甲醇生产技术及新设备的应用与发展

2022-09-11

一、现阶段甲醇生产技术

当今甲醇的生产主要采用低压法和中压法这两种, 很少采用高压法, 目前高压法的发展已处于停滞的状态, 主要以低压法为主。用中压法和低压法这两种工艺生产出来的甲醇约占世界甲醇总产量的一半以上。

1. 低压合成工艺 (5.0-8.0MPa)

是20世纪50年代后期发展起来的一种甲醇合成技术。低压法主要采用Cu O-Zn O-Al2O3-V2O5催化剂, 其活性较高, 能耗低, 反应温度最佳, 一般反应温度在 (240-265) ℃, 在压力较低的的条件下即可获得较高的甲醇产率。并且其选择性好, 减少了很多副反应的发生, 降低了原料的损耗, 并且提高了甲醇的质量。除此之外, 由于压力要求较高, 可以有效的减少动力的消耗, 使工艺设备的制造更加容易。这一方法被英国ICI公司在1966年研究使用成功, 从而打断了甲醇合成高压法的垄断制度。这一制度的应用, 在很大程度上提高了甲醇的产量, 为日后甲醇的高产带来了合适的方法。

2. 中压合成工艺 (9.8-12.0MPa)

随着社会的不断发展, 甲醇的需求越来越大, 如果继续采用低压法就要改造工艺管道, 使工艺管道变得更大, 设备也就变得更大, 这样就浪费了空间和成本, 因此在低压的基础上适当的加大压力, 即发展为中压法。中压法采用的催化剂和低压法的相同, 都为Cu O-Zn O-Al2O3-V2O5催化剂, 因此反应温度与低压法大致相同, 由于压力的提高使动能的消耗也增加了。齐鲁石化公司第二化肥厂引进了联邦德国公司的中压甲醇合成装置。使得该公司的日产量有了很大程度的提高。

3. 高压合成工艺 (30-32 MPa)

是比较原始的一种方法, 采用Zn O-Cr2O3催化剂, 其活性远不如铜系催化剂, 反应温度在 (350-400) ℃。随着科学技术的发展, 高压法也开始逐步采用活性相对较高的铜系催化剂, 以改善合成的条件。高压法虽然存在了70多年, 但由于材质苛刻, 投资高, 能耗物高, 反应温度高, 且生成的粗甲醇中杂志含量较多不易提纯, 所以其发展前景不可观, 目前处于停滞状态。

二、生产技术的新进展及合成甲醇新设备的开发

1. 生产技术的新进展

鲁奇公司研究开发的联合转化器有效的解决了热力学和反应动力学的权衡问题。其反应器为水冷式发生蒸汽反应器, 有较高 (260℃) 的出口温度, 催化剂总量仅占三分之一, 即可发生一半的转化。催化剂产生的毒物即可被催化剂自我吸收。剩余一半的转化发生在气冷式反应器中, 在相对较低的温度下 (210-230℃) 进行操作有利于平衡, 这样以来, 三分之二的催化剂既不会中毒也不会在高温环境下失活。这种联合转化器的使用, 有效的节约了合成回路费用。

Kvaerner公司提出的甲醇回路的循环是一次伟大的创新。过去使用的反应器都必须将未反应完全或者是未反应的气体循环至反应器, 气体被分成用作转化炉燃料的富氢成分, 那些贫氢成分则被潜回进去转化炉转化管。该设计使合成甲醇的反应器可在较低的压力下正常运行, 从而降低了甲醇合成的成本, 反应器和管道可以使用造假较低的材料。

FWI公司提出的膜法是一次伟大的尝试, 在甲烷生产甲醇的过程中发挥了不可替代的作用。应用膜法之后, 投资费用比常规方法降低了30%-50%, 生产费用相对降低了30-50美元每吨。之所以会节约是因为该工艺省去了天然气的蒸汽转化过程。天然气部分氧化可以制取氢气、二氧化碳及氮气三者组成的合成气。通过膜法产生的富氧空气可以代替纯氧用于部分的氧化, 同时也避免使用按昂贵的制氧装置, 亦可带来节约。甲醇合成过程中没有循环, 用5个反应器串联来完成, 这样不仅节约了空间而且更加经济。福斯特-惠乐国际公司在2008年将这个膜法应用在甲醇的实际生产当中, 得到了相对较好的效果

2. 合成甲醇新设备的开发

甲醇作为化工原料可以制备二甲醚、丙烯、乙烯, 作为能源材料可以做甲醇汽油燃料, 它的用途越来越大, 需求量不断地增加, 因此甲醇的生产规模必须不断地扩大。在合成甲醇装置这一领域, 一直追求的是提高装置的生产能力, 这样可使大型甲醇生产装置的成本显著降低。因此在可以获得较低成本的天然气的条件下, 建造大型甲醇合成装置是一个不错的选择。从常规来讲, 小型设备总的成本较高, 但是大型甲醇合成装置又受到工艺设备规模的限制。因此如何用较小的设备处理大流量的合成就变得至关重要了。

三、合成甲醇反应器结构问题的解决

由于大型化甲醇合成装置可显著的减少投资和生产成本, 因此甲醇装置大型化成为日后甲醇生产技术发展的大方向。国内外在大型甲醇合成系统中对合成塔多采用水冷-气冷联合反应器, 原料气先进入气冷反应器, 如:对于5000t/d甲醇装置一般需要半径2m多的一台气冷和半径3m左右的一台水冷反应器, 使二者通气截面相互匹配。如果水冷和气冷的半径一样大, 因为气体走的是反应管内, 故阻力很大。因此杭州琳达公司开发了大型低压恒温型甲醇合成塔 (JW) 技术。所谓JW技术即水冷-气冷组合, 管内走水, 管外装催化剂。JW技术具备多方面有利条件。第一, JW塔催化剂的装填系数相对较大, 同样条件下, 所需体积小;第二, JW在提高合成的压力时, 管内外压差别并不随之增加, 因此可以很方便的利用提高合成压力的办法提高生产能力。第三, JW塔内采用冷管胆多重单轴套装, 因此即使半径超过3m, 也可以采用分开运输内件到现场安装, 外部配件可以到现场进行热处理。

摘要：甲醇作为世界基础有机化工原料, 应用于社会的各个领域。随着社会的不断发展, 甲醇的生产也迅猛的发展起来了。本文主要介绍一些国内外甲醇的生产技术及甲醇生产技术的新进展, 对生产甲醇新设备的开发, 应用及其发展做了一个比较全面的概述。

关键词：甲醇,技术,新设备,发展