補(bǔ)碳工藝在甲醇生產(chǎn)工藝優(yōu)化中的應(yīng)用

摘 要：化工行業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民生活的重要基礎(chǔ)，甲醇是工業(yè)生產(chǎn)中的一種重要的基礎(chǔ)性物料，做好甲醇的生產(chǎn)對于提高化工生產(chǎn)的效率、經(jīng)濟(jì)效益有著十分重要的意義。做好對于甲醇生產(chǎn)中的工藝進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化，做好補(bǔ)碳技術(shù)在甲醇生產(chǎn)中的應(yīng)用，能夠有效的降低甲醇生產(chǎn)過程中的氫氣排放量、提高了生產(chǎn)甲醇的濃度，從而降低了單位甲醇生產(chǎn)對天然氣等能源的消耗量。通過對甲醇生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，在實(shí)現(xiàn)對于甲醇生產(chǎn)過程中工廠排放廢氣回收利用的同時(shí)，減少了甲醇生產(chǎn)的廢氣排放量，在實(shí)現(xiàn)了甲醇生產(chǎn)的節(jié)能與環(huán)保的同時(shí)提高了企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效率。

關(guān)鍵詞：甲醇生產(chǎn)；工藝優(yōu)化；節(jié)能環(huán)保；經(jīng)濟(jì)效益

前言

甲醇作為化工生產(chǎn)中的最基本的有機(jī)原料之一，其能夠在甲醛、醋酸等有機(jī)品的生產(chǎn)與農(nóng)藥制備與醫(yī)藥的生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。但是甲醇在生產(chǎn)的過程中也伴隨著巨大的能源消耗與有害氣體的排放，在經(jīng)濟(jì)全球化與環(huán)保全球化的今天，做好甲醇生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，降低甲醇生產(chǎn)過程中對于能源的消耗與溫室氣體的排放量，促進(jìn)低碳環(huán)保是現(xiàn)今乃至今后一段時(shí)間內(nèi)化工工程發(fā)展的重點(diǎn)。文章將在分析甲醇生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上對如何實(shí)現(xiàn)甲醇生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保進(jìn)行分析與闡述。

1 甲醇生產(chǎn)工藝簡介

甲醇是化工生產(chǎn)中的重要的化工原料，在甲醇的生產(chǎn)過程中主要是通過對天然氣進(jìn)行轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)甲醇的生產(chǎn)。現(xiàn)今，在國內(nèi)通過對天然氣進(jìn)行轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)甲醇的制備的形式眾多、繁雜，歸結(jié)來說，這些天然氣的轉(zhuǎn)化工藝可以分為：一段蒸汽轉(zhuǎn)化法、兩段轉(zhuǎn)化法和換熱式轉(zhuǎn)化三種方法。在這些方法中，一段蒸汽轉(zhuǎn)化法的后續(xù)工藝可以分為補(bǔ)碳和不補(bǔ)碳兩種，當(dāng)采用補(bǔ)碳工藝時(shí)，對于補(bǔ)碳的時(shí)間選在轉(zhuǎn)化前或是轉(zhuǎn)化后都可以，但是需要有相應(yīng)的生產(chǎn)流程與其相匹配，不同的補(bǔ)碳時(shí)間使得天然氣的轉(zhuǎn)化工藝流程有所差異。對于天然氣轉(zhuǎn)化過程中采用補(bǔ)碳生產(chǎn)流程的，通過對甲醇生產(chǎn)的設(shè)備條件和生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，利用化工廠尾氣完成轉(zhuǎn)化前的補(bǔ)碳操作，在實(shí)現(xiàn)降低廢氣排放量的同時(shí)，減少了甲醇轉(zhuǎn)化所需消耗的天然氣的用量；在提高甲醇生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)效率的同時(shí)，減少了溫室氣體和天然氣的消耗量，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)增效。

