甲醇合成過程中的問題及解決方法

柏小龍 王海娟

摘 要：甲醇是不可或缺的工業(yè)原料之一，在印染、醫(yī)藥、化工等方面的需求量很大。目前甲醇的工藝流程都屬于大同小異，要不斷提高催化劑的活性，提高甲醇合成的效率。文中分析了甲醇合成工藝過程，闡述了合成工藝過程的問題，提出了合成工藝過程的優(yōu)化措施，為企業(yè)產(chǎn)出更多高精度的甲醇提供獨(dú)到的見解。

關(guān)鍵詞：甲醇；工藝流程；催化劑；解決方法

1 甲醇合成工藝過程

1.1 甲醇合成原理

氣體原料H2和CO在不相同的合成工藝和催化劑的作用下，產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)，包含甲醇合成的主反應(yīng)和很多副反應(yīng)，主反應(yīng)的化學(xué)式為CO+2H2=CH3OH，標(biāo)準(zhǔn)焓變?yōu)棣θ298=-90.64kJ/mol；CO2+3H2=CH3OH+H2O，標(biāo)準(zhǔn)焓變?yōu)棣θ298=-49.45kJ/mol。兩個(gè)主反應(yīng)的特點(diǎn)是都屬于可逆反應(yīng)、體積在反應(yīng)中變小、放熱反應(yīng)，需要優(yōu)質(zhì)的催化劑增加甲醇合成的反應(yīng)速度，更好的控制反應(yīng)方向等一系列問題[1]。影響甲醇合成化學(xué)反應(yīng)的平衡有三個(gè)因素：在反應(yīng)的過程中，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平衡的一些理論，反應(yīng)方向從CO和H2向合成甲醇的方向移動(dòng)，需要不間斷的往反應(yīng)物中加入原料，同時(shí)不間斷的取出甲醇。合成甲醇的過程是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)方向向逆方向移動(dòng)，同時(shí)反應(yīng)溫度提高副反應(yīng)的數(shù)量也增多，為了保證甲醇的轉(zhuǎn)化比例，時(shí)刻保持比較低的溫度。在甲醇的合成過程中是一個(gè)體積變小的過程，甲醇的壓縮性比H2和CO的壓縮性好，壓力升高時(shí)，反應(yīng)方向向正方向不斷移動(dòng)[2]。綜上所述，合成甲醇的反應(yīng)中要在高壓、低溫的條件下進(jìn)行，同時(shí)將活性較高的催化劑放置在高壓和低溫的條件下進(jìn)行反應(yīng)。

1.2 甲醇合成工藝流程

合成甲醇工藝工程的種類特別多，工藝流程的線路比較長(zhǎng)。雖然工藝不同但是整體的流程差別不大，可以分為合成氣的生成和凈化的過程，制取粗甲醇、提純粗甲醇的過程等[3]。有的催化劑可能不同造成合成裝置結(jié)構(gòu)有一定的區(qū)別。

2 合成工藝過程的問題

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)的化工生產(chǎn)水平不斷提高，甲醇是化工生產(chǎn)中非常重要的工業(yè)原料，因此甲醇的需求量也不斷提高。在2016年甲醇市場(chǎng)報(bào)價(jià)已經(jīng)超過1850元/t，一些緊缺地區(qū)甲醇的報(bào)價(jià)甚至直逼2000元/t。隨著市場(chǎng)對(duì)甲醇的不斷需求，需要生產(chǎn)企業(yè)不斷提高甲醇的生產(chǎn)效率和技術(shù)水平。很多甲醇的生產(chǎn)是以煤炭或者天然氣作為原料，主要分為聯(lián)產(chǎn)甲醇和單產(chǎn)甲醇兩種。通過分析甲醇生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)的流程線路比較長(zhǎng)，流程比較復(fù)雜，從整體看，工藝流程非常復(fù)雜和繁瑣，在生產(chǎn)的過程中甲醇的凈化方法差異較大，生產(chǎn)中需要的原料差別較大，因此生產(chǎn)工藝的差別較大。原料是天然氣的甲醇工藝技術(shù)包含氣流床企劃爐技術(shù)和固定床氣化技術(shù)等。原料是煤的甲醇工藝技術(shù)包含催化技術(shù)、高壓技術(shù)以及水電解質(zhì)氫聯(lián)合成氣工藝等。生產(chǎn)甲醇的過程中主要包括制造原料氣，凈化原料氣，在合成甲醇的過程中要進(jìn)行精餾處理，在實(shí)際生產(chǎn)過程中需要依據(jù)具體的生產(chǎn)情況進(jìn)行不同的調(diào)整。

