甲醇合成工藝過程與操作控制優(yōu)化的分析

夏春濤

摘 要：甲醇是當今工業(yè)化工產(chǎn)業(yè)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(chǎn)中使用頻率較高，且其應(yīng)用范圍廣泛。本文就甲醇合成工藝過程以及其操作控制優(yōu)化兩方面進行分析論述，并根據(jù)相關(guān)問題提出改進措施，供相關(guān)人士進行交流探討。

關(guān)鍵詞：甲醇合成；工藝過程；操作控制；優(yōu)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(jīng)較為先進了，而國內(nèi)對于合成甲醇的相關(guān)技術(shù)卻仍舊比較落后，不僅產(chǎn)能小，而且設(shè)備老化嚴重，無法滿足當今的市場要求。因此，加快優(yōu)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(chǎn)業(yè)中甲醇合成的效率，僅僅提高技術(shù)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(yōu)化。

1.1 甲醇合成的反應(yīng)機理

甲醇合成反應(yīng)是在催化劑作用下進行的復(fù)雜的可逆反應(yīng)，由一氧化碳加氫合成甲醇CO+2H2=CH3OH（氣），該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，從化學(xué)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(chǎn)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(yīng)、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(xué)吸附，吸附的反應(yīng)物在活性表面上進行反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物脫附，反應(yīng)產(chǎn)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(fù)雜的，一整套流程下來耗時較長，實際生產(chǎn)過程中，選用的凈化方式、以及原料的不同，相應(yīng)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(zhuǎn)化或部分氧化加以轉(zhuǎn)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(jù)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(yīng)，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(yīng)伴隨發(fā)生，所以得到的產(chǎn)品是以甲醇為主和水以及多種有機雜質(zhì)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(xué)凈化，化學(xué)凈化主要是用堿破壞在精餾過程中難以分離的雜質(zhì)，并調(diào)節(jié)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(fā)組分如二甲醚，以及難揮發(fā)的乙醇、高碳醇和水。

1.3 甲醇合成的方法

隨著社會經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展，制備甲醇的方法已不再單一化了，目前其工業(yè)制備方法已有許多種類。如合成氣法、聯(lián)醇法或者采用其他原料合成法。現(xiàn)代工業(yè)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(chǎn)業(yè)生產(chǎn)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(yīng)器技術(shù)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(chǎn)成本，在現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)來說有明顯的優(yōu)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(yōu)化方法

甲醇合成中的操作優(yōu)化是一項非常重要的舉措。在具體優(yōu)化過程中，應(yīng)考慮到設(shè)備、以及工藝參數(shù)兩部分的優(yōu)化。

2.1 甲醇合成工藝參數(shù)優(yōu)化

一般情況下，壓力、催化劑溫度、合成速率、氣體組合、循環(huán)比以及碳氫比等都是比較常見的甲醇合成工藝參數(shù)。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(chǎn)量會產(chǎn)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(chǎn)率也會增加，可以說甲醇的產(chǎn)率是和壓力成正比的。在催化劑溫度方面，甲醇生產(chǎn)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(xué)合理地避免因催化劑結(jié)晶而導(dǎo)致的催化劑失活現(xiàn)象[3]。在反應(yīng)沒有達到平衡的狀態(tài)下，甲醇制備時適當?shù)靥岣呦鄳?yīng)催化劑溫度，會有利于甲醇合成率的提高，若反應(yīng)達到了平衡狀態(tài)，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(yōu)化氣體組成是提高甲醇合成效率的一個重要參數(shù)，因為在甲醇制備反應(yīng)過程中，反應(yīng)物濃度將會極大地影響反應(yīng)速率，從而影響甲醇的制備，所以，一定要定時排出反應(yīng)當中的惰性氣體。

2.2 甲醇合成生產(chǎn)設(shè)備優(yōu)化

甲醇制備裝置的關(guān)鍵是合成反應(yīng)器，在優(yōu)化合成設(shè)備時，對合成反應(yīng)器的性能要提升重視程度。倘若制備甲醇的反應(yīng)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(yīng)設(shè)備出現(xiàn)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(shè)施發(fā)生故障的可能性也會增加[4]。

3 結(jié)束語

甲醇在化工產(chǎn)業(yè)中運用領(lǐng)域較廣泛，其重要性可想而知。要使甲醇的合成品質(zhì)以及其最終的合成產(chǎn)量滿足當代化工產(chǎn)業(yè)的要求，優(yōu)化甲醛合成相關(guān)工藝流程操作控制已經(jīng)成為一種必要性任務(wù)。在具體的優(yōu)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(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，進而促進我國在化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)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(yōu)化問題[J].化工設(shè)計通訊，2017，43（11）.

[2]劉建龍.甲醇精餾工藝操作優(yōu)化探析[J].環(huán)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(tǒng)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(huán)水系統(tǒng)中的對比與分析[J].河南化工，2016，33（08）：37-39.