2 甲醇生產(chǎn)中的一段蒸汽轉(zhuǎn)化法的生產(chǎn)原理

甲醇生產(chǎn)制備過程中采用一段蒸汽轉(zhuǎn)化法的原理如下：在天然氣轉(zhuǎn)化的過程中，一部分的一氧化碳和水蒸氣會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為CO2和H2，在這一反應(yīng)過程中，CO2的生成速率要遠(yuǎn)低于天然氣轉(zhuǎn)化為CO和H2O的速率，因此，在天然氣轉(zhuǎn)化的過程中會(huì)存在著大量的氫氣，這些氫氣的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于甲醇制備所需要的量。通過對甲醇生產(chǎn)過程中進(jìn)行抽樣分析后發(fā)現(xiàn)，每生產(chǎn)1t甲醇將會(huì)產(chǎn)生約1000m3的H2，這些生產(chǎn)出來的H2在生產(chǎn)回路中不斷循環(huán)堆積既影響效率又對生產(chǎn)安全造成不小的隱患，生產(chǎn)回路中大量的H2堆積將會(huì)使得回路中的生產(chǎn)有效氣體的濃度大幅下降，導(dǎo)致甲醇合成系統(tǒng)回路的規(guī)模大幅增加，從而使得回路中循環(huán)氣壓縮所消耗的能量大幅增加，氫氣則僅僅作為轉(zhuǎn)化爐的燃料進(jìn)行燃燒消耗，使得大力的氫氣被白白浪費(fèi)。為提高甲醇的經(jīng)濟(jì)效益并實(shí)現(xiàn)甲醇生產(chǎn)過程中的節(jié)能環(huán)保，需要對甲醇制備過程中的有效氣體的排放與回收利用進(jìn)行充分的考慮。通過對生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的多余的氫氣進(jìn)行回收再利用，同時(shí)補(bǔ)充入生產(chǎn)所需的CO2可以使得甲醇的生產(chǎn)制備過程得以繼續(xù)進(jìn)行，從而可以有效的提高甲醇的的產(chǎn)量和降低天然氣的消耗量。

3 甲醇生產(chǎn)工藝中的優(yōu)化方案分析

3.1 甲醇生產(chǎn)工藝優(yōu)化的整體設(shè)計(jì)思想

通過對甲醇一段蒸汽轉(zhuǎn)化法的生產(chǎn)過程進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，為提高甲醇的生產(chǎn)效率，降低天然氣和溫室氣體的排放，關(guān)鍵在于要解決好甲醇生產(chǎn)設(shè)備中存在于循環(huán)管路中的，多余H2問題。解決生產(chǎn)過程中的多余H2存在著以下兩種思路：（1）對甲醇生產(chǎn)過程中所存在的多余的H2進(jìn)行分離、提純，而后將這些H2用作其他化工產(chǎn)品的原料或是燃料。（2）可以通過在生產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行補(bǔ)碳作用，從而使得生產(chǎn)系統(tǒng)中多余的H2能夠再次進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使得甲醇的生產(chǎn)量大幅增加。

對甲醇生產(chǎn)制備過程中進(jìn)行補(bǔ)碳作業(yè)的方法主要有：（1）對甲醇在生產(chǎn)制備中所排放的CO2尾氣進(jìn)行收集、提純，并將其重新補(bǔ)入到甲醇的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。（2）對甲醇制備過程中煙道中的尾氣進(jìn)行脫碳，并繼續(xù)補(bǔ)充一定量的天然氣，使得兩者能夠一同參與到甲醇的生產(chǎn)制備過程中。（3）通過使用兩段轉(zhuǎn)化法來對甲醇生產(chǎn)過程進(jìn)行補(bǔ)碳操作，可以對二段部分所產(chǎn)生的CO2進(jìn)行收集、保留，從而提高碳元素在轉(zhuǎn)化其中的含有量。對甲醇制備過程中進(jìn)行補(bǔ)碳作業(yè)時(shí)選擇何種補(bǔ)碳方式，需要結(jié)合甲醇生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行判斷來決定。例如，某一甲醇生產(chǎn)企業(yè)補(bǔ)碳作業(yè)中使用的是甲醇化工廠中所排放的大量廢棄溫室氣體，在補(bǔ)碳方式中選擇一段蒸汽轉(zhuǎn)變法補(bǔ)碳工藝為宜。