3 合成工藝過程的優(yōu)化措施

甲醇合成中，若操作環(huán)節(jié)中出現(xiàn)差錯(cuò)，會(huì)嚴(yán)重降低催化劑的活性，粗甲醇合成中控制不好副產(chǎn)物會(huì)非常多，會(huì)影響后續(xù)的精餾的提取質(zhì)量，最終影響合成物的合成效率，對(duì)甲醇的生產(chǎn)過程造成一定的不利影響。甲醇的合成工藝要進(jìn)行一定的改進(jìn)和革新。在實(shí)際的操作中，可以優(yōu)化生產(chǎn)工藝的各項(xiàng)參數(shù)和設(shè)備的選取。在具體的工藝過程中，可以革新甲醇設(shè)備和甲醇生產(chǎn)工藝的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 工藝參數(shù)的優(yōu)化

在甲醇實(shí)際的生產(chǎn)過程中參數(shù)比較繁多，具體包含甲醇在生產(chǎn)過程中的壓力條件、催化劑的選擇和使用、各個(gè)環(huán)節(jié)的合成效率和其它氣體的比例和組成等。從壓力方面進(jìn)行分析，生產(chǎn)甲醇的低壓參數(shù)和高壓參數(shù)的差別很大，最終的產(chǎn)量和合成效率的影響也比較明顯，因此，在整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，壓力的控制是非常關(guān)鍵的。壓力設(shè)置中，高壓更加促進(jìn)甲醇的生產(chǎn)，實(shí)踐證明，甲醇生產(chǎn)工藝中的壓力提升和甲醇的生產(chǎn)效率有正比關(guān)系，壓力越大，生產(chǎn)的效率也將越大。所以，在利用生產(chǎn)壓力參數(shù)優(yōu)化生產(chǎn)操作時(shí)，往往需要首先對(duì)壓力進(jìn)行充分的考慮，最終達(dá)到提升甲醇生產(chǎn)效率的重要目的。此外，生產(chǎn)中的催化劑溫度參數(shù)也將影響到甲醇的生產(chǎn)效率。所以，在進(jìn)行甲醇的生產(chǎn)合成過程中，要對(duì)生產(chǎn)中的催化劑溫度進(jìn)行一定的控制，這樣才能使得生產(chǎn)的效率大大提升。在生產(chǎn)時(shí)，催化劑的溫度變化不能過快，否則會(huì)嚴(yán)重影響原有的生產(chǎn)率，也會(huì)對(duì)合成的反應(yīng)產(chǎn)生不良的影響。與此同時(shí)，甲醇合成時(shí)要注意隨時(shí)排出合成系統(tǒng)內(nèi)的惰性氣體，不斷提高生產(chǎn)效率，最大程度提高反應(yīng)氣體的濃度問題，增強(qiáng)反應(yīng)效率。

3.2 生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化

為了使得甲醇的合成工藝得到優(yōu)化，不僅要實(shí)現(xiàn)合成參數(shù)的優(yōu)化和處理，還需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化和控制，這樣才能使得合成裝置更加滿足生產(chǎn)工藝的實(shí)際需要。為了使得最終的合成物甲醇的生產(chǎn)質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，需要提升產(chǎn)品的品質(zhì)，從而避免由于生產(chǎn)合成裝置的問題所導(dǎo)致的甲醇產(chǎn)品質(zhì)量下降的問題。在設(shè)備的優(yōu)化和處理中，需要對(duì)合成反應(yīng)器的性能提升高度重視，若生產(chǎn)合成設(shè)備的反應(yīng)器的溫度低于標(biāo)準(zhǔn)值，則會(huì)導(dǎo)致甲醇的合成壓縮機(jī)的進(jìn)出口壓差變大，這會(huì)使得反應(yīng)裝置出現(xiàn)超壓?jiǎn)栴}，最終導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備的消耗變大，從而使得生產(chǎn)甲醇的成本大大提升，此外，還將使得生產(chǎn)設(shè)備的故障率提高。我們?cè)谶M(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化時(shí)，要把生產(chǎn)參數(shù)的穩(wěn)定性當(dāng)作生產(chǎn)的主要標(biāo)準(zhǔn)，并使得反應(yīng)裝置中的含氣量提升，避免在合成甲醇的反應(yīng)中出現(xiàn)壓力上漲的問題。所以，可以利用二氧化碳的含量控制，避免其含量的波動(dòng)而導(dǎo)致催化劑的效果，因此要對(duì)催化劑進(jìn)行一定的保護(hù)，最終使得溫度在催化劑活性最佳的范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

隨著工業(yè)進(jìn)程的不斷擴(kuò)大，對(duì)甲醇的需求量每年都在增加，要不斷優(yōu)化甲醇的工藝流程和技術(shù)革新，提高甲醇產(chǎn)出率和精細(xì)度。在實(shí)際操作中還有多方面的優(yōu)化和改進(jìn)，使甲醇的合成裝置和設(shè)備更加符合實(shí)際的需求。

參考文獻(xiàn)

[1]李欽濤.甲醇合成反應(yīng)穩(wěn)態(tài)工藝過程模擬研究[J].山西化工，2019，39（02）：63-65.

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[3]馬大偉.甲醇裝置合成系統(tǒng)增產(chǎn)節(jié)能環(huán)保改造[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2019，45（05）：25-26.