天然氣制甲醇工藝流程及其控制研究分析

龍昌強

（中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 572600）

甲醇是常見的化工生產(chǎn)原料的一種，當前在多領域有著廣泛的應用，醫(yī)藥、農(nóng)藥、燃料等化工生產(chǎn)體系中，甲醇均有著廣泛的生產(chǎn)應用，當前隨著全球范圍內(nèi)出現(xiàn)嚴重的能源危機問題，天然氣甲醇的生產(chǎn)制造成為學科領域研究的重點問題。天然氣甲醇生產(chǎn)過程中，重難點問題的解決對生產(chǎn)有著限制作用，工藝問題的處理是天然氣甲醇生產(chǎn)過程中亟待解決的問題。

1 天然氣制甲醇工藝概述

1.1 天然氣制甲醇分析

當前社會建設向著科學化、先進化的方向發(fā)展，石油資源在經(jīng)濟社會發(fā)展中占據(jù)更加重要的作用，但是，當前石油資源短缺的情況仍然十分嚴重，部分石油的價格甚至出現(xiàn)了上升的趨勢，為了滿足當前經(jīng)濟發(fā)展的要求，需要用石油資源作為替代產(chǎn)品。資源開發(fā)的過程中，重視天然氣的利用價值，甲烷作為最主要的天然氣成分之一，在充分了解甲醇提取流程的前提下，提高制備的效率，改善我國能源利用的結構，對于社會長遠發(fā)展具有積極意義。天然氣主要的成分為甲烷，用天然氣制造甲醇，則需要將其進行裂解處理，裂解制取甲醇需要蒸汽轉(zhuǎn)化、催化氧化以及非催化氧化等環(huán)節(jié)，其中蒸汽氧化是首先需要完成的內(nèi)容。在進行工藝處理的過程中，甲烷通過氧化鋅床，將硫物質(zhì)降低到目標水平后，通入一定量的水蒸氣，經(jīng)過加熱轉(zhuǎn)化處理后，向裝有鎳鉬催化劑的絕熱反應器放置，完成反應后，向轉(zhuǎn)化爐中放置來完成后續(xù)反應。甲烷的水蒸氣裂解為一種吸熱的反應程序，為了確保轉(zhuǎn)化能夠持續(xù)進行，需要在爐管間提供一定的熱量，以確保燃料能夠穩(wěn)定燃燒，此為轉(zhuǎn)化反應的關鍵環(huán)節(jié)。因為甲烷的裂解為富氫反應，應該嚴格按照最佳氫碳比例進行配比，以獲得更高的甲醇轉(zhuǎn)化率。

1.2 天然氣制甲醇工藝關鍵影響因素

轉(zhuǎn)化合成的過程中，最主要的影響因素是催化劑積碳問題，氣體中如果高級烴含量更高，則在轉(zhuǎn)化的過程中，很可能會發(fā)生裂解，進而出現(xiàn)催化劑的析碳問題。水碳比能夠通過影響爐管壁的溫度影響甲烷的含量，如果甲烷的裂解析碳速率小于消碳速率，則不會出現(xiàn)析碳問題。如果轉(zhuǎn)化管進口位置的甲烷濃度較高，則轉(zhuǎn)化管出口的溫度維持不變，轉(zhuǎn)化的效率會隨之降低，通過提升轉(zhuǎn)化爐位置的溫度也會提升爐轉(zhuǎn)化效率，靠近頂部燒嘴的位置出現(xiàn)析碳的可能性會更高，將轉(zhuǎn)化爐的溫度控制在合理范圍內(nèi)，便不會出現(xiàn)甲烷裂解析碳的問題。天然氣制甲醇的過程中，首先需要通過加熱裝置進行天然氣的加熱處理，將加熱后的氣體向合成塔裝置處理后，確保其內(nèi)部的甲醇含量維持在55%，在加熱以及合成過程中，產(chǎn)生熱能釋放蒸汽，此蒸汽能夠在天然氣加熱的裝置中利用，作為加熱功能的主要設備。最后，對合成氣體進行冷凝處理，通過冷凝將甲醇分離出來獲得粗甲醇，其他的水分通過反應熱向合成裝置內(nèi)部流入，在合成處理的過程中，會有一些高溫熱蒸汽產(chǎn)生，相關的控制人員通過對此熱蒸汽進行降壓處理，同時與熱蒸汽融合，在熱蒸汽達到一定的標準后，將其放入壓縮機中，在壓縮機的作用下融合。合成過程中，工作人員應該做好各項參數(shù)的控制，各方面條件達到標準要求。

