補碳工藝在甲醇生產工藝優(yōu)化中的應用

摘 要：化工行業(yè)是國家經濟發(fā)展與人民生活的重要基礎，甲醇是工業(yè)生產中的一種重要的基礎性物料，做好甲醇的生產對于提高化工生產的效率、經濟效益有著十分重要的意義。做好對于甲醇生產中的工藝進行改進、優(yōu)化，做好補碳技術在甲醇生產中的應用，能夠有效的降低甲醇生產過程中的氫氣排放量、提高了生產甲醇的濃度，從而降低了單位甲醇生產對天然氣等能源的消耗量。通過對甲醇生產工藝進行改進，在實現(xiàn)對于甲醇生產過程中工廠排放廢氣回收利用的同時，減少了甲醇生產的廢氣排放量，在實現(xiàn)了甲醇生產的節(jié)能與環(huán)保的同時提高了企業(yè)生產的經濟效率。

關鍵詞：甲醇生產；工藝優(yōu)化；節(jié)能環(huán)保；經濟效益

前言

甲醇作為化工生產中的最基本的有機原料之一，其能夠在甲醛、醋酸等有機品的生產與農藥制備與醫(yī)藥的生產中發(fā)揮著巨大的作用。但是甲醇在生產的過程中也伴隨著巨大的能源消耗與有害氣體的排放，在經濟全球化與環(huán)保全球化的今天，做好甲醇生產工藝的優(yōu)化，降低甲醇生產過程中對于能源的消耗與溫室氣體的排放量，促進低碳環(huán)保是現(xiàn)今乃至今后一段時間內化工工程發(fā)展的重點。文章將在分析甲醇生產工藝的基礎上對如何實現(xiàn)甲醇生產工藝的優(yōu)化，實現(xiàn)低碳環(huán)保進行分析與闡述。

1 甲醇生產工藝簡介

甲醇是化工生產中的重要的化工原料，在甲醇的生產過程中主要是通過對天然氣進行轉化來實現(xiàn)甲醇的生產。現(xiàn)今，在國內通過對天然氣進行轉化來實現(xiàn)甲醇的制備的形式眾多、繁雜，歸結來說，這些天然氣的轉化工藝可以分為：一段蒸汽轉化法、兩段轉化法和換熱式轉化三種方法。在這些方法中，一段蒸汽轉化法的后續(xù)工藝可以分為補碳和不補碳兩種，當采用補碳工藝時，對于補碳的時間選在轉化前或是轉化后都可以，但是需要有相應的生產流程與其相匹配，不同的補碳時間使得天然氣的轉化工藝流程有所差異。對于天然氣轉化過程中采用補碳生產流程的，通過對甲醇生產的設備條件和生產系統(tǒng)進行相應的改進，利用化工廠尾氣完成轉化前的補碳操作，在實現(xiàn)降低廢氣排放量的同時，減少了甲醇轉化所需消耗的天然氣的用量；在提高甲醇生產企業(yè)生產效率的同時，減少了溫室氣體和天然氣的消耗量，實現(xiàn)企業(yè)的節(jié)能環(huán)保和經濟增效。

2 甲醇生產中的一段蒸汽轉化法的生產原理

甲醇生產制備過程中采用一段蒸汽轉化法的原理如下：在天然氣轉化的過程中，一部分的一氧化碳和水蒸氣會產生化學反應而轉化為CO2和H2，在這一反應過程中，CO2的生成速率要遠低于天然氣轉化為CO和H2O的速率，因此，在天然氣轉化的過程中會存在著大量的氫氣，這些氫氣的量遠遠多于甲醇制備所需要的量。通過對甲醇生產過程中進行抽樣分析后發(fā)現(xiàn)，每生產1t甲醇將會產生約1000m3的H2，這些生產出來的H2在生產回路中不斷循環(huán)堆積既影響效率又對生產安全造成不小的隱患，生產回路中大量的H2堆積將會使得回路中的生產有效氣體的濃度大幅下降，導致甲醇合成系統(tǒng)回路的規(guī)模大幅增加，從而使得回路中循環(huán)氣壓縮所消耗的能量大幅增加，氫氣則僅僅作為轉化爐的燃料進行燃燒消耗，使得大力的氫氣被白白浪費。為提高甲醇的經濟效益并實現(xiàn)甲醇生產過程中的節(jié)能環(huán)保，需要對甲醇制備過程中的有效氣體的排放與回收利用進行充分的考慮。通過對生產過程中所產生的多余的氫氣進行回收再利用，同時補充入生產所需的CO2可以使得甲醇的生產制備過程得以繼續(xù)進行，從而可以有效的提高甲醇的的產量和降低天然氣的消耗量。

