甲醇合成工藝過程與操作控制優化的分析

夏春濤

摘 要：甲醇是當今工業化工產業的重要原料，并且因為它的制備成本比較低，所以在化工生產中使用頻率較高，且其應用范圍廣泛。本文就甲醇合成工藝過程以及其操作控制優化兩方面進行分析論述，并根據相關問題提出改進措施，供相關人士進行交流探討。

關鍵詞：甲醇合成；工藝過程；操作控制；優化策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.049

0 引言

目前國際上在甲醇合成方面的技藝已經較為先進了，而國內對于合成甲醇的相關技術卻仍舊比較落后，不僅產能小，而且設備老化嚴重，無法滿足當今的市場要求。因此，加快優化甲醇合成工藝流程已成為目前一項亟待解決的迫切課題。

1 甲醇合成工藝過程分析

要做到整體上提升化工產業中甲醇合成的效率，僅僅提高技術上的水平還是不夠的，還需要整體分析甲醇合成流程并對其進行操作控制進行優化。

1.1 甲醇合成的反應機理

甲醇合成反應是在催化劑作用下進行的復雜的可逆反應，由一氧化碳加氫合成甲醇CO+2H2=CH3OH（氣），該反應為放熱反應，從化學平衡原理分析在同一溫度下，壓力越大KN 值越大，即甲醇平衡產率越高。在同一壓力下，溫度越高KN 值越小。所以，低溫高壓對甲醇合成有利。參與的催化劑一般是鋅鉻催化劑或者銅基催化劑，但無論是哪一個催化劑，其多相催化過程的機理都是包括擴散、吸附、表面反應、解析、擴散五個過程，即氣體自氣相擴散到催化劑的界面，各種氣體在催化劑的活性表面進行化學吸附，吸附的反應物在活性表面上進行反應，反應產物脫附，反應產物氣體自催化劑界面擴散到氣相中去。

1.2 甲醇合成的流程

合成氣制備甲醇是我國比較常見的一種制備方式，但是合成氣制備甲醇的整套工藝是非常復雜的，一整套流程下來耗時較長，實際生產過程中，選用的凈化方式、以及原料的不同，相應的甲醇合成的流程也是不一樣的，主要包括合成原料氣、凈化處理、壓縮處理、合成處理、精餾粗甲醇等幾個部分。

（1）合成原料氣。合成甲醇，首先是制備原料氫和碳的氧化物。其主要由石油、煤炭、天然氣等，用蒸汽轉化或部分氧化加以轉化，使其生成主要含氫、一氧化碳、二氧化碳的混合氣體。甲醇合成氣要求（H2-CO2）/（CO+CO2）=2.1左右。

（2）甲醇的合成。根據不同的催化劑，在不同的壓力下，溫度為240～270℃或360～400℃，通過催化劑進行合成反應，生成甲醇。由于受催化劑選擇性的限制，生成甲醇的同時，還有許多副反應伴隨發生，所以得到的產品是以甲醇為主和水以及多種有機雜質混合的溶液，即粗甲醇。

（3）凈化處理。粗甲醇凈化包括物理凈化和化學凈化，化學凈化主要是用堿破壞在精餾過程中難以分離的雜質，并調節pH值，而物理凈化則是簡單的過濾除雜。

（4）精餾粗甲醇。精餾主要是脫除易揮發組分如二甲醚，以及難揮發的乙醇、高碳醇和水。

1.3 甲醇合成的方法

隨著社會經濟水平的不斷發展，制備甲醇的方法已不再單一化了，目前其工業制備方法已有許多種類。如合成氣法、聯醇法或者采用其他原料合成法。現代工業一般是利用合成氣法制備甲醇，主要的三種合成氣制備甲醇的三種方法是：高壓法、低壓法、中壓法。

（1）合成氣高壓法合成甲醇。合成氣在340～420℃的高溫、30.0～50.0 Mpa的高壓下利用鋅-鉻氧化物作催化劑合成甲醇的方法即高壓法，這種方法合成甲醇已有較長歷史了，是目前世界化工產業生產甲醇的主要方法。

（2）合成氣低壓法合成甲醇。低壓法合成甲醇是合成氣在275℃、5.0MPa下用銅基催化劑合成甲醇。因反應器技術與催化劑的不斷改良，低壓法合成甲醇更加有利于降低生產成本，在現代化工產業來說有明顯的優勢。

（3）合成氣中壓法合成甲醇。中壓法合成甲醇是指一氧化碳和氫氣在溫度（235-315℃）壓力（10.0-27.0MPa）下合成甲醇。

2 甲醇合成工藝的操作優化方法

甲醇合成中的操作優化是一項非常重要的舉措。在具體優化過程中，應考慮到設備、以及工藝參數兩部分的優化。

2.1 甲醇合成工藝參數優化

一般情況下，壓力、催化劑溫度、合成速率、氣體組合、循環比以及碳氫比等都是比較常見的甲醇合成工藝參數。第一個是壓力問題，合成中高壓或者低壓對實際甲醇合成率以及產量會產生不同影響。實際操作證明，高壓是有益甲醇合成的，壓力越高，產率也會增加，可以說甲醇的產率是和壓力成正比的。在催化劑溫度方面，甲醇生產裝置必須兼顧到催化劑活性溫度，催化劑的操作溫度必須保持較低的條件，且要科學合理地避免因催化劑結晶而導致的催化劑失活現象[3]。在反應沒有達到平衡的狀態下，甲醇制備時適當地提高相應催化劑溫度，會有利于甲醇合成率的提高，若反應達到了平衡狀態，升高溫度反而會降低其制備速率。可見，高溫會降低催化劑的壽命，甲醇合成過程中把握好催化劑溫度非常地重要。優化氣體組成是提高甲醇合成效率的一個重要參數，因為在甲醇制備反應過程中，反應物濃度將會極大地影響反應速率，從而影響甲醇的制備，所以，一定要定時排出反應當中的惰性氣體。

2.2 甲醇合成生產設備優化

甲醇制備裝置的關鍵是合成反應器，在優化合成設備時，對合成反應器的性能要提升重視程度。倘若制備甲醇的反應器并沒有到達合適的溫度，甲醛制作壓縮機的進口、以及出口壓差將會因此增大，進而引起反應設備出現超出標準壓情況，最終增加的損耗率，這些問題不利于甲醇合成的效率，也會增加其合成所需成本，同時設施發生故障的可能性也會增加[4]。

3 結束語

甲醇在化工產業中運用領域較廣泛，其重要性可想而知。要使甲醇的合成品質以及其最終的合成產量滿足當代化工產業的要求，優化甲醛合成相關工藝流程操作控制已經成為一種必要性任務。在具體的優化過程中，做到全面考慮，才能真正做到提高甲醇合成的生產效率，降低生產成本，進而促進我國在化工產業的發展。

參考文獻：

[1]白璽，徐恒彪.甲醇合成的工藝過程分析與操作控制優化問題[J].化工設計通訊，2017，43（11）.

[2]劉建龍.甲醇精餾工藝操作優化探析[J].環球市場，2016（28）：96.

[3]尤燕妮，董國強，魏培.基于HAZOP分析的煤制甲醇氣化系統隱患排查管理[J].冶金叢刊，2017（05）：183-184.

[4]裴廷記.甲醇和鹽酸法制備二氧化氯工藝在化工循環水系統中的對比與分析[J].河南化工，2016，33（08）：37-39.