基于低碳经济的甲醇厂生产工艺优化方案分析
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【摘要】对甲醇生产企业进行工艺优化，将补碳技术运用到生产过程中，有效的解决了甲醇制取过程中氢气量大、甲醇浓度不足的问题，降低了天然气等生产能源的损耗，提升企业经济效益的同时，通过对化工厂废气的回收利用，减少了温室气体的排放，降低了对大气环境的污染，在实现低碳经济的基础上改善了社会生态环境，有利于促进人与自然的和谐发展。
【关键词】低碳经济 甲醇生产 工艺优化
科学研究表明，全球气候逐渐变暖，温室效应日趋严重，为了满足人类社会发展要求，人们开始大力提倡减少温室气体排放的经济发展方式，即低碳经济。低碳经济的核心是利用新技术，降低能耗和二氧化碳排放量，减轻污染，提高能源利用效率。随着我国工业的迅速发展，对工业原料的需求一直呈上升趋势，其中甲醇是基础工业原料产品，对于甲醇生产企业而言，如何在新形势下优化工业技术、合理有效的利用能源、实现经济效益和环境效益的共赢已经成为企业发展的重要课题。本文试图以榆天化为例，分析低碳经济下的甲醇生产的工艺优化方案。
1 甲醇生产工艺简述
榆天化在生产甲醇时主要通过对天然气的转化来制取生产原料，目前我国以此为原料基础的甲醇生产按照合成器转化的形式差异，其转化工艺共有七种之多，可以分为三个类别：一段蒸汽转化法、两段转化法和换热式转化。其中一段蒸汽转化法的后续工艺分为补碳和不补碳两种，补碳时间可以在转化前或者转化后进行，工艺流程各有差异。
榆天化公司从节约能源考虑，对甲醇生产的设备条件和系统进行了改造，利用化工厂尾气完成转化前的补碳操作，在减少二氧化碳排放的同时，降低了生产甲醇的天然气能源消耗量，通过实现环保、节能的优化策略，增加了企业的竞争力。
2 一段蒸汽转化法制取甲醇的反应以及补碳原理
根据榆天化生产甲醇的工艺手法，本文重点对一段蒸汽转化进行分析。
设备在实际运转过程中，一部分一氧化碳会和水蒸气发生反应生成二氧化碳和氢气，其合成过程中的二氧化碳反应速率低于一氧化碳，因此系统中存在大量多于的氢气，根据相关的实验数据显示，生成1吨甲醇将产生1000m3氢气，这些氢气成为系统合成回路中的循环气体，参与合成反应，使得有效气体的浓度下降，合成系统的回路规模增加，加大了循环气压缩产生的功能损耗，弛放气只能作为燃料供给转化炉，造成了大量氢气的浪费。
在实际生产过程中要对有效气体的排放进行考量，如果能够对驰放气中的氢气再次回收利用，则可以补充更多CO2，从而提高甲醇产量。
3.1 甲醇生产工艺优化设计思路
对甲醇生产工艺进行优化设计，必须解决合成过程中氢气过量的问题。在具体操作时可以分为两个方面进行：一是分离过量氢气，对氢气产品进行提纯，然后用于制作相关工业产品或者作为燃料使用；二是补碳，在生产过程中补碳的主要方法有：
（1）对化工厂排放的CO2进行有效利用，将废气补入生产流程。
（2）回收甲醇厂烟道中的脱碳尾气，将烟道气体中的CO2补入天然气，一同参与转化反应。
（3）利用两段转化法，将二段部分产生的CO2全部保留，从而提高碳元素在转化气中的含量。补碳方式的应用要结合企业生产实际判断，以榆天化为例，在生产甲醇时利用了化工厂排放的大量废气，因而更适合采用一段蒸汽转化补碳工艺。
3.2 甲醇生产工艺流程分析
榆天化公司生产甲醇是以天然气作为基础原料，其生产工艺流程为：首先净化作为基础原料的天然气，将净化后的甲烷气体与废弃回收的CO2混合，一同经过饱和塔，在转化炉中进行转化，然后对转化完成后的合成气体进行压缩，使甲醇合成和压缩流程有效结合，甲醇合成后通过三塔流程完成精馏，最终得到精甲醇产品。
3.3 补碳装置设计
改造工程利用辐射加热完成补碳，通过对CO2的补充减少生产过程中的天然气损耗，降低生产成本。
其工艺流程包括以下步骤：首先对管道中的天然气进行加氢和脱碳处理，然后使天然气与净化后的二氧化碳混合进入饱和塔，再将合成气体送入一段蒸汽转化炉，在转化炉中完成补碳，此时天然气成为CO、H2、CO2的合成产物，适当调整合成产物中成分含量的比率，将数值控制在2.05到2.10之间，接着经换热进入甲醇合成塔，对一段蒸汽转化炉产生的反应气体进行冷却处理后送入压缩机组，驰放气经过H2回收后作为燃料，甲醇合成后的产品通过甲醇精馏装置，最终得到合格的精甲醇产品。
3.4 运行效果分析
3.4.1 工艺优化的经济效益分析
经过改造后，同产量甲醇生产所消耗的能源有不同程度的降低，单以天然气损耗为例，补碳后每制取1吨甲醇减少了110m3的天然气使用量，按照工商业用天然气销售价格2.79元/ m3计算，天然气原料成本下降306.9元，提升了产品的利润空间，有利于企业经济效益的增长。
3.4.2 工艺优化的社会效益分析
在实行工艺优化后，CO与CO2的转化比为2.2，显著提高了H2的利用效率，降低了CO2的排放，有利于改善社会环境。
4 结语
对甲醇生产企业进行工艺优化，将补碳技术运用到生产过程中，有效的解决了甲醇制取过程中氢气量大、甲醇浓度不足的问题，降低了天然气等生产能源的损耗，提升企业经济效益的同时，通过对化工厂废气的回收利用，减少了温室气体的排放，降低了对大气环境的污染，在实现低碳经济的基础上改善了社会生态环境，有利于促进人与自然的和谐发展。
参考文献
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