常魯寧

（中海石油建滔化工有限公司甲醇一期，海南東方 572600）

甲醇是一種重要的化工生產(chǎn)原材料，世界上三種制甲醇工藝（天然氣制甲醇、煤制甲醇、焦?fàn)t氣制甲醇）中天然氣制甲醇占據(jù)主要地位。隨著我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，天然氣制甲醇逐漸成為了生產(chǎn)甲醇的主要工藝。但是，在天然氣制甲醇的過(guò)程中降低裝置能耗是始終是必須解決的問(wèn)題，降低能耗對(duì)于推進(jìn)我國(guó)的制甲醇工藝發(fā)展具有重要意義。

1 天然氣制甲醇能耗分析

天然氣制甲醇需要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)過(guò)程：天然氣脫硫、合成氣制備、甲醇合成（粗制）、甲醇精餾。天然氣制甲醇裝置主要由以下幾個(gè)重要部位組成：脫硫裝置、合成氣裝置、甲醇合成塔、甲醇精餾裝置、蒸汽轉(zhuǎn)化爐、中間罐區(qū)、火炬系統(tǒng)。

1.1 蒸汽轉(zhuǎn)化

蒸汽轉(zhuǎn)化爐是天然氣制甲醇的重要設(shè)備之一，天然氣與水蒸氣反應(yīng)是吸熱反應(yīng)的過(guò)程，反應(yīng)溫度越高轉(zhuǎn)化率越高；CO 變換反應(yīng)是一個(gè)放熱過(guò)程，反應(yīng)溫度越高轉(zhuǎn)化率越低，因此天然氣的轉(zhuǎn)化需要控制好合理的水碳比例以及反應(yīng)溫度，這是降低能耗的關(guān)鍵。但是在實(shí)際化工生產(chǎn)中，在轉(zhuǎn)化管周邊溫度較低的地方容易發(fā)生動(dòng)力學(xué)析碳，為了提升轉(zhuǎn)化率防治析碳，將水碳比例控制在2.8 ∶1以下，入口的溫度保持在500℃以上。

1.2 甲醇合成

甲醇合成主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是CO、CO2同H2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而生成CH4O 的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程為放熱反應(yīng)。而在同樣的反應(yīng)條件下，CO 同H2反應(yīng)生成CH4O 的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率要比CO2同H2反應(yīng)生成CH4O 的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率要高出許多，因此要想提升甲醇轉(zhuǎn)化率，降低能耗損失，就必須要控制好合成氣中的CO2含量。而在實(shí)際操作中，CO2含量偏高往往會(huì)導(dǎo)致設(shè)備成本增加、壓縮機(jī)運(yùn)行能耗增加、循環(huán)水耗增加以及甲醇精餾操作負(fù)荷增加等。

1.3 甲醇精餾

在甲醇精餾環(huán)節(jié)中，一般選用二塔精餾法，有的選用三塔精餾法，通常根據(jù)選用的蒸汽系統(tǒng)來(lái)確定采用哪種精餾工藝。甲醇精餾主要消耗熱能，因此保證甲醇精餾的工藝設(shè)備與蒸汽環(huán)節(jié)的生產(chǎn)設(shè)備較高一致性是提升甲醇精餾效率一個(gè)關(guān)鍵因素。甲醇精餾工藝中三塔精餾比二塔精餾效率更高，甲醇回收率也高，可高達(dá)99%。三塔精餾可以通過(guò)優(yōu)化來(lái)降低蒸汽壓力，從而降低總能耗。

2 天然氣制甲醇能耗降低措施

天然氣制甲醇通常涉及到化學(xué)熱效應(yīng)反應(yīng)，在工藝生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)中都可能存在能耗問(wèn)題，也就是說(shuō)天然氣制甲醇要想徹底解決能耗問(wèn)題幾乎不可能，只能從某些關(guān)鍵環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行調(diào)整從而最大程度上降低天然氣制甲醇的能耗。

2.1 提升蒸汽的轉(zhuǎn)化溫度

在蒸汽轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)中，對(duì)水碳比以及對(duì)溫度的嚴(yán)格控制非常重要，蒸汽轉(zhuǎn)化時(shí)的制熱和降溫冷凝這兩個(gè)操作中應(yīng)該盡可能地降低天然氣的損耗。這里需要注意的是，進(jìn)行轉(zhuǎn)化氣操作時(shí)要將蒸餾系統(tǒng)的設(shè)備做好優(yōu)化，將兩者進(jìn)行同步，這樣可以利用轉(zhuǎn)化氣體所含有的熱能作為蒸餾在沸騰的熱源，這樣可以將熱能的損耗大大降低。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，要想提升裝備的熱效率，使用中壓蒸汽效果最佳。實(shí)際生產(chǎn)中可以通過(guò)提升中壓蒸汽溫度、中壓蒸汽管網(wǎng)壓力、及時(shí)補(bǔ)水等方式提升效率。以往甲醇的生產(chǎn)工藝較為落后，因此需要不斷地對(duì)天然氣制甲醇工藝進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，這樣在工藝生產(chǎn)中才能夠?qū)⒑铣伤械膹U熱氣轉(zhuǎn)化成為有用的中壓蒸汽。蒸汽轉(zhuǎn)化的冷凝環(huán)節(jié)中，還需要對(duì)冷凝液進(jìn)行不斷的優(yōu)化提升，因?yàn)槊恳环N催化劑在同樣的條件下催化效果各不相同，有的催化劑可能需要在特定的環(huán)境下才能夠發(fā)揮出催化作用，因此需要選擇具有較高性能的冷凝液，以此來(lái)保證后續(xù)的生產(chǎn)。使用中壓蒸汽法的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是可以將冷凝液用作補(bǔ)充水源。最后，還要對(duì)回收塔性能進(jìn)行不斷的優(yōu)化以提升甲醇的回收率。

