當代低壓甲醇生產技術的應用和發(fā)展

摘 要：甲醇作為一種基礎化工原料，其在全世界范圍內都有著十分廣泛的應用。在社會與經濟不斷發(fā)展進步的時代背景下，甲醇相關產業(yè)的發(fā)展也變得越來越好。本文主要是從以下兩方面研究了當代低壓甲醇生產技術的情況，一方面是低壓甲醇生產技術的應用，另一方面則是低壓甲醇生產技術的新進展以及合成甲醇新設備的開發(fā)。

關鍵詞：低壓；甲醇生產技術；應用；發(fā)展

中圖分類號：TQ223.121 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）15-0289-02

1 引 言

對于工業(yè)上的甲醇生產工藝來說，其一般采用的方法是碳氧化物加氫合成，反應方程式如下所示：

CO+2H2=CH3OH

CO2+3H2=CH3OH+H2O

為了能夠進一步加快反應進行的速率，工業(yè)上采取的措施通常是加壓、催化的方法。在60年代之前，合成甲醇的反應是高壓法，使用到的合成壓力一般為32MPa，使用的催化劑種類為鋅-鉻氧化系列的物質。

生成甲醇的時候如果選用的方法是高壓法的話，存在以下兩方面比較嚴重的危害：①高壓法會消耗非常多的能量；②在粗甲醇中一般會含有比較多的雜質，而在雜質含量比較高的情況下，原料的利用率就會相應的降低。

生產甲醇的過程是一個比較大型的有機類化工產品生產的過程，因此對生產甲醇的技術進行改進又優(yōu)化是十分重要的事。除此之外，在石油資源不斷減少的實際現(xiàn)狀下，因為石油價格的不斷上漲而使得低壓甲醇技術的推廣變得更加容易與迫切。

與高壓法不同，低壓法合成甲醇的生產過程中，生產壓力只需要在5～10MPa范圍內就行，與此同時，低壓法生產甲醇的工藝中，將鋅-鉻催化劑換成了銅系催化劑，這種做法可以在很大程度上降低能耗以及對原材料消耗的同時，大幅度的提高生產出甲醇產品的質量，也就是說，低壓法生產甲醇可以完美的解決高壓法生產甲醇所帶來的危害。

縱觀甲醇的生產以及加工工藝的整個發(fā)展過程，可以發(fā)現(xiàn)低壓甲醇生產技術的出現(xiàn)是一件具有十分重要意義的事情。從低壓甲醇生產技術開發(fā)出來之后，該生產技術就在全球范圍內得到了十分普遍的應用，蓬勃的興建了一大批擁有先進的生產技術、非常大規(guī)模以及很低的能耗等特點的甲醇生產工廠，并且在甲醇生產技術的發(fā)展過程中，高壓生產法逐漸被低壓生產方法取代。特別是在近幾年，人們生活水平的提高以及社會發(fā)展的不斷加快，使得人們對于石油的需求明顯增大。此外，人們對于生活質量的要求也越來越高，在這種情況下，甲醇的生產工藝越來越向節(jié)能化以及大型化方向發(fā)展，并且經過發(fā)展已經取得了一系列的成績。至此，低壓甲醇生產工藝的發(fā)展真正進入到了現(xiàn)代化工技術的范圍內。

2 低壓甲醇生產技術的應用

對于我國的甲醇生產行業(yè)來說，其起步在50年代的時候，并且發(fā)展的速度是比較快的，到了70年代的時候每一年生產甲醇的量已經達到了30萬t。到20世紀80年代的時候，我國生產甲醇的裝置已經達到了50多套，其中一直堅持生產的大約有30多家工廠，可以達到70～80%的開工率。甲醇生產相關裝置在世界范圍內的總能力在逐年的增加，并且逐漸取得了一個比較大的規(guī)模，但是其發(fā)展的動力也是不容小覷，增長速度也保持在逐年增加的水平上。

現(xiàn)階段而言，我國生產甲醇的裝置規(guī)模相較而言還是比較小的，生產甲醇規(guī)模比較大，且能夠保持在10萬t年產量的公司主要有：①四川維尼綸廠；②齊魯第二化肥廠；③上海吳徑化工廠等。也就是說，雖然我國生產甲醇的產量是在逐年增加的，但是卻依然滿足不了市場對于甲醇的需求量。

已經開發(fā)成功的管殼式低壓甲醇生產技術具有十分顯著的優(yōu)點，主要有以下幾點：①該種生產技術消耗的能量是比較少的；②這種生產技術的投資一般比較少；③這種生產技術所生產出的甲醇質量比較高；④這種生產甲醇的技術多使用的生產設備、生產材料以及使用的催化劑都是由國內提供，讓技術武裝我國工業(yè)生產變成了可能。現(xiàn)階段我國甲醇工業(yè)中有很多的裝置都亟需解決優(yōu)化，并且我國經濟的發(fā)展使得對甲醇的需求量明顯增加，在這種時代背景下，管殼式低壓甲醇技術得到了十分廣闊的應用。

為了能夠獲得更好的經濟利益，節(jié)約裝置更換所需花費的成本，可以選擇在現(xiàn)有的高壓生產甲醇裝置上采用管殼式低壓甲醇技術進行一定程度的改造。例如，在改造某高壓甲醇裝置（使用的原料是重油，年產量為6萬t/年）的時候，需要進行改造的方面主要包括以下幾部分：①現(xiàn)有流程中的原料氣脫硫；②合成氣壓縮機等，除此之外，還應該新增加一個低壓合成的部分。這種做法不僅可以保證收益，而且還能夠在短時間內就可以收益。

