对于天然气制甲醇的工艺现状以及发展方向研究

孙本阔(青海油田公司格尔木炼油厂)

引言

甲醇是由氢气、一氧化碳和二氧化碳混合气体合成的液体，它的用途十分广泛：可以作为制造甲醛、甲胺等多种有机产品的原料；可以用作油墨、染料等的溶剂；是制造农药、医药、塑料以及有机化工产品的原料； 还可以作为清洗去油剂以及分析试剂等。 因为甲醇的用途很多，所以人们对甲醇的需求量就很大。 目前工业上多用天然气转化来制取甲醇，为了制得高质量的甲醇，同时增加生产效率，降低能源消耗来增加企业受益，人们一直在研究探索各种各样的转化工艺。 本文介绍了目前工业上利用天然气制取甲醇的常见的几种工艺， 并浅谈了天然气制甲醇工艺的发展前景。

1、天然气制甲醇的转化工艺

1.1、蒸气催化转化工艺

传统蒸气转化的应用十分广泛， 在全世界的转化工艺中占据了一半以上。 该工艺是在高温和催化剂镍的作用下，甲烷与蒸气进行反应生成氢气、一氧化碳和二氧化碳。 虽然传统蒸气转化应用广泛，但是该工艺存在很多问题：一是水和碳的比过高将使转化过程消耗更多的能量和蒸气，燃料消耗过高；二是过多的热量给回收后冷却工作带来重负， 会增加热换器的工作负荷以及冷却水的消耗；三是高温低压的操作虽然利于反应进行，但是高温大大缩短了反应使用的转化炉管的寿命， 低压增加了额外的装置费用。

联合转化工艺是传统蒸气转化的改进型， 它是在传统蒸气转化工艺的基础上结合了自热式转化工艺， 它能够大幅度降低转化过程的能源消耗。 该工艺是在第一段蒸气转化反应器的后面安装了一个加氧转化炉，从而实现自热转化。 该工艺能够顺利实现天然气制取甲醇，而且在转化过程中，蒸气转化器的出口温度比较低，使转化的压力得以提升，从而压缩机的负荷可以得到减少，能够实现节能的目的。

预转化蒸气转化工艺是在绿色环保的呼声中诞生的， 它利用含镍量高的催化剂来对一部分原料进行绝热转化， 达到减少污染气排放的目的。 在该工艺过程中，首先对天然气进行脱硫处理，再将天然气和蒸气的混合气预热到500 度，在单层绝热预转化催化剂床上进行反应，可以得到氢气、一氧化碳和甲烷的混和物,最后将混合物加热到620 度，转入含有转化催化剂的炉管内进行深度转化。 该工艺同传统蒸气转化工艺相比，因为没有空气预热器，所以氮氧化物的排放量得到了大幅度的减少，环保效益好；降低转化炉的工作负荷，使催化剂的析碳量大大减少，能够提高转化催化剂的活性，提高使用寿命。

1.2、以部分氧化为核心的转化工艺

自热式催化部分氧化转化工艺是在一个反应器内， 将蒸气转化的吸热反应和部分氧化的放热反应结合起来进行， 将部分氧化反应所放出的热量供给蒸气转化反应使用， 取消了蒸气转化用的炉管，减少了能耗和设备的费用。 该工艺的转化炉为一固定床反应器，其上部是用来进行部分氧化反应的燃烧段，下部是利用上部反应释放的热量进行蒸气催化转化的反应段。 在高温的作用下，可视两个变换反应达到平衡。 影响转化炉生产能力的因素有很多，其中比较重要的一个是氢碳比。 为了使氢碳比达到最佳比值，可以采用两种有效的方法：一段加二氧化碳转化法和二段加纯氧转化法。 一段加二氧化碳转化法能够减少天然气的消耗量，大大减少氧化氮的排量，减少对环境的污染。 二段加纯氧转化法中，天然气被分成了两个部分，一部分先进入一段炉再进入二段炉，另一部分则直接进入二段炉，这样的设置可以节省蒸气，减少能耗。 同时只要简单的加入合适的纯氧量，便可以对氢碳比进行调节，操作比较容易。

非催化部分氧化转化工艺与自热式催化部分氧化工艺有点类似，反应的温度比较高，以保证甲烷能够转化完全，并能够有效减少炭黑的产生。 该工艺的操作压力比较高，以减少压缩转化气的功耗。 不过在得到转化气后，因为氢气和一氧化碳的比值不合适， 需要经过一氧化碳变换和二氧化碳脱除工艺才能进行甲醇合成。

1.3、热交换型转化工艺

转化交换器系统属于热交换型转化工艺， 是在单元设备的顶端设置一管板，物料从顶部进入，通过加有催化剂的管道，然后与自热式转化炉产生的气体相混合， 让二段炉中的热量供给一段炉使用。 该工艺可以有效的利用热能，降低能耗，还易于调节合成气的比例，减少了氮氧化物的排放，有利于环境的保护。

换热型LCA 流程也属于热交换型转化工艺， 也是将二段的高温热能提供给转化使用，它的关键设备是一个热交换器，交换器内装有转化催化剂。 该工艺中，一段转化炉占地面积小，能节约设备成本；热利用高，节能减耗。

2、天然气制甲醇的发展前景

目前，世界上对甲醇的需求量仍非常高，并在不断的增加之中。 国外天然气制甲醇的工艺技术仍然优于国内的，我国仍需加强甲醇的生产量，重点是发展先进的制作工艺。 比如如何将蒸气转化、部分氧化和自热转化三者有效的结合起来，将三者的优点进行综合利用，最大化的实现节能生产和绿色生产，这将是天然气制甲醇工艺的一个研究方向。

结语

随着经济的发展，甲醇作为重要的有机原料，它的需求量在不断的增加，企业应该优化天然气制甲醛的工艺技术，不断的研究探索新的工艺，来减少能源的消耗和环境的污染，做到高效率生产和绿色生产。

[1]马宁,诸林.天然气制甲醇的工艺现状及发展前景[J].化工时刊.2006(11)

[2]刘一静,刘瑾.天然气制甲醇合成气工艺及进展[J].化工时刊.2007(05)