截止到2010年, 我國已邁入世界甲醇生產大國的行列, 同時也是甲醇原料消耗大國。國內的甲醇產量和使用量都已成為世界第一。作為一種基礎的化工材料, 甲醇的應用十分廣泛。尤其隨著現代化工產業、材料產業和汽車工業的不斷發展, 甲醇在化工原料、新型材料以及可替代性能源方面表現出較大的優勢。
從發展歷程上來說, 我國的甲醇工業起源于上世紀60年代, 這一階段中主要利用國外技術進行摸索, 在上世紀70年代實現了合成氨聯產甲醇的自主工藝, 隨后在市場經濟體制下繁榮發展;“十二五”期間我國明確了甲醇燃料的戰略地位, 產品的生產從研發型進入集約型, 即在追求高產量、高品質和高效益的同時, 開始關注節能、減排等需求。
1 我國甲醇合成工藝現狀分析
20世紀30年代, 德國最先開始甲醇工藝的研究開發, 通過高壓、高溫和催化劑共同作用, 實現甲醇的工業化量級生產。這其中催化劑扮演了重要的角色。催化劑本身作為一種材料, 是整個工藝思想中變化性最大的, 也是提升空間最大的。這一工藝思想至今仍在沿用, 并且取得了較大進步。
可以說, 甲醇合成工藝流程的類型雖然很多, 但是新工藝的出現和發展, 必然是伴隨著催化劑的研發新技術產生的。從早期的鋅鉻催化劑到目前的高活性銅基催化劑, 均成為甲醇合成工藝的主要推動因素。
我國的甲醇合成工藝發展起步較晚, 但發展很快。這得益于近現代工業發展的廣泛性。隨著國內逐步開始大型甲醇生產規模建設, 為了實現增產、節能、減耗的目的, 中壓合成甲醇工藝開始逐漸完善, 并形成了代替低壓合成工藝的態勢。
這一現狀的出現與生產規模擴大以及工業設備聯動性有關。如果依然采用低壓設備, 那么必然無法滿足其他聯動設備的管道需求, 要實現最終需求, 就必須增加輔助設備, 而這必然導致新的投資。
甲醇合成工藝的發展促使生產設備的大型化。目前國際上已經出現年產100萬噸以上的大型聯合生產設備, 并且大多采用的是中、低壓合成工藝, 如ICI低壓合成法、魯奇中壓合成法等;我國從上世紀90年代以來不斷提升甲醇的合成技術和產量, 在增產、節能、減耗發展思路的指導下, 年產100萬噸以上的甲醇合成工藝生產線已經形成。
2 甲醇合成工藝工程優化改造
結合煤制甲醇的特點, 在進行工藝優化改造方面, 可以從以下內容入手。
2.1 制氧工藝
深冷法制氧工藝的應用, 是國內大型甲醇合成工藝體系不可或缺的組成部分, 它可以大大減少系統的電能消耗。
2.2 變換流程
所謂“變換流程”主要指的是帶飽和熱水塔的全低溫變換流程, 這其中, 用四段變換流程生成合成氨, 其中三段用來生成甲醇。
2.3 吸附脫碳
利用吸附脫碳技術可以提高自動化程度, 其優點主要是成本低、經濟效益高, 促使一氧化碳的得收率維持在90%以上, 氫的回收率達到98%以上。但缺點也較為明顯, 有效氣體的損失量較大, 比化學吸收法高出10個百分點。
2.4 中壓合成
國產的GC型號水冷折流反應器需要經過改造, 增加閥門抗壓設備, 提升反應罐的抗壓性能, 有效提升至0.8-1.5MPa, 既可以減少二次投資, 也可以實現甲醇量產提升;尤其在利用中壓合成的手段之后, 甲醇的質量可以得到較好的保障, 純度提升, 減少凈化環境出現的不利因素。
3 甲醇合成工藝研究發展趨勢
科學技術的不斷發展并在工業領域廣泛應用, 為甲醇合成工藝提供了較大的提升空間。在應用方面所取得的成果, 可以反過來調整甲醇合成工藝的缺陷。但值得一提的是, 甲醇合成工藝工程在優化過程中, 受到較為明顯的熱力學平衡限制, 只能在有效的范圍內實現轉化率的提高。事實上, 從上世紀60年代至今, 甲醇氣相合成工藝在催化劑、反應器、凈化系統等方面得到了較大的發展, 但在其他領域基本沒有什么變化, 或成果很小。
從未來的發展格局來看, 液相甲醇合成技術將取代氣相甲醇合成技術。一方面, 得益于液相甲醇合成技術的先進性, 反應設備簡單、成本低、便于操作, 另一方面, 液相甲醇合成技術的安全性較高, 在工藝流程控制方面具有很好的輔助系統融合性。
甲醇新工藝的研究是影響未來工業發展的重要課題, 我國現階段不僅要努力提升單位系統的產能, 同時也要在新工藝方面確定重點, 鞏固甲醇合成節能流程以及催化劑方面的科研。同時, 液相甲醇工藝需要使用到固定床、動態床技術, 這也是研究的重點。
摘要：甲醇是一種重要的基礎化工原料, 被廣泛應用在燃料、塑料、涂料、醫藥以及人工合成橡膠領域。我國主要以煤炭作為甲醇的生產原料, 煤制甲醇工藝的研發也是當前和未來一定時期內的技術研究重點。本文以下通過對甲醇合成工藝在增產、節能、減耗等方面的工程分析, 提出工程實踐應用建議。
關鍵詞：甲醇合成,工藝研究,增產節能,工程實踐,工程分析
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