甲醇合成工艺过程及优化研究

甲醇合成工艺过程及优化研究

马国智,陈凯,张少栋,袁丽珍,王晓萍

青海盐湖镁业有限公司 青海省格尔木市 816000

摘要：甲醇合成的反应过程主要是在添加催化剂进行综合反应，随后开展可逆操作，相关反应操作十分复杂，通过对一氧化碳实施加氢处理，合成反应后形成甲醇，此反应过程属于放热反应，立足于化学平衡原理，系统分析处于相同温度状态下，随着所承受压力的持续扩大，则KN值相继扩大，对应甲醇平衡产率相继提高。处于等同承受压力下，随着温度升高，则对应KN值逐渐降低。由此可以看出在甲醇合成过程中，如果是高压低温环境会更加有利。甲醇合成处理流程可以进一步分解为原料合成气、压缩净化处理、合成加工以及粗甲醇整体精馏等操作环节。原材料合成气过程中，甲醇合成需要率先对碳、氢等原料氧化物实施合理制备，通过天然气、煤炭以及石油等原材料加工生产形成的物质，通过蒸汽处理进行转化或直接实施氧化处理，顺利生产出由二氧化碳、一氧化碳以及氢原料组成混合元素。净化处理阶段，因为粗甲醇无法直接应用，需要率先实施净化，可以选择化学以及物理两种措施实施净化处理，化学净化能够通过碱帮助精馏过程破坏那些难以处理的杂质，对pH值实施合理调节，物理手段的净化方法主要是对内部杂质进行简单过滤去除。针对粗甲醇实施全面精馏处理，主要是将易挥发物质实施全面去除，例如二甲醚以及挥发难度较高的高碳醇、乙醇以及水等元素。

关键词：甲醇合成；工艺过程；优化

1甲醇合成方法

1.1高压法

高压法合成技术主要是在30～50MPa以及340～420℃高温状态下通过锌铬氧化物充当反应溶剂，或借助其他材料进行合成反应。高压法属于传统模式下甲醇制备措施，对应参数维持在20～35MPa之间。一般应用高压措施对甲醇材料实施制备中，因为相关生产技术尚未达到标准实力，在人力和材料资源投入方面形成了巨大的浪费。除此之外，因为高压法进行系统处理，需要保证在高压高温状态下实施反应处理，导致所形成甲醇内部杂质含量过多，为此该种方法逐渐被化工产业所淘汰。

1.2低压法

低压法指采用低温、低压和高活性铜基催化剂在在5～10MPa压力区间合成甲醇的工艺。相比较高压法，低压法具有良好的选择性，能够在低压的条件下实现催化，最终得到甲醇，同时能源消耗较低，工艺操作简便、投入成本较低，应用较为广泛。

1.3中压法

中压合成法主要是在10～27MPa以及235～315℃高温状态下通过氢气以及一氧化碳混合反应形成甲醇。和高压法相比，尽管应用低压法能够有效降低甲醇合成中的能源损耗，但在化工产业整体生产过程对于基础原材料需求量持续扩大背景下，低压合成法使得设备产生批量扩大的现象，导致出现资金和生产原材料的大量浪费，为此在化工生产中需要充分联系市场发展状况，优化调整运行压力，把低压转化为中压处理，减少资金投入，缩减处理工艺复杂度，优化整体生产效率，减少资源浪费，促进国内化工产业进一步发展。

