天然气制甲醇工艺流程及其控制研究分析

龙昌强

（中海石油建滔化工有限公司，海南 东方 572600）

甲醇是常见的化工生产原料的一种，当前在多领域有着广泛的应用，医药、农药、燃料等化工生产体系中，甲醇均有着广泛的生产应用，当前随着全球范围内出现严重的能源危机问题，天然气甲醇的生产制造成为学科领域研究的重点问题。天然气甲醇生产过程中，重难点问题的解决对生产有着限制作用，工艺问题的处理是天然气甲醇生产过程中亟待解决的问题。

1 天然气制甲醇工艺概述

1.1 天然气制甲醇分析

当前社会建设向着科学化、先进化的方向发展，石油资源在经济社会发展中占据更加重要的作用，但是，当前石油资源短缺的情况仍然十分严重，部分石油的价格甚至出现了上升的趋势，为了满足当前经济发展的要求，需要用石油资源作为替代产品。资源开发的过程中，重视天然气的利用价值，甲烷作为最主要的天然气成分之一，在充分了解甲醇提取流程的前提下，提高制备的效率，改善我国能源利用的结构，对于社会长远发展具有积极意义。天然气主要的成分为甲烷，用天然气制造甲醇，则需要将其进行裂解处理，裂解制取甲醇需要蒸汽转化、催化氧化以及非催化氧化等环节，其中蒸汽氧化是首先需要完成的内容。在进行工艺处理的过程中，甲烷通过氧化锌床，将硫物质降低到目标水平后，通入一定量的水蒸气，经过加热转化处理后，向装有镍钼催化剂的绝热反应器放置，完成反应后，向转化炉中放置来完成后续反应。甲烷的水蒸气裂解为一种吸热的反应程序，为了确保转化能够持续进行，需要在炉管间提供一定的热量，以确保燃料能够稳定燃烧，此为转化反应的关键环节。因为甲烷的裂解为富氢反应，应该严格按照最佳氢碳比例进行配比，以获得更高的甲醇转化率。

1.2 天然气制甲醇工艺关键影响因素

转化合成的过程中，最主要的影响因素是催化剂积碳问题，气体中如果高级烃含量更高，则在转化的过程中，很可能会发生裂解，进而出现催化剂的析碳问题。水碳比能够通过影响炉管壁的温度影响甲烷的含量，如果甲烷的裂解析碳速率小于消碳速率，则不会出现析碳问题。如果转化管进口位置的甲烷浓度较高，则转化管出口的温度维持不变，转化的效率会随之降低，通过提升转化炉位置的温度也会提升炉转化效率，靠近顶部烧嘴的位置出现析碳的可能性会更高，将转化炉的温度控制在合理范围内，便不会出现甲烷裂解析碳的问题。天然气制甲醇的过程中，首先需要通过加热装置进行天然气的加热处理，将加热后的气体向合成塔装置处理后，确保其内部的甲醇含量维持在55%，在加热以及合成过程中，产生热能释放蒸汽，此蒸汽能够在天然气加热的装置中利用，作为加热功能的主要设备。最后，对合成气体进行冷凝处理，通过冷凝将甲醇分离出来获得粗甲醇，其他的水分通过反应热向合成装置内部流入，在合成处理的过程中，会有一些高温热蒸汽产生，相关的控制人员通过对此热蒸汽进行降压处理，同时与热蒸汽融合，在热蒸汽达到一定的标准后，将其放入压缩机中，在压缩机的作用下融合。合成过程中，工作人员应该做好各项参数的控制，各方面条件达到标准要求。

