甲醇合成工艺的现状及其技术特点研究

摘要：目前已知的能源中，我国的煤矿资源较为丰富，因此若要缓解能源紧缺的情况，要大力发展煤化工。煤化工的关键技术之一就是甲醇合成技术，我国煤制甲醇的工艺基本上已经实现国产化，但是我国的甲醇合成技术存在投资大、消耗高、污染高等问题。因此，如何发展节能环保的甲醇合成技术已经成为当前煤化工产业亟待解决的问题。文章从甲醇合成工艺的现状进行研究，以供业内人士参考借鉴。

关键词：甲醇合成工艺；技术特点；煤矿资源；煤化工产业；能源紧缺

中图分类号：TQ223 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）33-0082-02

1 常见甲醇合成工艺现状及其技术特点

1.1 甲醇的发展现状

甲醇在我国的发展最早开始于1957年，经过几十年的发展，我国陕西榆林天然气公司、上海焦化有限公司等地拥有甲醇生产装置的生产能力达到200kt/a，除此之外，苏里格天然气化工股份有限公司还有用一套生产180kt/a的甲醇生产装置。随着甲醇生产技术的发展，我国甲醇生产技术越来越高，生产工艺逐步成熟，生产规模渐渐扩大，特别是现如今的甲醇柴油、汽油等的出现成为一种经济、技术的代用燃料。在1998～2005年之间，尽管我国的甲醇总产量会平均增长19.8%，但是我国甲醇生产装置生产效率不高。从2003年开始，整个甲醇市场逐步走高，因此导致了对甲醇需求的增加，甲醇的价格也逐步提高。但是我国的甲醇生产技术存在许多问题，除了甲醇生产成本高之外，还有甲醇生产装置的规模较小、缺乏市场竞争力等，由此造成了甲醇的开工不足。现如今，甲醇生产已经成为我国重点发展工业，着重对大型甲醇项目进行建设，据统计我国甲醇在建项目的生产能力已经达到10000kt/a以上。

1.2 甲醇的合成方法

目前国内外大规模工业生产甲醇的方法主要有高压法（德国巴斯夫公司）、节能型低压法（丹麦托普索公司）、MGC低压法（日本三菱瓦斯化学公司）、中压法、低压法（德国鲁奇公司及美国卜内门公司）。我国目前来说，引进装置大多采用低压法，小规模甲醇生产装置则主要采用高压法。低压法与高压法相比，具有设备费用低、产品纯度高、操作费用低、能量消耗少的优点。所以，在国内采用低压法生产甲醇的企业较多，且还改进了催化剂的性能，取得了较好的发展。

1.2.1 鲁奇渣油联醇法。甲醇生产方法中的鲁奇渣油联醇法是一种较为成熟的生产技术，它的最大特点就是能够将能源进行最大程度的利用，且热利用率较高。在我国，齐鲁石化公司的甲醇生产采用的正是鲁奇渣油联醇法。

1.2.2 中压法。中压法在工艺过程上与低压法几乎是相同的，区别就在于其在综合指标和投资费用上都要略高于低压法，目前来看，日本三菱瓦斯化学公司、丹麦托普索公司目前都已经在中压法方面取得了较大的进步。

1.2.3 ICI低压法。ICI低压法是当前世界甲醇生产工业所大量被采用的生产方法，这种甲醇生产方法不仅操作可靠，且生产出的产品纯度很高。其生产过程主要为精馏、合成、脱硫、压缩、转化，可以充分利用反应热。

1.2.4 德国巴斯夫公司的高压法。德国巴斯夫公司的高压法曾经是最早实现甲醇大规模生产的方法，但是这种生产方法消耗大、操作条件要求较高、成本高，现阶段渐渐被低压法、中压法所替代。

1.3 固定床甲醇合成工艺

1.3.1 轴向反应器甲醇合成工艺。甲醇合成工艺中的轴向反应器至今仍是在世界范围内被应用最多的甲醇合成技术，这项合成技术对煤质的适应性较好，稳定性能较强。近些年，全球各国为了降低能耗，提高甲醇生产效益，纷纷对轴向反应器进行了升级改造，以顺应当前时代的发展。而我国亦是在轴向反应器方面研究较多，当前我国最常见的改造轴向反应器的方法是增设冷管式与复产蒸汽合成塔，这样可以降低消耗，提高煤转化率，进而提高甲醇的产量。