3 低壓甲醇生產技術的新進展及合成甲醇新設備的開發(fā)

3.1 低壓甲醇生產技術的新進展

在工業(yè)轉化器中一直存在著熱力學和反應動力學之間如何進行權衡的問題，為了能夠實現(xiàn)對這一問題的有效解決，魯奇公司經過多次研究開發(fā)出了聯(lián)合轉化器。這種聯(lián)合轉化器所使用的反應器類型是水冷式發(fā)生蒸汽反應器，其特點是反應器的出口溫度高達260℃，此外，1/3數量的催化劑就可以達到一半的轉化率，并且因為催化劑自身就可以吸收毒氣，因而減少了有害氣體的產生，從而降低了后期處理廢氣所產生的費用。剩下那一半的轉化場所位于氣冷式反應器，操作的溫度在210～230℃的較低溫度范圍內，因而可以保證催化劑不會因為高溫而失去活性。

甲醇回路循環(huán)是又一次甲醇生產技術上的改進，該想法的提出者是Kvaerner公司。傳統(tǒng)的反應器在處理以下幾種氣體的時候通常是將其循環(huán)到反應器中：一種是沒有反應完全的氣體；還有一種是沒有反應的氣體，在反應器中會依據氣體含氫量的多少對其進行重新分類：含氫量多的氣體被用作轉化爐的燃料；含氫量比較少的成分則被收到轉化管中。這一創(chuàng)新性的設計可以讓反應器在比較低的壓力下進行，從而減少合成甲醇的花費，因為低壓的反應條件使得反應器以及管道等部件的制造可以使用較低造價的材料。

此后，由FWI公司對低壓甲醇生產技術又進行了一次新的改進，就是其所提出的膜法，這一新型的方法在以甲烷作為原料生產甲醇的過程中起到了十分重要的作用。膜法的使用可以不用經過天然氣的轉化過程，因此，該法可以在很大程度上降低投資甲醇生產的費用。傳統(tǒng)天然氣部分的主要作用是通過部分氧化天然氣來制備合成氣，該合成氣的成分主要有以下三種氣體：①氫氣；②二氧化碳氣體；③氮氣。而膜法則是通過富氧空氣的制備來替代純氧從而進行部分氧化。膜法在合成甲醇的過程中只需要串聯(lián)五個反應器就可以實現(xiàn)，因此就不需要循環(huán)過程，進而節(jié)約了很大一部分的空間。膜法現(xiàn)今在實際生產甲醇的工藝中已經取得了良好的效果。

3.2 開發(fā)合成甲醇的新設備

作為化工原料的時候，甲醇可以制備以下幾種化工藥品：①二甲醚；②丙烯；③乙烯。作為能源材料的時候，甲醇可以用來作為汽油燃料。正是因為甲醇的作用越來越廣泛，因而對甲醇的需求量也越來越大，所以說需要不斷的擴大甲醇的生產規(guī)模。不斷提高合成甲醇相關裝置的生產能力可以在很大程度上降低大型生產甲醇裝置的成本。也就是說，在能夠得到比較低成本天然氣的情況下可以選擇建立一些比較大型的合成甲醇裝置。雖然對小型的合成甲醇裝置來說，大型裝置收益比較高，但是大型的合成甲醇裝置卻極其容易受到有關設備規(guī)模的制約，因此，權衡好合成甲醇裝置的大小是十分重要的內容。

4 結束語

綜合上面所說，我們可以知道，對于當代低壓甲醇合成裝置來說，大型的合成甲醇裝置可以在很大程度上減少投資以及生產時候的成本，也就是說，比較大型的合成儀器是日后生產甲醇發(fā)展的方向。不論是國內還是國外，大型的合成甲醇裝置采用的合成塔通常是水冷-氣冷聯(lián)合反應器。原料氣首先反應的部位在氣冷反應器內，通常是將氣冷反應器與水冷反應器通過截面的連接使這兩部分可以通氣，因此必須保證這兩個部件的直徑大小一致，如果不一致的話氣體就會在反應管內受到很大的阻力，在這種情況下，大型低壓恒溫型甲醇合成塔（JW）技術就應運而生了，對于這種技術來說，其本質就是水冷裝置與氣冷裝置結合在一起，運輸水溶液的部位是在管子的內部，而催化劑的安裝部位則是在管的外部。

參考文獻

[1]錢伯章.國內外甲醇市場需求和生產技術發(fā)展[J].化工科技市場，2004，27（2）：1～6.

[2]劉志臣.幾種先進的低壓甲醇生產技術簡介[J].化肥工業(yè)，2008，35（3）：6～10.

[3]劉雪芬.甲醇生產技術及其在石油化工中的應用前景[J].中國石油和化工標準與質量，2016，36（8）：105～106.

收稿日期：2018-4-24

作者簡介：王彥軍（1986-），男，助理工程師，本科，化學工程與工藝專業(yè)，目前是新疆心連心公司（新鄉(xiāng)心連心子公司）二期三聚氰胺項目工藝負責人，擔任甲醇合成項目主項負責人。