甲醇合成工藝的現(xiàn)狀及其技術(shù)特點(diǎn)研究

摘要：目前已知的能源中，我國(guó)的煤礦資源較為豐富，因此若要緩解能源緊缺的情況，要大力發(fā)展煤化工。煤化工的關(guān)鍵技術(shù)之一就是甲醇合成技術(shù)，我國(guó)煤制甲醇的工藝基本上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但是我國(guó)的甲醇合成技術(shù)存在投資大、消耗高、污染高等問(wèn)題。因此，如何發(fā)展節(jié)能環(huán)保的甲醇合成技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前煤化工產(chǎn)業(yè)亟待解決的問(wèn)題。文章從甲醇合成工藝的現(xiàn)狀進(jìn)行研究，以供業(yè)內(nèi)人士參考借鑒。

關(guān)鍵詞：甲醇合成工藝；技術(shù)特點(diǎn)；煤礦資源；煤化工產(chǎn)業(yè)；能源緊缺

中圖分類號(hào)：TQ223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）33-0082-02

1 常見甲醇合成工藝現(xiàn)狀及其技術(shù)特點(diǎn)

1.1 甲醇的發(fā)展現(xiàn)狀

甲醇在我國(guó)的發(fā)展最早開始于1957年，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)陜西榆林天然氣公司、上海焦化有限公司等地?fù)碛屑状忌a(chǎn)裝置的生產(chǎn)能力達(dá)到200kt/a，除此之外，蘇里格天然氣化工股份有限公司還有用一套生產(chǎn)180kt/a的甲醇生產(chǎn)裝置。隨著甲醇生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)甲醇生產(chǎn)技術(shù)越來(lái)越高，生產(chǎn)工藝逐步成熟，生產(chǎn)規(guī)模漸漸擴(kuò)大，特別是現(xiàn)如今的甲醇柴油、汽油等的出現(xiàn)成為一種經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的代用燃料。在1998～2005年之間，盡管我國(guó)的甲醇總產(chǎn)量會(huì)平均增長(zhǎng)19.8%，但是我國(guó)甲醇生產(chǎn)裝置生產(chǎn)效率不高。從2003年開始，整個(gè)甲醇市場(chǎng)逐步走高，因此導(dǎo)致了對(duì)甲醇需求的增加，甲醇的價(jià)格也逐步提高。但是我國(guó)的甲醇生產(chǎn)技術(shù)存在許多問(wèn)題，除了甲醇生產(chǎn)成本高之外，還有甲醇生產(chǎn)裝置的規(guī)模較小、缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等，由此造成了甲醇的開工不足?，F(xiàn)如今，甲醇生產(chǎn)已經(jīng)成為我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展工業(yè)，著重對(duì)大型甲醇項(xiàng)目進(jìn)行建設(shè)，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)甲醇在建項(xiàng)目的生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到10000kt/a以上。

1.2 甲醇的合成方法

目前國(guó)內(nèi)外大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)甲醇的方法主要有高壓法（德國(guó)巴斯夫公司）、節(jié)能型低壓法（丹麥托普索公司）、MGC低壓法（日本三菱瓦斯化學(xué)公司）、中壓法、低壓法（德國(guó)魯奇公司及美國(guó)卜內(nèi)門公司）。我國(guó)目前來(lái)說(shuō)，引進(jìn)裝置大多采用低壓法，小規(guī)模甲醇生產(chǎn)裝置則主要采用高壓法。低壓法與高壓法相比，具有設(shè)備費(fèi)用低、產(chǎn)品純度高、操作費(fèi)用低、能量消耗少的優(yōu)點(diǎn)。所以，在國(guó)內(nèi)采用低壓法生產(chǎn)甲醇的企業(yè)較多，且還改進(jìn)了催化劑的性能，取得了較好的發(fā)展。

1.2.1 魯奇渣油聯(lián)醇法。甲醇生產(chǎn)方法中的魯奇渣油聯(lián)醇法是一種較為成熟的生產(chǎn)技術(shù)，它的最大特點(diǎn)就是能夠?qū)⒛茉催M(jìn)行最大程度的利用，且熱利用率較高。在我國(guó)，齊魯石化公司的甲醇生產(chǎn)采用的正是魯奇渣油聯(lián)醇法。