1.3.2 径向反应器的甲醇合成工艺。甲醇合成工艺中的径向反应器具有消耗低、转化率高以及产量大的特点。现如今，这项甲醇合成技术已经成为我国甲醇合成技术的研究热点之一。首先大型径向反应器的建设有助于提高产业效益，使其向规模化发展。其次，我国的径向反应器不能只依赖进口，此项技术的发展有助于我国甲醇合成技术的发展进步。目前，我国关于径向反应器的主要研究方向为提升径向反应器化学反应与催化剂的效能。

1.4 浆态床甲醇合成技术

浆态床甲醇合成技术具有可操作性强、对合成气适应性好的优点，同时还解决了固态床在高浓度催化剂与高气速操作条件下存在的性能不稳以及出产量不足的缺陷。这种甲醇合成技术发源于美国，现阶段这种技术在我国的研究较少，处在初步应用阶段。

2 热点领域与新技术

2.1 滴流床甲醇合成工艺

固定床、浆态床的优点都可以在滴流床甲醇反应器上体现出来，滴流床甲醇合成工艺中的液体与气体均匀分布在催化剂颗粒中，液体与气体可以自上而下地运动，形成固体层，这样可以提高产出效率。现阶段，持液量的控制、加氢以及降压等环节是我国研究滴流床甲醇反应器的主要方向，由于其温差小，转化及合成率高，因此成为甲醇合成工艺中较为理想的一种。

2.2 超临界相介质工艺

现阶段一种新的甲醇合成技术出现，这种新技术主要是通过克服不同性质之间的传递阻力来降低消耗，提高甲醇转化率、反应效率以及充分性，由于是在超临界状态下进行甲醇合成的，这种技术被称为超临界相介质甲醇合成工艺。这种甲醇合成技术最大的特别之处在于可以利用有机溶剂，降低温度，提高催化效率，降低能源的消耗。超临界相介质中的甲醇合成研究在我国开展的时间较早，经过发展积累了一定的经验技术，这种技术早期被应用在浆态床的技术改进上。现阶段，超临界相介质甲醇合成工艺的研究主要在气液性质、超临界流体、超临界二氧化碳介质等方面。

2.3 膜反应工艺

关于膜反应的甲醇合成工艺在国外已经有了较多的研究，采用膜反应工艺可以提高反应速度，提高转化率且可控性较好。而我国的膜反应甲醇合成工艺方面的研究主要是在膜反应器设计以及膜材料的制备上，这种技术在我国大规模使用还需要一段时间。膜反应的甲醇合成工艺相比较超临界质工艺，具有更强的操作性，是在膜反应基础上发展起来的，主要包括两种技术原理：一种是通过置密膜，控制氢气通过量，提高催化剂作用效率，最终使反应器达到最佳反应状态，降低损耗，提高产出率；另一种是通过将产物及时转出，以降低产物对反应器的影响，维持反应器内部化学平衡达到最佳状态，提高产出率。

2.4 其他工艺

甲醇的其他生产技术主要包括整体煤气化联合循环系统、多联产系统、放热反应与能源密集型的吸热反应耦合系统、制气系统与传统甲醇循环耦合系统等。从这些技术可以看出工艺耦合、技术集成、绿色节能、巨型化是未来甲醇合成工艺发展的一个新趋势。

3 结语

现如今，甲醇合成已经成为煤化工的关键技术之一。但是在我国，甲醇合成设备较为落后，没有及时进行设备的更新。目前，我国为了提高甲醇合成效率，减少污染，降低消耗，已经着手推进煤化工企业现行的甲醇合成技术。智能化控制以及节约化补充设计是甲醇合成技术主要需要改进的两项技术。智能化设计主要是为了实现甲醇合成的全程控制，保证精确生产、降低消耗、提高转化率。而节约化设计是为了节约电能、煤炭资源，将甲醇合成运行过程中的消耗降低。因此，提升改造传统甲醇合成技术，创新发展现代甲醇合成工艺是今后煤化工企业主要研究发展的方向。

参考文献

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[4] 贾让平，杨家彬，李生辉.甲醇合成的影响因素[J].化学工程与装备，2013，42（9）.

作者简介：吕海平（1976-），男，山西临汾人，山西焦化股份有限公司无机工程助理工程师，注册安全工程师，研究方向：电子技术。