天然氣制乙二醇工藝技術(shù)比較及經(jīng)濟(jì)性分析

黃智慧

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乙二醇是一種重要的化學(xué)基礎(chǔ)材料，廣泛用于聚酯和防凍的生產(chǎn)。隨著服裝行業(yè)合成纖維和下游產(chǎn)品的擴(kuò)散，全世界對聚酯的需求急劇增加，導(dǎo)致乙二醇作為基本化學(xué)原料的需求迅速增加。

1 天然氣制乙二醇的方法概述

從天然氣中生產(chǎn)乙二醇有多種方法。基于氣體生產(chǎn)條件、氣體生產(chǎn)過程的控制管理、適合企業(yè)特點(diǎn)的工藝優(yōu)化、天然氣運(yùn)行對能耗技術(shù)要求的滿足以及工藝的優(yōu)化。甲醇、甲醛和合成乙二醇。從天然氣制備乙二醇的每一個(gè)過程都有自己的特點(diǎn)。生產(chǎn)目標(biāo)只能通過多種催化劑來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)催化劑的選擇和生產(chǎn)，進(jìn)行工藝優(yōu)化，選擇合適的設(shè)備，例如各種化床反應(yīng)器的應(yīng)用、冷卻塔的使用等，通過定期檢查和維護(hù)設(shè)施，提高燃?xì)怆A段生產(chǎn)的安全性。優(yōu)化乙二醇生產(chǎn)是通過利用工藝優(yōu)化乙二醇生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)的。合理設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)和技術(shù)措施，優(yōu)化催化劑的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。最佳做法應(yīng)研究催化劑體系的價(jià)格和性能、生產(chǎn)過程的安全控制、氣體生產(chǎn)和化學(xué)加工的安全性能以及乙二醇的最佳性能。

2 天然氣制乙二醇的工藝

為了優(yōu)化乙二醇的生產(chǎn)方法，氫和一氧化碳可以用作生產(chǎn)和加工的原料，天然氣可以凈化其組分。然后，合成可以增加合成氣體中的一氧化碳含量，降低合成氣體中的氮含量，避免對乙二環(huán)的生產(chǎn)過程產(chǎn)生不利影響。為了增加合成氣體中的一氧化碳含量，可以通過二氧化碳?xì)涮幚怼⒍趸己图淄楹铣伞烟烊粴夂退魵廪D(zhuǎn)化為二氧化碳的方法產(chǎn)生了高度純凈一氧化碳，從而產(chǎn)生了合格的乙二醇。

（1）甲醇和甲醛合成乙二醇。甲醇或甲醛首先合成天然氣，然后產(chǎn)生乙二醇。甲醛可以羥化得到乙二醇。甲醛和一氧化碳被用作生產(chǎn)酸的原料——高溫、高壓和催化劑作用下的酒精。然后對甲醇進(jìn)行酯化處理，得到甲醇，最終產(chǎn)品乙二醇經(jīng)過催化劑處理。首先，乙醇的羥化生產(chǎn)。在催化劑作用下，羥基乙醛生產(chǎn)。最后，氫得到乙二醇，才能獲得必要的化學(xué)品，促進(jìn)正常的化學(xué)反應(yīng)，并獲得最終產(chǎn)品乙二醇。

（2）合成乙烯。合成乙烯是從天然氣中生產(chǎn)乙烯，然后從乙烯氧化物中生產(chǎn)乙二醇。合成乙烯有多種方法。根據(jù)天然氣化學(xué)技術(shù)的需要，采用優(yōu)化方法合成乙烯，實(shí)現(xiàn)乙二醇高產(chǎn)，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)和加工條件。從天然氣中合成甲烷中的乙烯。甲烷利用催化耦合技術(shù)生產(chǎn)乙烯的成本低于石腦油，具有良好的發(fā)展前景。天然氣也可以氧化產(chǎn)生甲烷，然后可用于生產(chǎn)乙烯。同時(shí)，天然氣可以轉(zhuǎn)化為合成氣體和甲醇生產(chǎn)乙烯。將天然氣轉(zhuǎn)化為合成氣體和乙烯，或?qū)⑻烊粴廪D(zhuǎn)化為合成氣體和乙醇，然后生產(chǎn)乙醇產(chǎn)品。生產(chǎn)中采用了流化床反應(yīng)器和流體反應(yīng)器來再生所用催化劑，降低乙醇生產(chǎn)成本，改進(jìn)技術(shù)規(guī)范，滿足生產(chǎn)需求。