1.2.2 中壓法。中壓法在工藝過(guò)程上與低壓法幾乎是相同的，區(qū)別就在于其在綜合指標(biāo)和投資費(fèi)用上都要略高于低壓法，目前來(lái)看，日本三菱瓦斯化學(xué)公司、丹麥托普索公司目前都已經(jīng)在中壓法方面取得了較大的進(jìn)步。

1.2.3 ICI低壓法。ICI低壓法是當(dāng)前世界甲醇生產(chǎn)工業(yè)所大量被采用的生產(chǎn)方法，這種甲醇生產(chǎn)方法不僅操作可靠，且生產(chǎn)出的產(chǎn)品純度很高。其生產(chǎn)過(guò)程主要為精餾、合成、脫硫、壓縮、轉(zhuǎn)化，可以充分利用反應(yīng)熱。

1.2.4 德國(guó)巴斯夫公司的高壓法。德國(guó)巴斯夫公司的高壓法曾經(jīng)是最早實(shí)現(xiàn)甲醇大規(guī)模生產(chǎn)的方法，但是這種生產(chǎn)方法消耗大、操作條件要求較高、成本高，現(xiàn)階段漸漸被低壓法、中壓法所替代。

1.3 固定床甲醇合成工藝

1.3.1 軸向反應(yīng)器甲醇合成工藝。甲醇合成工藝中的軸向反應(yīng)器至今仍是在世界范圍內(nèi)被應(yīng)用最多的甲醇合成技術(shù)，這項(xiàng)合成技術(shù)對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性較好，穩(wěn)定性能較強(qiáng)。近些年，全球各國(guó)為了降低能耗，提高甲醇生產(chǎn)效益，紛紛對(duì)軸向反應(yīng)器進(jìn)行了升級(jí)改造，以順應(yīng)當(dāng)前時(shí)代的發(fā)展。而我國(guó)亦是在軸向反應(yīng)器方面研究較多，當(dāng)前我國(guó)最常見的改造軸向反應(yīng)器的方法是增設(shè)冷管式與復(fù)產(chǎn)蒸汽合成塔，這樣可以降低消耗，提高煤轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而提高甲醇的產(chǎn)量。

1.3.2 徑向反應(yīng)器的甲醇合成工藝。甲醇合成工藝中的徑向反應(yīng)器具有消耗低、轉(zhuǎn)化率高以及產(chǎn)量大的特點(diǎn)?，F(xiàn)如今，這項(xiàng)甲醇合成技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)甲醇合成技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。首先大型徑向反應(yīng)器的建設(shè)有助于提高產(chǎn)業(yè)效益，使其向規(guī)?；l(fā)展。其次，我國(guó)的徑向反應(yīng)器不能只依賴進(jìn)口，此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展有助于我國(guó)甲醇合成技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步。目前，我國(guó)關(guān)于徑向反應(yīng)器的主要研究方向?yàn)樘嵘龔较蚍磻?yīng)器化學(xué)反應(yīng)與催化劑的效能。

1.4 漿態(tài)床甲醇合成技術(shù)

漿態(tài)床甲醇合成技術(shù)具有可操作性強(qiáng)、對(duì)合成氣適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還解決了固態(tài)床在高濃度催化劑與高氣速操作條件下存在的性能不穩(wěn)以及出產(chǎn)量不足的缺陷。這種甲醇合成技術(shù)發(fā)源于美國(guó)，現(xiàn)階段這種技術(shù)在我國(guó)的研究較少，處在初步應(yīng)用階段。

2 熱點(diǎn)領(lǐng)域與新技術(shù)

2.1 滴流床甲醇合成工藝

固定床、漿態(tài)床的優(yōu)點(diǎn)都可以在滴流床甲醇反應(yīng)器上體現(xiàn)出來(lái)，滴流床甲醇合成工藝中的液體與氣體均勻分布在催化劑顆粒中，液體與氣體可以自上而下地運(yùn)動(dòng)，形成固體層，這樣可以提高產(chǎn)出效率。現(xiàn)階段，持液量的控制、加氫以及降壓等環(huán)節(jié)是我國(guó)研究滴流床甲醇反應(yīng)器的主要方向，由于其溫差小，轉(zhuǎn)化及合成率高，因此成為甲醇合成工藝中較為理想的一種。