2.2 提高甲醇制作系統(tǒng)的運(yùn)行效率

在天然氣制甲醇裝置中，主要通過(guò)變壓吸附技術(shù)（PSA）來(lái)將原料氣中的CO2、CO、CH4、N2等雜質(zhì)氣體進(jìn)行分離，同時(shí)對(duì)H2回收再利用。變壓吸附系統(tǒng)工作原理就是在相同的環(huán)境條件下，不同的氣體物質(zhì)會(huì)在同一種吸附劑中被吸附的量各不相同，從而可以將不同的氣體物質(zhì)分離開(kāi)來(lái)。并且，同種氣體物質(zhì)的吸附量隨著壓力的降低而降低，因此可以通過(guò)降低壓力的方式對(duì)吸附劑進(jìn)行再生循環(huán)使用。在實(shí)際的工藝生產(chǎn)中，合成裝置中的馳放氣經(jīng)過(guò)吸附變壓系統(tǒng)的H2回收單元之后，將會(huì)有一部分H2二次回到合成系統(tǒng)中繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，從而生成甲醇，而經(jīng)過(guò)吸附變壓系統(tǒng)的尾氣則是轉(zhuǎn)化成為熱動(dòng)力燃料進(jìn)行了二次利用。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中需要對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找到在穩(wěn)定生產(chǎn)的條件下變壓吸附系統(tǒng)的負(fù)荷指數(shù)、H2變量對(duì)甲醇產(chǎn)量的影響，從而不斷地對(duì)變壓吸附系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，提升甲醇產(chǎn)量，降低能耗。

2.3 合成氣優(yōu)化

在天然氣制甲醇過(guò)程中做好合成氣的優(yōu)化有助于降低能耗，首先要對(duì)合成新鮮氣氫碳比進(jìn)行嚴(yán)格的控制。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，可以得出在生產(chǎn)過(guò)程中，在新鮮氣量相差無(wú)幾的條件下，合成新鮮氣氫碳比嚴(yán)格控制在2.05～2.15時(shí)甲醇的產(chǎn)量要高一些，原料氣的消耗低一些。其次，要嚴(yán)格控制CO、CO2含量。上文講到，合成氣中CO2含量對(duì)能耗有很大的影響。提升合成塔內(nèi)的CO含量對(duì)提升甲醇轉(zhuǎn)化率，增加蒸汽含量有很大的作用。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，進(jìn)入合成塔的CO含量最好控制在2%～8%，最高濃度為12%，尤其需要注意的是在催化劑的初期，CO含量不宜過(guò)高，這樣容易導(dǎo)致催化劑催化效果降低，也容易發(fā)生副作用產(chǎn)生雜質(zhì)更多的雜質(zhì)氣體。而CO2含量最好要嚴(yán)格的控制在1%～8%這樣有利于穩(wěn)定溫度，使得催化劑保持活性，提升甲醇的產(chǎn)量。但是隨著反應(yīng)的繼續(xù)，CO2的增加會(huì)使H2的吸附降低，從而使得CO反應(yīng)速率降低，甲醇產(chǎn)量隨之降低。

2.4 平衡轉(zhuǎn)化爐溫度

蒸汽轉(zhuǎn)化爐是天然氣制甲醇中一個(gè)重要的設(shè)備，這個(gè)過(guò)程中需要消耗大量的燃料來(lái)轉(zhuǎn)化成為熱能。提升轉(zhuǎn)化爐的效率就意味著降低燃料使用量、節(jié)約燃料成本，這也是降低天然氣制甲醇能耗的關(guān)鍵。蒸汽轉(zhuǎn)化爐影響能耗的主要原因在于管排溫度存在較大的差異，是由于管排拷克閥開(kāi)度存在差異使得原料氣量分布不均勻，從而產(chǎn)生了較大的溫差。另一個(gè)原因是因?yàn)轱L(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度不均勻，導(dǎo)致了燃燒不均。因此，要想平衡轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的溫度提升熱效率，必須要嚴(yán)格檢查轉(zhuǎn)化爐窺孔，防止漏風(fēng)，還要控制好高低壓燃?xì)饪伎碎y的開(kāi)度，使得原料氣能夠均勻的分布。對(duì)總、次擋風(fēng)板進(jìn)行嚴(yán)格檢查，讓每個(gè)擋風(fēng)板的開(kāi)度保持手動(dòng)一致。

3 結(jié)語(yǔ)

天然氣制甲醇過(guò)程中，在蒸汽轉(zhuǎn)化、甲醇合成以及甲醇精餾這三個(gè)階段中能耗最為明顯。要想降低天然氣制甲醇能耗，必須要提升蒸汽的轉(zhuǎn)化溫度、提高甲醇制作系統(tǒng)的運(yùn)行效率、合成氣優(yōu)化最后平衡轉(zhuǎn)化爐溫度。