2 工艺流程及其控制分析

2.1 精馏工艺及控制分析

粗甲醇的加热处理是重要的精馏工艺之一，在进行甲醇加热的过程中，首先，将其送到预塔中处理，严格控制加热的温度，使其达到沸点，做好气液分离处理，分离的液体应该始终维持沸腾的状态，因为甲醇属于轻馏分，主要在塔顶存在，但预塔顶的量相对较少，为了防止浪费，可以将其作为燃料进行转化处理。在甲醇进入蒸馏塔后，为了确保甲醇的蒸馏工艺成功，需要对各项流程工艺进行完善，降低所消耗的能量，降低生产成本。节能型的流程主要是将蒸馏塔串联处理，因为大部分的甲醇馏出无温度相对较高，在蒸馏塔上形成热源，对热能的利用效率具有重要意义。在蒸馏塔的塔顶冷凝后，能够生成甲醇产品，这种特殊状况下，甲醇产品的质量整体较高，可以进一步提升甲醇的生产产量，此过程中，甲醇生产量占总产量的一半以上，通过节能型蒸馏流程有利于提升甲醇产品的质量以及产量，但同时也会产生废水。通过萃取水循环预塔随后经过汽化处理，能够将盐水进行回收利用，实现了废水零排放的目标。具有较高的节能型。甲醇精馏处理中重要的工艺环节包括多个，实际精馏的过程中，影响甲醇质量以及产量的因素较多，包括流量因素、温度以及压力因素等，为了防止不良因素导致的影响，确保天然气甲醇制作具有更高的效率，则需要做好温度控制，相关人员对参数进行科学控制，重视取样检验工作，更好地了解甲醇的质量。如果条件允许，则需要每天对甲醇进行取样检验，同时做好记录工作，为了确保甲醇质量达标，应该严格遵守相关操作的规程，防止出现各种问题。甲醇进行蒸馏的过程中，严格将塔顶的温度控制在合理范围内，以提升甲醇的浓度。相较其他国家的甲醇生产制作流程，我国的甲醇企业规模相对较小，使得甲醇制备效率受到阻碍，为了更好地控制生产质量，应该积极借鉴先进的工艺流程，将反应的压力控制在一定的区间，提升甲醇的含量，确保其转化率在60%以上。

2.2 天然气制甲醇的转化工艺

甲醇生产的过程中，天然气的制备比例持续提升，相较发达国家的80%，我国的天然气甲醇比例约为35%，因而应该不断优化工艺流程，提升我国天然气制备的比例，转化工艺作为最关键的环节，需要做好各参数的控制，确保天然气制备甲醇的成功率。通常，天然气转化分为直接转化以及间接转化两种，间接转化较为常见，能够确保良好的转化效果。天然气制甲醇间接转化的主要原理为蒸汽裂解原理，通过碳氢比进行相应的生产原料的合成。当前随着科学技术持续发展，间接转化的技术也持续成熟完善，但同时存在一定的缺点，而直接转化法能够改善制作过程中存在的缺陷，能耗相对较小，节约了实际操作所消耗的成本。而通过天然气进行合成气制备过程中，会出现二氧化碳以及一氧化碳不足的问题，使转化的效率受到影响，为了防止出现这种问题，通过二氧化碳蒸汽转化的方式，在二氧化碳不足的情况下，进行外部供应，以满足合成气的需求，还可以通过二段转化法将整个转化过程分为两段，首先，进行天然气蒸汽转化，此为蒸汽催化转化工艺，在转化的过程中，充分考虑催化剂积碳影响因素，合理控制水碳比，水碳比与炉管壁的温度有密切的关系，通常应该将水碳比严格控制在一定范围内，逐渐降低甲烷裂解析碳素率，防止出现析碳现象。还应该合理控制原料的质量，确定质量范围，为了确保管壁温度，则需要控制好天然气的氧化反应，能够防止出现甲烷裂解析碳的情况，不断提升反应温度，控制所留存的甲烷量，转化过程中，残留的物质完成反应，能够确保天然气制取的有效性。对甲醇有效气体组分的增加具有重要意义。为了确保甲醇制备的有效气体量，需要做好制备过程中温度、流量的观察以及监控，如果出现异常的情况，需要及时进行调整，取样工作十分关键，取样过程中如果出现相关问题及时上报。如在进行CH4、CO、CO2等取样，做好样本的化验分析，为接下来的制备工作提供参考依据。

3 结语

当前甲醇的市场供求基本维持平衡状态，作为其他下游产品的中间物质，甲醇仍然有较高的市场需要。随着工业化水平的持续提升，甲醇的生产技术仍然未能达到社会发展的要求，自动化程度相对较低，当前国内的煤化工程项目基本上依靠国外的技术以及设备完成生产，我国自主研发能力有待提升，为了更好地提升生产效能，节约能源资源，满足甲醇生产工艺的技术要求，需要积极引进国内外的先进工艺技术，根据本土的情况，对生产工艺进行进一步的改进优化，将投资的耗损值降低，切实提升生产效率。