2甲醇合成工艺操作优化

2.1工艺参数优化

对甲醇合成工艺造成影响的参数因素较多，主要包括合成回路压力、催化反应剂的温度、合成阶段的空速及循环量、合成气成分、惰性气体及氢碳比等。(1）合成回路的压力。在具体反应阶段，压力值的高低对甲醇的产量比有直接影响，虽然增大系统压力对平衡有利，但压力过大会造成合成塔压差及生产负荷增加，导致催化剂的机械强度下降。不同的催化剂对合成压力有不同的要求。平时合成系统的压力主要通过控制驰放气的量来控制。(2）催化剂床层温度。结合操作经验，在甲醇反应阶段需要将催化剂温度控制在合理的范围区间内，在控制的过程中需要防止催化剂由于温度调节产生表面结晶，对催化结果造成影响。另外，甲醇合成反应温度越高，副反应也会增加，生成的粗甲醇中有机杂质的含量也增加。所以合理选择操作温度对合成反应提高CO转化率至关重要。(3）空速及循环量。空速是指单位时间内流过单位体积催化剂的量，在一定条件下，低空速催化剂生产强度低，换热面积小，循环气量小，热值利用率高。高空速下则单位时间内通过催化剂的气体量增加，甲醇产量增加。当空速增大到一定范围时，甲醇产量的增加就不明显了。同时，由于空速的增加，消耗的能量也随之加大，气体带走的热量也增加。当气体带走的热量大于反应热时，床层温度会难以维持。空速一般控制在10000～30000h-1。催化剂晚期可以适当提高循环量。(4）合成气成分影响及氢碳比控制。根据方程式，甲醇原料气最理想的氢碳比为f=(H2-CO）/（CO+CO2)=2.1～2.15。通过改变从变压吸附来的99%的氢气加入量，来调节原料气合适的氢碳比。甲醇原料气的主要组分是CO、CO2、H2，其中含少量CH4、N2在合成反应器内不参与反应的惰性气体。循环气中惰性气体增多会降低CO、CO2、H2的有效分压，对甲醇的合成不利，而且增加了循环气压缩机的动力消耗。但在系统中又不能排放过多，会引起有效气体的损失。一般控制原则：在催化剂使用初期控制在20%～25%，反之控制在15%～20%。控制循环气中惰性气体含量的主要方法是排放粗甲醇分离器后的气体。另外，在合成气中要防止油、水、尘粒、硫化物、氯化物、羰基铁等杂质进入造成催化剂损害或永久失活。

2.2减少人力操作误差

随着我国工业生产水平的不断提升，作为常见的化工原材料，甲醇被广泛应用于社会发展的各个领域当中。现阶段，虽然我国在甲醇加工合成领域已经累计了一定经验，但受到技术人员水平以及设备运行质量等因素的影响，我国相较于先进国家在甲醇的合成加工方面仍然有较大的提升空间。因此为最大限度上满足当前市场对甲醇质量与产量的要求，在生产过程中应不断减少人力操作误差，进而通过落实更加先进的智能化技术来实现降低生产成本、提高生产精度的目的。当前，要想实现我国甲醇合成加工的智能化控制主要可以从两个角度入手：1）可以在甲醇的转化阶段采用智能化控制技术，将加热装置的初始温度调节为40℃，随后再对压强和气体含量变化加以调控，并在压强小于25Pa的时候进一步添加天然气并加热[8]。值得注意的是，甲醇在进行加热之后会产生甲酸二甲酯等物质，以此需要停止加热并进行导出。2）在甲醇生产过程中还应在现有基础上进一步引入更多的智能化设备以及先进技术人员，同时加强对现有技术人员技术水平的培训，从而为甲醇加工与转化工艺水平的提升提供坚实的人才保障，最大限度满足社会的生产需求。

2.3控制方法优化

首先，是对控制系统进行更新换代。其次，是根据装置实际运行情况主动对系统参数、PID参数进行优化调整，严格按照操作规程操作。最后，要做好合成催化剂还原处理，合成催化剂只有经过还原才具有活性。甲醇合成铜基催化剂还原反应：CuO+H2=Cu+H2O（△H25H基催化剂还原反应mol）。甲醇合成催化剂还原注意事项：三低（低温出水、低氢还原、还原结束后有一个低负荷运行期）；三稳（提温稳、补氢稳、出水稳）；三不（提氢与提温不同时进行、水分不带入塔体、高温出水时间不能太长）。

3结论

综上所述，甲醇对于推动化学工业的发展来说具有重要的作用，是十分关键的一项原料，因此，对甲醇生产过程进行优化十分必要，有效提高其合成质量，降低杂质含量。

参考文献：

[1]宋晓玲,李进,冯俊,等.低温甲醇合成工业试验装置运行分析[J].辽宁化工,2021,50(4):513-515,518.

[2]丁彩丽,安宏伟,刘立考.甲醇合成装置副产低压饱和蒸汽余压利用改造[J].大氮肥,2020,43(1):61-64.

[3]黄飞,谷瑞英.甲醇合成的工艺过程分析及控制分析点优化[J].化工管理,2019,(5):95-96.

[4]侯瑞生.低压法甲醇合成催化剂[J].山西化工,2019,30(5):36-38.