3 甲醇生產工藝中的優(yōu)化方案分析

3.1 甲醇生產工藝優(yōu)化的整體設計思想

通過對甲醇一段蒸汽轉化法的生產過程進行分析后發(fā)現(xiàn)，為提高甲醇的生產效率，降低天然氣和溫室氣體的排放，關鍵在于要解決好甲醇生產設備中存在于循環(huán)管路中的，多余H2問題。解決生產過程中的多余H2存在著以下兩種思路：（1）對甲醇生產過程中所存在的多余的H2進行分離、提純，而后將這些H2用作其他化工產品的原料或是燃料。（2）可以通過在生產系統(tǒng)中進行補碳作用，從而使得生產系統(tǒng)中多余的H2能夠再次進行化學反應，使得甲醇的生產量大幅增加。

對甲醇生產制備過程中進行補碳作業(yè)的方法主要有：（1）對甲醇在生產制備中所排放的CO2尾氣進行收集、提純，并將其重新補入到甲醇的生產環(huán)節(jié)中。（2）對甲醇制備過程中煙道中的尾氣進行脫碳，并繼續(xù)補充一定量的天然氣，使得兩者能夠一同參與到甲醇的生產制備過程中。（3）通過使用兩段轉化法來對甲醇生產過程進行補碳操作，可以對二段部分所產生的CO2進行收集、保留，從而提高碳元素在轉化其中的含有量。對甲醇制備過程中進行補碳作業(yè)時選擇何種補碳方式，需要結合甲醇生產企業(yè)的實際生產情況進行判斷來決定。例如，某一甲醇生產企業(yè)補碳作業(yè)中使用的是甲醇化工廠中所排放的大量廢棄溫室氣體，在補碳方式中選擇一段蒸汽轉變法補碳工藝為宜。

3.2 甲醇生產工藝的流程優(yōu)化分析

當使用一段蒸汽轉化法來進行甲醇生產時，其生產工藝流程如下：首先對甲醇生產的基礎性原料天然氣進行提純凈化。其次將凈化完成的天然氣與生產排放回收的提純CO2氣體相混合，使得兩者一同進入到飽和塔中，并在轉化爐中完成轉化。最后對轉化完成的氣體進行壓縮處理，從而使得甲醇合成和壓縮的流程能夠有效的結合，完成甲醇合成后繼續(xù)通過三塔流程完成對于甲醇的精餾、提純，從而得到精純的甲醇產品。

3.3 做好甲醇生產過程中的補碳

通過對甲醇制備過程進行一定的改造，采用輻射加熱的方式完成補碳，對CO2進行補充來減少甲醇在生產過程中對于天然氣的需求量，降低生產成本。優(yōu)化后的甲醇生產流程如下：首先完成對于生產所需要天然氣進行加氫和脫碳提純。其次對完成處理后的天然氣與回收凈化的CO2混合氣一同送入到飽和塔中進行生產轉化。再次將合成轉化的氣體送入到一段蒸汽轉化爐中，在轉化爐中完成甲醇生產的補碳作業(yè)，經過一番混合轉化，天然氣已經變成了CO2、H2和CO的混合物。并對混合物氣體做好抽樣分析，對混合氣中各成分的含油率進行一定的調整，使其更適合與后續(xù)的合成生產，調整后的數(shù)值應當控制在2.05～2.1之間。最后將調整到位的混合氣送入到甲醇合成塔中進行甲醇的合成，對一段蒸汽轉化爐中所產生的反應氣體進行冷卻處理后導入到壓縮機組中，對H2回收利用后將剩余的氣體作為甲醇生產所需要的燃料使用，對于生產出來的甲醇需要繼續(xù)通過甲醇精餾裝置進行提純，最終得到生產所需要的精甲醇制品。

3.4 甲醇生產工藝優(yōu)化后的效果評估

通過對改造后的甲醇生產流程進行統(tǒng)計分析后發(fā)現(xiàn)，生產單位甲醇所需要的天然氣、廢氣排放量等都有不同程度的降低，以生產中所需要的天然氣為例，補碳改造后甲醇生產所需的天然氣由原先的1000m3降低到890m3，極大的降低企業(yè)的生產成本；補碳改造后，甲醇生產過程中的CO2和CO的轉化比提高到了2.2，從而使得循環(huán)管路中的H2的利用效率大幅提升，減少了甲醇生產中的溫室氣體的排放，使得整個甲醇制備更為節(jié)能、環(huán)保。

4 結束語

甲醇是重要的化工生產原料，在競爭日益激烈、人民環(huán)保意識不斷加強的今天，通過對甲醇生產流程進行改進優(yōu)化，在提高天氣利用率的基礎上減少了溫室氣體的排放，促進了化工生產的節(jié)能環(huán)保。

參考文獻

[1]徐華銀，劉會楨.前補碳工藝在甲醇生產中的節(jié)能減排作用[J].石油和化工節(jié)能，2011，1.

[2]楊小艷.天然氣蒸汽轉化制甲醇裝置節(jié)能改造設計[J].化肥設計，2003，4.

[3]杜戰(zhàn)勝.基于低碳經濟的甲醇廠生產工藝優(yōu)化方案分析[J].化工技術，2013，4.