)荷，使催化劑的析碳量大大減少，能夠提高轉(zhuǎn)化催化劑的活性，提高使用壽命。

1.2、以部分氧化為核心的轉(zhuǎn)化工藝

自熱式催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)， 將蒸氣轉(zhuǎn)化的吸熱反應(yīng)和部分氧化的放熱反應(yīng)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行， 將部分氧化反應(yīng)所放出的熱量供給蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)使用， 取消了蒸氣轉(zhuǎn)化用的爐管，減少了能耗和設(shè)備的費(fèi)用。 該工藝的轉(zhuǎn)化爐為一固定床反應(yīng)器，其上部是用來(lái)進(jìn)行部分氧化反應(yīng)的燃燒段，下部是利用上部反應(yīng)釋放的熱量進(jìn)行蒸氣催化轉(zhuǎn)化的反應(yīng)段。 在高溫的作用下，可視兩個(gè)變換反應(yīng)達(dá)到平衡。 影響轉(zhuǎn)化爐生產(chǎn)能力的因素有很多，其中比較重要的一個(gè)是氫碳比。 為了使氫碳比達(dá)到最佳比值，可以采用兩種有效的方法：一段加二氧化碳轉(zhuǎn)化法和二段加純氧轉(zhuǎn)化法。 一段加二氧化碳轉(zhuǎn)化法能夠減少天然氣的消耗量，大大減少氧化氮的排量，減少對(duì)環(huán)境的污染。 二段加純氧轉(zhuǎn)化法中，天然氣被分成了兩個(gè)部分，一部分先進(jìn)入一段爐再進(jìn)入二段爐，另一部分則直接進(jìn)入二段爐，這樣的設(shè)置可以節(jié)省蒸氣，減少能耗。 同時(shí)只要簡(jiǎn)單的加入合適的純氧量，便可以對(duì)氫碳比進(jìn)行調(diào)節(jié)，操作比較容易。

非催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝與自熱式催化部分氧化工藝有點(diǎn)類(lèi)似，反應(yīng)的溫度比較高，以保證甲烷能夠轉(zhuǎn)化完全，并能夠有效減少炭黑的產(chǎn)生。 該工藝的操作壓力比較高，以減少壓縮轉(zhuǎn)化氣的功耗。 不過(guò)在得到轉(zhuǎn)化氣后，因?yàn)闅錃夂鸵谎趸嫉谋戎挡缓线m， 需要經(jīng)過(guò)一氧化碳變換和二氧化碳脫除工藝才能進(jìn)行甲醇合成。

1.3、熱交換型轉(zhuǎn)化工藝

轉(zhuǎn)化交換器系統(tǒng)屬于熱交換型轉(zhuǎn)化工藝， 是在單元設(shè)備的頂端設(shè)置一管板，物料從頂部進(jìn)入，通過(guò)加有催化劑的管道，然后與自熱式轉(zhuǎn)化爐產(chǎn)生的氣體相混合， 讓二段爐中的熱量供給一段爐使用。 該工藝可以有效的利用熱能，降低能耗，還易于調(diào)節(jié)合成氣的比例，減少了氮氧化物的排放，有利于環(huán)境的保護(hù)。

換熱型LCA 流程也屬于熱交換型轉(zhuǎn)化工藝， 也是將二段的高溫?zé)崮芴峁┙o轉(zhuǎn)化使用，它的關(guān)鍵設(shè)備是一個(gè)熱交換器，交換器內(nèi)裝有轉(zhuǎn)化催化劑。 該工藝中，一段轉(zhuǎn)化爐占地面積小，能節(jié)約設(shè)備成本；熱利用高，節(jié)能減耗。

2、天然氣制甲醇的發(fā)展前景

目前，世界上對(duì)甲醇的需求量仍非常高，并在不斷的增加之中。 國(guó)外天然氣制甲醇的工藝技術(shù)仍然優(yōu)于國(guó)內(nèi)的，我國(guó)仍需加強(qiáng)甲醇的生產(chǎn)量，重點(diǎn)是發(fā)展先進(jìn)的制作工藝。 比如如何將蒸氣轉(zhuǎn)化、部分氧化和自熱轉(zhuǎn)化三者有效的結(jié)合起來(lái)，將三者的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行綜合利用，最大化的實(shí)現(xiàn)節(jié)能生產(chǎn)和綠色生產(chǎn)，這將是天然氣制甲醇工藝的一個(gè)研究方向。

結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，甲醇作為重要的有機(jī)原料，它的需求量在不斷的增加，企業(yè)應(yīng)該優(yōu)化天然氣制甲醛的工藝技術(shù)，不斷的研究探索新的工藝，來(lái)減少能源的消耗和環(huán)境的污染，做到高效率生產(chǎn)和綠色生產(chǎn)。

[1]馬寧,諸林.天然氣制甲醇的工藝現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].化工時(shí)刊.2006(11)

[2]劉一靜,劉瑾.天然氣制甲醇合成氣工藝及進(jìn)展[J].化工時(shí)刊.2007(05)