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【专家解说】：甲醇合成工艺的选用 通过对甲醇合成原料、催化剂及合成方法等 多方面进行优缺点对比,为我公司列入安徽省 “861”行动计划和安徽省“十一五”重大项目 计划---1 700 kt/a甲醇及转化烯烃项目一期暨 600 kt/a甲醇、200 kt/a二甲醚工程甲醇合成工 艺技术的选择提供决策。 1 原料选择 生产甲醇的原料大致有煤、石油、天然气和 含H2、CO (或CO2)的工业废气等。早期以煤 为主要原料生产水煤气合成甲醇。从20世纪50 年代开始,天然气逐步成为制造甲醇的主要原 料,具有工艺流程简单、输送方便、成本低等优 点,据估算,其投资约是以煤为原料投资的 50%,成本也只有其50%。目前全球甲醇总产 量中约有70%左右是以天然气为原料合成的。 其实,利用工业废气(如乙炔尾气或乙烯裂解 废气)生产甲醇更为经济,但量能受到限制。 以不同的原料制取甲醇的经济效果如表1 (以褐 煤为100)所示。 可见,以煤为原料生产甲醇的装置投资要高 于天然气、乙炔尾气和焦炉气。但随着石油和天 然气供给紧张、价格上涨,如果选用廉价的粉煤 为原料生产甲醇,会使生产成本大大降低。 合成甲醇原料气的生产工艺技术选择应根据 当地的原料资源状况来确定,淮化地处淮南,本 地煤资源相对比较丰富,所以加大对淮南煤的技 术研究,尽可能利用本地煤炭资源,就可以最大 限度地减少投资,较好地利用资源。 2 合成催化剂选择 甲醇合成工艺目前总的趋势是由高压向低、 中压发展,而低、中压流程所用的催化剂都是铜 基催化剂。铜基催化剂与锌铬催化剂的优缺点比 较如表2,两者合成甲醇平衡时合成塔出口甲醇 摩尔分数比较如表3,不同氧化物组成的铜基催 化剂的合成反应参数如表4 (反应气组成为H2 +CO+CO2+CH4)。 3 合成工艺比较 (1)高压法(19·6~29·4 MPa)是最初生产 甲醇的方法,采用锌铬催化剂,反应温度360~ 400℃。随着脱硫技术的发展,高压法也在逐步 采用活性高的铜系催化剂来改善合成条件以增产 提效。高压法虽有70多年的历史,但由于原料 及动力消耗大,反应温度高,生成粗甲醇中有机 杂质含量高,且投资大,成本高,长期以来发展 处于停滞状态。 (2)低压法(5·0~8·0 MPa)是20世纪60 年代后期发展起来的甲醇合成技术,选用高活性 的铜系催化剂。铜系催化剂的活性明显高于锌铬 催化剂,反应温度低(240~270℃),在较低的 压力下可获得较高的甲醇收率,选择性好,副反 应少,从而改善了合成的甲醇产品的质量,降低 了原料的消耗。此外,由于压力低,不仅动力消 耗比高压法降低很多,而且工艺设备的制造也比 高压法容易,投资得以降低。因此低压法比高压 法优越性显著。 (3)中压法(9·8~13·0MPa)是随着甲醇工 业规模的大型化(目前已有日产3 000 t的装置 甚至更大单系列装置),为了减小工艺管道和设 备,在低压法的基础上适当提高合成压力发展起 来的甲醇合成技术。中压法仍采用高活性的铜系 催化剂,反应温度与低压法相同,它具有与低压 法相似的优点,但由于提高了压力,相应动力消 耗略有增加。 目前世界上新建或扩建的甲醇装置几乎都采 用低压法或中压法,其中尤以中压法为最多。 4 合成塔性能比较 甲醇合成是甲醇生产的关键工序,甲醇合成 塔又是合成工序的关键设备。表5为几种典型甲 醇合成塔的性能对比。 在这些合成塔中, Lurgi管壳式等温合成塔、 ICI多段冷激塔以及Linde螺旋蛇管等温合成塔 是工业化应用最广泛的。因为每种塔型都有自己 合适的温度、压力等方面的要求,设计时需要根 据特定要求来选择特定的塔型,保证设计的合理 性和可行性,以获得较好的经济效益。 近年来,甲醇合成装置趋向大型化,设备利 用率和能源利用率较好,可以节省单位产品的投 资和降低产品的成本。不同规模甲醇装置投资与 产品成本估算见表6,不同规模的煤制甲醇装置 的投资与产品成本估算见表7。 数据显示,随生产能力的增加,装置的单位 产品投资和成本递减缓慢,因此对生产规模的选 择亦非越大越好。 5 结 语 (1)我国煤炭资源丰富,以煤为原料制取 甲醇合成原料气是甲醇生产的最好选择。我公司 地处淮南,本地煤资源相对来说比较丰富,所以 加大对淮南煤的技术研究,尽可能利用本地煤炭 资源,可以最大限度地减少投资。 (2)低压法合成设备比较庞大,不适合大 型工业化,因此我公司大型化甲醇生产采用中压 法为宜。 (3)铜基催化剂活性温度低,选择性高, 是最佳的中、低压法催化剂。 (4)从能量最佳利用和温度控制考虑, Linde螺旋蛇管等温合成塔是最佳选择;从设计 制造和放大方面看, ICI多段冷激塔较合适,其 结构简单,催化剂装卸容易,但设备庞大不适合 我公司大型化甲醇生产。 [参考文献] [1] 2007-2008年中国甲醇行业分析及投资咨询报告(上下卷) [R /OL]·[2007-07]·http: //www·ocn·com·cn [2]钱伯章·甲醇市场和当代生产技术进展[J].国际化工信 息, 2002(7) [3]李琼玖,唐嗣荣,顾子樵,等·近代甲醇合成工艺与合成 塔技术(上下卷) [M]·成都益盛环境科技工程公司 [4]周 媛,任 军,李 忠·焦炉煤气合成燃料甲醇发展前景 分析[J]·山西化工, 2007, 27(2) [5]曾蒲君,王承宪·煤基合成燃料工艺学[M]·徐州:中国 矿业大学出版社 [6]王 莉·合成甲醇催化剂的研究进展[J]·化肥设计, 2005 (6) [7]王平尧·甲醇合成反应器的分析与选择[ J]·化肥设计, 2007(3)