甲醇合成工藝的現狀及其技術特點研究

陳翠翠 付寶川 楊利民(蒲城清潔能源化工有限責任公司，陜西 渭南 715500)

甲醇合成工藝的現狀及其技術特點研究

陳翠翠 付寶川 楊利民(蒲城清潔能源化工有限責任公司，陜西 渭南 715500)

目前主流的甲醇合成工藝為氣相合成法，該方法主要分為高壓、中壓和低壓。其中，高壓的條件下設備損耗較大，能耗高而且設備購入成本極大。所以目前使用的大型甲醇合成工藝中使用的都是中壓法。

甲醇合成技術；氣相合成法；熱回收率；穩定性。

當前全球資源開發和利用情況嚴重失衡，天然氣和石油的供給尤為明顯，在未來十幾年中也必然處于供應失衡的狀態。在這種情況下采用煤化工的方法制備甲醇應運而生。目前百萬噸級以上的煤制甲醇工藝基本實現國產化，但是目前該技術存在一些亟待改善的地方，首先在能耗方面缺陷較大，在下一個五年規劃中甚至提到了對于這一點的改進要求，其次在各種具體技術的操作上也有區別，需要進一步優化[1]。

1 甲醇合成工藝的現狀

在當前的甲醇合成工藝當中，反應器主要設計成三種：軸向，徑向以及較新的自熱反應器。三種反應器各有優點，分別適應不同的工藝，但是在一定的情況下也存在一些局限性。

1.1 軸向反應器中的甲醇合成工藝

在現代甲醇生產過程中，軸向反應器的應用極其廣泛，從上世紀開始，軸向反應器就以其性能穩定以及對煤類具有優良的適應性等優點脫穎而出，成為最常見的反應器。常見的方法是增設冷管式合成塔等設備增強溫差，從而強化傳熱效應，增加操作彈性，進而提高甲醇產量[2]。

1.2 徑向反應器的甲醇合成工藝

在軸向反應器中，反應管徑不能過大，故難以實現較大的生產規模。因此引入徑向反應器的合成工藝。在徑向反應器中，甲醇產率低以及催化床層壓降過大等問題得到了妥善的解決，同時大大降低了能耗。但是徑向反應器也存在一些可以改善的地方，比如結構復雜導致的催化劑拆裝困難，鍋爐水等必須要用泵來強制循環等。總而言之，徑向反應器的甲醇合成工藝具有大規模生產甲醇的潛力，而如果能夠優化現有合成工藝，簡化操作過程，使催化劑拆裝得到一定簡化，甲醇的大型生產就變得相對容易[3]。

1.3 自熱反應器

傳統床具有取熱效率低等大量問題，為了解決這些問題新工藝的開發被正式提上日程。自熱固定床工藝近日被研發出，其結構由兩段固定床工藝以及兩段相互串聯的固定床組成，在強制非穩態反應器的瞬時狀態下能夠輔助觀察反映情況[4]。

2 漿態床甲醇合成工藝

上世紀八十年代，美國某公司研究出漿態床合成甲醇工藝，隨后建立合成裝置。該種設備操作靈活，對于各種汽化爐均能良好適應原料合成氣，而且在特定的條件下催化劑的產率以及甲醇的產量都會有小豬提高，所以該裝置具有工業意義。同時該種裝置結構簡單，容易等比例放大，進行大規模合成。

3 滴流床甲醇合成工藝

滴流床為主的合成反應器和傳統的固定床反應器在構造方面十分相似，其固定曾為大顆粒催化劑，而液體以液滴的形式從上到下逐漸流動，值得一提的是氣體也是從上往下流動。氣體和液體在可憐見均勻分布，生成的甲醇可以被夜地吸收。可以得出結論滴流床反應器不僅兼備固體創和固定床的優點，而且極其適合低碳氫比的氣體合成過程中。經過實驗可得，滴流床合成產率比起固體床工藝，增加了一倍左右的甲醇產率[5]。

4 超臨界相介質中甲醇合成工藝

在超臨界相介質中進行甲醇的合成，是目前全新的一項技術工藝。主要方法是在超臨界狀態下對甲醇進行合成工藝，在消除相之間的傳質阻力的同時，可以控制反應的平衡，從而達到提高產率的最終目的。適當加入一些機溶劑，也可以完成超臨界狀態下，甲醇的低溫合成技術。在此項工藝技術中，高壓反應釜是最常用也是最關鍵的反應設備，催化劑和有機溶劑在反應釜中同時發生反應，合成氣在反應劇烈的過中直接加入，再逐一調節操作條件，從而保證整個過程都處在超臨界的條件下完成[6]。

5 膜反應工藝

膜反應工藝作為一種選擇性高，產率高，同時沒有較苛刻限制條件的生產工藝，是最近開發出的比較有研究價值的工藝。采用致密膜調節氫氣通過率來調節催化劑表面的反應物密度，使其達到最佳摩爾比，或者用膜分離技術第一時間轉移產物來改變化學平衡是膜反應工藝的核心思想。國外一些科研機構采用鈀銀膜反應器合成甲醇進行試驗，數據表明通過控制氫氣流動的速度，可以有效的控制反應平衡的移動，在提高一氧化碳產率的基礎上，就可以增加甲醛的最終產率。第二種思想目前在國內的使用較為廣泛，反應器制的總體結構較為復雜，大多呈管狀，管中心流通合成器，催化劑處于設備的最中間位置，最外層的氣流可以通過吹動，從而將反應的甲醇和水帶出，在改變化學平衡的基礎之上，將反應的平衡打破，從而提高產率。總結來說膜反應工藝轉化率高選擇性優良，而且反應速度快。但是高選擇性的優良性能膜的研究尚不夠完善，這一步必定是當前膜反應工藝研究的重點所在。

6 結語

常見的甲醇合成反應器如文章所收說，固定床壽命長，但是循環氣的使用導致甲醇產率低，漿態床雖然甲醇產率高，但能耗較高。研究狀態的超臨界反應和模范營同時具備高選擇性高產率低能耗等優點，但是要實現大型生產仍然需要進一步研究。

[1]王乃繼等.含氧燃料——甲醇合成技術發展現狀分析.全國甲醇及下游產品生產、技術、市場及發展研討會2004.

[2]裴婷.甲醇羰基合成醋酸工藝中催化劑的研究進展.全國工業催化技術及應用年會2012.

[3]河北石家莊精工化工設備有限公司.利用前置式廢熱鍋爐實現聯醇生產噸甲醇產噸汽的工藝技術研究.全國化肥甲醇技術年會2006.

[4]王乃繼等.含氧燃料—甲醇合成技術發展現狀分析(一).潔凈煤技術10.1(2004):29-34.

[5]宋勇等.低溫甲醇洗工藝技術的最新研究現狀.中國井礦鹽4(2014):11-13.

[6]查旭峰.煤氣化與天然氣轉化組合工藝生產甲醇方案的優化.西北大學,2009.