（3）乙二醇合成氣體。天然氣被用作生產(chǎn)乙二醇的原料，所需要的產(chǎn)品是多級合成的。一步合成乙二醇合成氣的生產(chǎn)工藝和催化劑體系的優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)天然氣化學(xué)生產(chǎn)的目標(biāo)。通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究，優(yōu)化催化劑的使用，避免天然氣化學(xué)生產(chǎn)壓力過高和失控，從而造成安全隱患，導(dǎo)致安全事故。也可以選擇合成氣合成乙二醇的方法，最終通過多步合成工藝和技術(shù)措施獲得合格的乙二醇產(chǎn)品。就像草鹽一樣在合成方法中，草酸鹽是通過一氧化碳和乙醇反應(yīng)得到的，乙二醇是通過氫裂解得到的。

3 天然氣制乙二醇工藝對比分析

天然氣乙二醇生產(chǎn)工藝的優(yōu)缺點(diǎn)：天然氣乙烯的最佳生產(chǎn)方法是催化水合乙烯氧化物。天然氣乙烯有兩個(gè)主要軸線：第一個(gè)路徑：一步合成路線。將天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化為合成氣體，然后按合成氣體合成乙二醇。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是催化劑。目前，美國和日本的許多公司都在開發(fā)這種技術(shù)，但很難長期實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。第2路徑：氣-甲醇路線：利用蒸汽轉(zhuǎn)化生產(chǎn)合成氣體，然后生產(chǎn)甲醇，烯烴（MTO）途徑得到乙烯。例如，某能源公司2018年成功實(shí)施了甲醇制烯烴生產(chǎn)項(xiàng)目，年產(chǎn)量180萬噸。然而，天然氣-甲醇-合成天然氣乙烯消耗大量能源，催化劑價(jià)格昂貴。同時(shí)，反應(yīng)必須在壓力貯器內(nèi)進(jìn)行。考慮到成本節(jié)約，成本很高。因此采用天然氣直接制備乙二醇可以有效降低成本和資本投資。天然氣直接生產(chǎn)乙二醇主要包括天然氣草酸酯法、直接合成路線、甲醛醛縮合法、甲醛氫甲酰化法和天甲醛羰化法。目前工業(yè)生產(chǎn)中只有草酸酯法。天然氣的直接合成途徑具有挑戰(zhàn)性，尚未獲得適合工業(yè)生產(chǎn)的催化劑。然而，由于設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、轉(zhuǎn)化率低和催化劑不穩(wěn)定等缺陷，天然氣甲醛路線仍處于研究階段。

4 天然氣制乙二醇工藝經(jīng)濟(jì)性分析

由相關(guān)資料可知，天然氣催化水合制乙二醇和環(huán)氧乙烷工藝裝置估算成本為7226元/噸。2018年7月天然氣草酸鹽-乙二醇工藝裝置估算成本為4339.2元，乙二醇價(jià)格為7480元/噸，天然氣草酸鹽工藝有經(jīng)濟(jì)效益。天然氣和環(huán)氧乙烷催化水合制乙二醇的成本很高，主要原因是蒸汽消耗。合成氣乙二醇生產(chǎn)工段的能源和催化劑投入在制備乙二醇的過程中，會(huì)損失少量的天然氣，產(chǎn)品回收階段需要采用模壓蒸餾工藝脫水，草酸酯法更經(jīng)濟(jì)合理。

面對我國石油資源短缺，煤制乙二醇產(chǎn)品質(zhì)量低劣、不穩(wěn)定的現(xiàn)狀，發(fā)展天然氣工業(yè)，因地制宜地對乙二醇進(jìn)行改性，不僅可以獲得高質(zhì)量的乙二醇產(chǎn)品，但它也具有廣闊的發(fā)展前景和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。