甲醇生产中选择性回收尾气膜分离产物的方法谈
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【摘要】对于甲醇生产企业而言，节约能源、提高能源利用效率是企业发展的重要途径，也是建设节约型环保社会的必然要求。利用膜分离技术对甲醇生产中的尾气选择性回收有着分离效率高、投资见效快、操作便捷的显著优势，不仅能够降低企业的生产系统运作，增加企业竞争力，还能够在满足企业经济效益增长需要的同时有效的减少温室气体排放量，促进资源节约型社会的建立。
中国是甲醇大国，甲醇的生产与消费总量都居世界首位，作为基础化工原料，甲醇的广泛运用为甲醇生产企业开拓了广阔的发展前景。然而在低碳经济条件下，如何对甲醇生产中的尾气充分回收利用，降低生产成本，提高经济效益和社会效益，是甲醇企业可持续发展面临的重要课题。本文试图以天然气制取甲醇为例，探讨甲醇尾气回收中膜分离方法的使用。
1 甲醇尾气回收利用的重要意义
1.1 甲醇尾气回收利用的经济效益
根据金银岛的相关统计数据显示，从2013年1月中旬开始，我国甲醇装置开工率在55%上下浮动，与2012年12月的统计数据相比，开工率下降了5个百分点，与此同时，国内电、煤价格呈上升趋势，直接造成生产甲醇的材料成本提高，甲醇企业发展已经面临困境，很多企业亏损严重。在这一背景下，甲醇企业能否利用高新技术降低成本，提高经济效益，直接关系到企业的生存与发展。对甲醇尾气进行回收利用，可以有效的降低能源损耗，提高能源利用效率，从而降低甲醇生产成本，为企业创造更多的盈利空间，产生显著的经济效益。
1.2 甲醇尾气回收利用的社会效益
截至2010年底，我国共有甲醇生产企业291家，甲醇生产装置基数大，排出废气量高，其中废气以二氧化碳为主，二氧化碳是一种温室气体，过多的二氧化碳排放容易造成大气污染，影响生态环境。对甲醇尾气进行回收利用，可以有效的减少废气中二氧化碳的含量，降低污染，缓解全球气候变暖压力，促进人类社会与自然的和谐共处。
2 甲醇尾气回收面临的主要问题及解决思路
在甲醇生产过程中，其化学反应方程式如下：
CH4+H2OCO+3H2+Q
CH4+2H2OCO2+3H2+Q CO+2H2CH3OH-Q
CO2+3H2CH3OH+ H2O-Q
根据上式可以看出，转化过程中气体的主要成分是CO、CO2和H2，其中CO、CO2可以作为甲醇生产的原料，H2则大量富余，因此，甲醇尾气回收问题的本质就是满足对H2的充分利用。要解决H2回收率过低的问题，可以从以下两种途径寻求解决方案。
2.1 利用PSA（变压吸附）装置增加H2回收率
目前我国甲醇生产中变压吸附技术的应用已经成熟，但是仍然有一定的局限性。尾气中所含的CO、CO2可以成为甲醇合成的原材料，然而变压吸附装置中CO的转化率相对较高，如果变压吸附装置单独完成CO2的脱离，无疑增加了设备投资和运行成本，不具备经济效益。
2.2 利用膜分离装置增加H2回收率
膜分离装置可以把转化过程中产生的气体分离成渗透气体和非渗透气体，通过碳氢比率调整返回合成系统中的气体组成，非渗透气体用作燃料，渗透气体继续参与合成反应，从而达到节约能耗降低成本的目的。
3 如何利用膜分离技术实现甲醇尾气的选择性回收
用天然气作为原材料制取甲醇可以利用中空纤维膜完成尾气的选择性回收，在其生产过程中实现对富余H2的充分利用可以通过以下步骤进行：
3.1 了解膜分离原理以及膜分离技术的主要特点
不同气体由于自身性质在通过中空纤维膜时扩散系数会有差异，溶解程度也不尽相同，甲醇尾气中H2的渗透率最快，因此可以很快进入中空纤维，完成提纯操作，达到选择性回收的目的。
在天然气制取甲醇时，膜分离技术可以降低能耗和运作成本，操作时具备明显的灵活性，能够根据进入装置的气体总量对膜的面积进行调整，满足不同产品的规格要求，脱水效果优于其他分离装置，停车率低，运
行相对稳定。
3.2 根据实际情况完成膜分离装置设计
以天然气为原料制取甲醇时，其工艺流程如图1：
图1？甲醇制取工艺流程图
膜分离装置的设计要求有选择的对有效气体进行回收，在膜分离装置中，渗透与非渗透气体的组成如表1：
由表1数据可知，惰性气体在渗透气体中所占百分比小于1，碳在非渗透气体中所占百分比为12，结果非常理想，合成气体的碳氢比率稳定在2.10左右，有利于甲醇的合成。
整个甲醇尾气选择性回收的工艺流程，可以最大限度的回收甲醇尾气中的有效气体，当企业开工率过低时，则可以通过对膜面积的调整，降低H2的吸收效率，对碳进行一定程度的回收，增加气体压力，使得生产过程中的甲醇产量减少，从而完成能耗和生产成本的调节。
4 结语
对于甲醇生产企业而言，节约能源、提高能源利用效率是企业发展的重要途径，也是建设节约型环保社会的必然要求。利用膜分离技术对甲醇生产中的尾气选择性回收有着分离效率高、投资见效快、操作便捷的显著优势，不仅能够降低企业的生产系统运作，增加企业竞争力，还能够在满足企业经济效益增长需要的同时有效的减少温室气体排放量，促进资源节约型社会的建立。
参考文献
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