甲醇合成工艺的现状及其技术特点研究

摘 要：甲醇合成是煤化工关键技术之一，但现有的甲醇合成工艺存在投资大、能耗高、污染高等不足，探索一种更环保、节能、高效的甲醇合成工艺已成为煤化工产业共识。本文对常见甲醇合成工艺现状及其技术特点进行概述，随后介绍目前世界各国关于甲醇合成工艺研究的热点领域与新技术。

关键词：煤化工 甲醇 合成工艺 技术特点

目前，我国天然气、石油供给严重失衡，在未来也必将处于严重短缺状态，严重制约国民经济健康发展，而煤资源则相对丰富，发展煤化工是应对能源短缺、保障国家能源安全的必然举措。煤制甲醇是煤化气关键技术之一，我国百万吨以下煤制甲醇工艺已基本实现国产化，但技术水平与国外先进水平仍存在较大差距，存在投资大、能耗高、污染高等不足，已不符合国家战略需要，为此《十二五规划》明确将降低煤制甲醇项目能耗，对现有项目进行改造纳入下一个五年规划之中[1]。在这种背景下，了解甲醇合成工艺的现状及其技术特点非常必要。目前，甲醇合成技术主要包括ICI、Lurgi、TOPS?E、TEC等，这些技术各有优缺，难以取舍，为此本文对国内外甲醇合成工艺进行概述，以把握相关技术发展脉络。

一、常见甲醇合成工艺现状及其技术特点

1. 固定床甲醇合成工艺

1.1 轴向反应器甲醇合成工艺

轴向反应器在全世界仍广泛应用，我国上世纪70年代后建成投产的甲醇转化设备多为轴向反应器，采用ICI、Lurgi，具有性能稳定、对煤质适应性好等优点，近年来，世界各国均积极转变经济发展方式，加大了对轴向反应器的升级改造，以降低能耗、提高生产效益。国内最常见的改建方法为增设冷管式合成塔与复产蒸汽合成塔，以降低反应器床层内温差，增强传热效用，增强操作弹性，进而降低能耗，提高煤转化率，提高甲醇产量[1]。我国关于对轴向反应器研究较多，研究方向集中在内流场、温度、内压分析、传热、内渗、气体分布等领域。

1.2径向反应器的甲醇合成工艺

径向反应器相对于轴向反应器，具有能耗低、甲醇转化率高、产量大等优点，但结构复杂、催化剂装卸困难、管理运行成本较高[2]。近年来，径向反应器大型化逐渐成为热点，其主要原因有二：①建设大型径向反应器有利于形成规模优势，提高产业综合效益；②长期以来，我国大型甲醇合成反应器都需要进口，不利于行业的健康发展。目前，我国关于径向反应器的研究主要方向为提升径向反应器化学反应与催化剂效能上。

2.浆态床甲醇合成

浆态床甲醇合成起源于上世纪80年代的美国，可操作性强、对合成气适应性好，克服了固态床在高浓度催化剂与高气速操作条件下，出产量不足与性能不稳定的缺陷[3]。目前，浆态床甲醇合成技术在我国已得到初步应用，但相关研究较少。

二、热点领域与新技术

1.滴流床甲醇合成工艺

滴流床甲醇反应器兼顾固定床、浆态床的优点，可形成固体层，液体自上而下流动、气体自上而下运动，使液体与气体在催化剂颗粒中均匀分布，提高产出效率[4]。滴流床甲醇反应器转化率高、温差小、合成率高，是一种较为理想的甲醇合成工艺。我国关于滴流床甲醇反应器的研究方向主要集中在降压、加氢、持液量控制等关键环节上。

2.超临界相介质工艺

超临界相介质甲醇合成工艺是一种新的甲醇合成技术，是指在超临界状态下合成甲醇，克服不同性质的相间的传递阻力，提高反应效率与充分性，降低损耗，进而提高甲醇转化率。超临界相介质甲醇合成最大的特点在于可采用有机溶剂，提高催化效率，降低温度要求，可大大降低能耗。我国开展超临界相介质中甲醇合成研究较早，该技术最初被应用于浆态床的技术改进，也积累了一些有益的经验，目前相关研究集中在气液性质、超临界流体、超临界二氧化碳介质等领域。

3.膜反应工艺

膜反应甲醇合成工艺是在膜反应基础上发展起来的，相较于超临界介质工艺，操作性更强。其技术原理主要包括两种：①通过置密膜，控制氢气通过量，提高催化剂作用效率，最终使反应器达到最佳反应状态，降低损耗，提高产出率；②通过将产物及时转出，以降低产物对反应器的影响，维持反应器内部化学平衡达到最佳状态，提高产出率[4]。国外关于膜反应甲醇合成工艺实验研究较多，证实该工艺可提高转化率，可控性好，可提高反应速度。我国关于膜反应甲醇合成工艺研究偏向于膜材料的制备与膜反应器设计，该技术大规模应用仍有待时日。

4.其它工艺

其它技术主要包括整体煤气化联合循环系统、多联产系统、放热反应与能源密集型的吸热反应耦合系统、制气系统与传统甲醇循环耦合系统等。从这些技术可以看出工艺耦合、技术集成、绿色节能、巨型化是未来甲醇合成工艺发展的一个新趋势[4]。

我国正积极推动煤化工企业改进现有的甲醇合成工艺，以提高甲醇合成综合效率，降低能耗、减少污染、提高转化率。主要改进技术为智能化控制技术、节约化补充设计。智能化设计是指在旧有的设备上应用计算机、集控等信息技术进行智能化改造，增强对生产过程的技术监管，实现全程控制，最终实现精确生产，维持反应器内化学平衡，降低损耗，提高转化率。节约化设计是指尽可能得不断完善甲醇合成工艺流程，节约煤炭、电能，降低运行所需能源损耗。

三、小结

甲醇合成是煤化工关键技术之一，但设施设备更新换代缓慢，与国家大力提倡构建资源节约型与环境友好型社会政策不相适应，积极发展新的甲醇合成工艺、对旧有技术进行升级改造是甲醇合成工艺主要研究方向。

参考文献：

[1]肖珍平.大型煤制甲醇工艺技术研究[D].上海：华东理工大学，2012：22-24.

[2]闫晋慧.煤制甲醇工艺研究[J].化工管理，2014，27（3）：246-247

[3]张丽平.甲醇生产技术新进展[J].天然气化工，2014，39（1）：91-95.

[4]贾让平，杨家彬，李生辉.甲醇合成的影响因素[J].化学工程与装备，2013，42（9）：78-91.