3.2 甲醇生產(chǎn)工藝的流程優(yōu)化分析

當(dāng)使用一段蒸汽轉(zhuǎn)化法來進(jìn)行甲醇生產(chǎn)時(shí)，其生產(chǎn)工藝流程如下：首先對甲醇生產(chǎn)的基礎(chǔ)性原料天然氣進(jìn)行提純凈化。其次將凈化完成的天然氣與生產(chǎn)排放回收的提純CO2氣體相混合，使得兩者一同進(jìn)入到飽和塔中，并在轉(zhuǎn)化爐中完成轉(zhuǎn)化。最后對轉(zhuǎn)化完成的氣體進(jìn)行壓縮處理，從而使得甲醇合成和壓縮的流程能夠有效的結(jié)合，完成甲醇合成后繼續(xù)通過三塔流程完成對于甲醇的精餾、提純，從而得到精純的甲醇產(chǎn)品。

3.3 做好甲醇生產(chǎn)過程中的補(bǔ)碳

通過對甲醇制備過程進(jìn)行一定的改造，采用輻射加熱的方式完成補(bǔ)碳，對CO2進(jìn)行補(bǔ)充來減少甲醇在生產(chǎn)過程中對于天然氣的需求量，降低生產(chǎn)成本。優(yōu)化后的甲醇生產(chǎn)流程如下：首先完成對于生產(chǎn)所需要天然氣進(jìn)行加氫和脫碳提純。其次對完成處理后的天然氣與回收凈化的CO2混合氣一同送入到飽和塔中進(jìn)行生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。再次將合成轉(zhuǎn)化的氣體送入到一段蒸汽轉(zhuǎn)化爐中，在轉(zhuǎn)化爐中完成甲醇生產(chǎn)的補(bǔ)碳作業(yè)，經(jīng)過一番混合轉(zhuǎn)化，天然氣已經(jīng)變成了CO2、H2和CO的混合物。并對混合物氣體做好抽樣分析，對混合氣中各成分的含油率進(jìn)行一定的調(diào)整，使其更適合與后續(xù)的合成生產(chǎn)，調(diào)整后的數(shù)值應(yīng)當(dāng)控制在2.05～2.1之間。最后將調(diào)整到位的混合氣送入到甲醇合成塔中進(jìn)行甲醇的合成，對一段蒸汽轉(zhuǎn)化爐中所產(chǎn)生的反應(yīng)氣體進(jìn)行冷卻處理后導(dǎo)入到壓縮機(jī)組中，對H2回收利用后將剩余的氣體作為甲醇生產(chǎn)所需要的燃料使用，對于生產(chǎn)出來的甲醇需要繼續(xù)通過甲醇精餾裝置進(jìn)行提純，最終得到生產(chǎn)所需要的精甲醇制品。

3.4 甲醇生產(chǎn)工藝優(yōu)化后的效果評估

通過對改造后的甲醇生產(chǎn)流程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)單位甲醇所需要的天然氣、廢氣排放量等都有不同程度的降低，以生產(chǎn)中所需要的天然氣為例，補(bǔ)碳改造后甲醇生產(chǎn)所需的天然氣由原先的1000m3降低到890m3，極大的降低企業(yè)的生產(chǎn)成本；補(bǔ)碳改造后，甲醇生產(chǎn)過程中的CO2和CO的轉(zhuǎn)化比提高到了2.2，從而使得循環(huán)管路中的H2的利用效率大幅提升，減少了甲醇生產(chǎn)中的溫室氣體的排放，使得整個(gè)甲醇制備更為節(jié)能、環(huán)保。

4 結(jié)束語

甲醇是重要的化工生產(chǎn)原料，在競爭日益激烈、人民環(huán)保意識(shí)不斷加強(qiáng)的今天，通過對甲醇生產(chǎn)流程進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，在提高天氣利用率的基礎(chǔ)上減少了溫室氣體的排放，促進(jìn)了化工生產(chǎn)的節(jié)能環(huán)保。

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