2 工藝流程及其控制分析

2.1 精餾工藝及控制分析

粗甲醇的加熱處理是重要的精餾工藝之一，在進行甲醇加熱的過程中，首先，將其送到預塔中處理，嚴格控制加熱的溫度，使其達到沸點，做好氣液分離處理，分離的液體應該始終維持沸騰的狀態(tài)，因為甲醇屬于輕餾分，主要在塔頂存在，但預塔頂?shù)牧肯鄬^少，為了防止浪費，可以將其作為燃料進行轉(zhuǎn)化處理。在甲醇進入蒸餾塔后，為了確保甲醇的蒸餾工藝成功，需要對各項流程工藝進行完善，降低所消耗的能量，降低生產(chǎn)成本。節(jié)能型的流程主要是將蒸餾塔串聯(lián)處理，因為大部分的甲醇餾出無溫度相對較高，在蒸餾塔上形成熱源，對熱能的利用效率具有重要意義。在蒸餾塔的塔頂冷凝后，能夠生成甲醇產(chǎn)品，這種特殊狀況下，甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量整體較高，可以進一步提升甲醇的生產(chǎn)產(chǎn)量，此過程中，甲醇生產(chǎn)量占總產(chǎn)量的一半以上，通過節(jié)能型蒸餾流程有利于提升甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量以及產(chǎn)量，但同時也會產(chǎn)生廢水。通過萃取水循環(huán)預塔隨后經(jīng)過汽化處理，能夠?qū)Ⅺ}水進行回收利用，實現(xiàn)了廢水零排放的目標。具有較高的節(jié)能型。甲醇精餾處理中重要的工藝環(huán)節(jié)包括多個，實際精餾的過程中，影響甲醇質(zhì)量以及產(chǎn)量的因素較多，包括流量因素、溫度以及壓力因素等，為了防止不良因素導致的影響，確保天然氣甲醇制作具有更高的效率，則需要做好溫度控制，相關人員對參數(shù)進行科學控制，重視取樣檢驗工作，更好地了解甲醇的質(zhì)量。如果條件允許，則需要每天對甲醇進行取樣檢驗，同時做好記錄工作，為了確保甲醇質(zhì)量達標，應該嚴格遵守相關操作的規(guī)程，防止出現(xiàn)各種問題。甲醇進行蒸餾的過程中，嚴格將塔頂?shù)臏囟瓤刂圃诤侠矸秶鷥?nèi)，以提升甲醇的濃度。相較其他國家的甲醇生產(chǎn)制作流程，我國的甲醇企業(yè)規(guī)模相對較小，使得甲醇制備效率受到阻礙，為了更好地控制生產(chǎn)質(zhì)量，應該積極借鑒先進的工藝流程，將反應的壓力控制在一定的區(qū)間，提升甲醇的含量，確保其轉(zhuǎn)化率在60%以上。

2.2 天然氣制甲醇的轉(zhuǎn)化工藝

甲醇生產(chǎn)的過程中，天然氣的制備比例持續(xù)提升，相較發(fā)達國家的80%，我國的天然氣甲醇比例約為35%，因而應該不斷優(yōu)化工藝流程，提升我國天然氣制備的比例，轉(zhuǎn)化工藝作為最關鍵的環(huán)節(jié)，需要做好各參數(shù)的控制，確保天然氣制備甲醇的成功率。通常，天然氣轉(zhuǎn)化分為直接轉(zhuǎn)化以及間接轉(zhuǎn)化兩種，間接轉(zhuǎn)化較為常見，能夠確保良好的轉(zhuǎn)化效果。天然氣制甲醇間接轉(zhuǎn)化的主要原理為蒸汽裂解原理，通過碳氫比進行相應的生產(chǎn)原料的合成。當前隨著科學技術持續(xù)發(fā)展，間接轉(zhuǎn)化的技術也持續(xù)成熟完善，但同時存在一定的缺點，而直接轉(zhuǎn)化法能夠改善制作過程中存在的缺陷，能耗相對較小，節(jié)約了實際操作所消耗的成本。而通過天然氣進行合成氣制備過程中，會出現(xiàn)二氧化碳以及一氧化碳不足的問題，使轉(zhuǎn)化的效率受到影響，為了防止出現(xiàn)這種問題，通過二氧化碳蒸汽轉(zhuǎn)化的方式，在二氧化碳不足的情況下，進行外部供應，以滿足合成氣的需求，還可以通過二段轉(zhuǎn)化法將整個轉(zhuǎn)化過程分為兩段，首先，進行天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化，此為蒸汽催化轉(zhuǎn)化工藝，在轉(zhuǎn)化的過程中，充分考慮催化劑積碳影響因素，合理控制水碳比，水碳比與爐管壁的溫度有密切的關系，通常應該將水碳比嚴格控制在一定范圍內(nèi)，逐漸降低甲烷裂解析碳素率，防止出現(xiàn)析碳現(xiàn)象。還應該合理控制原料的質(zhì)量，確定質(zhì)量范圍，為了確保管壁溫度，則需要控制好天然氣的氧化反應，能夠防止出現(xiàn)甲烷裂解析碳的情況，不斷提升反應溫度，控制所留存的甲烷量，轉(zhuǎn)化過程中，殘留的物質(zhì)完成反應，能夠確保天然氣制取的有效性。對甲醇有效氣體組分的增加具有重要意義。為了確保甲醇制備的有效氣體量，需要做好制備過程中溫度、流量的觀察以及監(jiān)控，如果出現(xiàn)異常的情況，需要及時進行調(diào)整，取樣工作十分關鍵，取樣過程中如果出現(xiàn)相關問題及時上報。如在進行CH4、CO、CO2等取樣，做好樣本的化驗分析，為接下來的制備工作提供參考依據(jù)。

3 結語

當前甲醇的市場供求基本維持平衡狀態(tài)，作為其他下游產(chǎn)品的中間物質(zhì)，甲醇仍然有較高的市場需要。隨著工業(yè)化水平的持續(xù)提升，甲醇的生產(chǎn)技術仍然未能達到社會發(fā)展的要求，自動化程度相對較低，當前國內(nèi)的煤化工程項目基本上依靠國外的技術以及設備完成生產(chǎn)，我國自主研發(fā)能力有待提升，為了更好地提升生產(chǎn)效能，節(jié)約能源資源，滿足甲醇生產(chǎn)工藝的技術要求，需要積極引進國內(nèi)外的先進工藝技術，根據(jù)本土的情況，對生產(chǎn)工藝進行進一步的改進優(yōu)化，將投資的耗損值降低，切實提升生產(chǎn)效率。