甲醇合成工藝過程及優化分析

秦偉　韓永亮

摘要：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。

關鍵詞：甲醇合成;工藝過程;優化分析

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。

2合成氣（CO+H2）生產甲醇的方法

2.1高壓法（20MPa——35MPa）

在早以前，工作人員就普遍采用這種高壓法去生產甲醇，但是高壓法所耗費的原料巨大、也耗費的許多的勞動力、反應溫度和壓力都極其高、生產出來的甲醇含量雜質廢物太多、投資大成本又高，所以已經被漸漸地淘汰下去。

2.2低壓法（5.0MPa——10.0MPa）

低壓法是1960年之后逐步發展起來的一種新型合成甲醇技術。就是在低壓情況下，把一氧化碳與氫氣采用合適的催化劑用來進行甲醇的合成。這項工藝流程可以在較低的壓力下獲得很高的甲醇效率，它具有很少的反作用、又具有好的選擇功能的特點、降低了對原材料的耗費。由于制造的壓力較低所以工藝設備的生產制造也比高壓法要容易得多，低壓法比高壓法所耗費的資金也少。

2.3中壓法（10.05Mpa——20.05MPa）

隨著甲醇合成規模的大量化，如果繼續采用低壓法制作甲醇會導致工藝管道和工藝設備的龐大，從而導致投入資本的擴大和原料的浪費。因此，工作人員要在低壓法的基礎上，適當的提高壓力發展成為中壓法。中壓法的綜合利用指標要比低壓法好得多。結合我國的特殊情況，工作人員努力開發出一種新的生產方法就是將合成氨和甲醇同時生產。然而在這種工藝過程當中，銅基催化劑易中毒，所以就要求合成甲醇的原料中含硫量應小于1ml/m3。這種方法不僅過程簡單、而且投資省錢、而且建設成效也快，對我國合成甲醇產業的發展具有重大的意義。

3甲醇合成工藝的操作優化方法

3.1 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。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。

3.2 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。

結束語

甲醇的合成是化工生產中不可或缺的重要組成部分，就當前世界目前形勢來看，國外的甲醇合成工藝已經十分的成熟，大多以天然氣制甲醇為主。但是我國國內的甲醇合成技術仍然比較落后，呈現出產能小、浪費多、技術落后、難于滿足市場需求、設備磨損過大、設備老化過快等一系列缺點。因此工作人員進行工藝流程優化勢在必行，工作人員應該積極的對甲醇的合成工藝過程進行合理的分析與合理的規劃，對甲醇合成技術操作控制進行合理的優化，從而解決我國當前甲醇合成技術生產存在的一系列問題。

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