2.2 超臨界相介質(zhì)工藝

現(xiàn)階段一種新的甲醇合成技術(shù)出現(xiàn)，這種新技術(shù)主要是通過(guò)克服不同性質(zhì)之間的傳遞阻力來(lái)降低消耗，提高甲醇轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)效率以及充分性，由于是在超臨界狀態(tài)下進(jìn)行甲醇合成的，這種技術(shù)被稱為超臨界相介質(zhì)甲醇合成工藝。這種甲醇合成技術(shù)最大的特別之處在于可以利用有機(jī)溶劑，降低溫度，提高催化效率，降低能源的消耗。超臨界相介質(zhì)中的甲醇合成研究在我國(guó)開展的時(shí)間較早，經(jīng)過(guò)發(fā)展積累了一定的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，這種技術(shù)早期被應(yīng)用在漿態(tài)床的技術(shù)改進(jìn)上。現(xiàn)階段，超臨界相介質(zhì)甲醇合成工藝的研究主要在氣液性質(zhì)、超臨界流體、超臨界二氧化碳介質(zhì)等方面。

2.3 膜反應(yīng)工藝

關(guān)于膜反應(yīng)的甲醇合成工藝在國(guó)外已經(jīng)有了較多的研究，采用膜反應(yīng)工藝可以提高反應(yīng)速度，提高轉(zhuǎn)化率且可控性較好。而我國(guó)的膜反應(yīng)甲醇合成工藝方面的研究主要是在膜反應(yīng)器設(shè)計(jì)以及膜材料的制備上，這種技術(shù)在我國(guó)大規(guī)模使用還需要一段時(shí)間。膜反應(yīng)的甲醇合成工藝相比較超臨界質(zhì)工藝，具有更強(qiáng)的操作性，是在膜反應(yīng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要包括兩種技術(shù)原理：一種是通過(guò)置密膜，控制氫氣通過(guò)量，提高催化劑作用效率，最終使反應(yīng)器達(dá)到最佳反應(yīng)狀態(tài)，降低損耗，提高產(chǎn)出率；另一種是通過(guò)將產(chǎn)物及時(shí)轉(zhuǎn)出，以降低產(chǎn)物對(duì)反應(yīng)器的影響，維持反應(yīng)器內(nèi)部化學(xué)平衡達(dá)到最佳狀態(tài)，提高產(chǎn)出率。

2.4 其他工藝

甲醇的其他生產(chǎn)技術(shù)主要包括整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、放熱反應(yīng)與能源密集型的吸熱反應(yīng)耦合系統(tǒng)、制氣系統(tǒng)與傳統(tǒng)甲醇循環(huán)耦合系統(tǒng)等。從這些技術(shù)可以看出工藝耦合、技術(shù)集成、綠色節(jié)能、巨型化是未來(lái)甲醇合成工藝發(fā)展的一個(gè)新趨勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)如今，甲醇合成已經(jīng)成為煤化工的關(guān)鍵技術(shù)之一。但是在我國(guó)，甲醇合成設(shè)備較為落后，沒有及時(shí)進(jìn)行設(shè)備的更新。目前，我國(guó)為了提高甲醇合成效率，減少污染，降低消耗，已經(jīng)著手推進(jìn)煤化工企業(yè)現(xiàn)行的甲醇合成技術(shù)。智能化控制以及節(jié)約化補(bǔ)充設(shè)計(jì)是甲醇合成技術(shù)主要需要改進(jìn)的兩項(xiàng)技術(shù)。智能化設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)甲醇合成的全程控制，保證精確生產(chǎn)、降低消耗、提高轉(zhuǎn)化率。而節(jié)約化設(shè)計(jì)是為了節(jié)約電能、煤炭資源，將甲醇合成運(yùn)行過(guò)程中的消耗降低。因此，提升改造傳統(tǒng)甲醇合成技術(shù)，創(chuàng)新發(fā)展現(xiàn)代甲醇合成工藝是今后煤化工企業(yè)主要研究發(fā)展的方向。

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作者簡(jiǎn)介：呂海平（1976-），男，山西臨汾人，山西焦化股份有限公司無(wú)機(jī)工程助理工程師，注冊(cè)安全工程師，研究方向：電子技術(shù)。