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原料之一，在印染、醫藥、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化措施，為企業產出更多高精度的甲醇提供獨到的見解。

關鍵詞：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，產生一系列化學反應，包含甲醇合成的主反應和很多副反應，主反應的化學式為CO+2H2=CH3OH，標準焓變為ΔHθ298=-90.64kJ/mol；CO2+3H2=CH3OH+H2O，標準焓變為ΔHθ298=-49.45kJ/mol。兩個主反應的特點是都屬于可逆反應、體積在反應中變小、放熱反應，需要優質的催化劑增加甲醇合成的反應速度，更好的控制反應方向等一系列問題[1]。影響甲醇合成化學反應的平衡有三個因素：在反應的過程中，根據化學反應平衡的一些理論，反應方向從CO和H2向合成甲醇的方向移動，需要不間斷的往反應物中加入原料，同時不間斷的取出甲醇。合成甲醇的過程是一個可逆的放熱反應，升高溫度，反應方向向逆方向移動，同時反應溫度提高副反應的數量也增多，為了保證甲醇的轉化比例，時刻保持比較低的溫度。在甲醇的合成過程中是一個體積變小的過程，甲醇的壓縮性比H2和CO的壓縮性好，壓力升高時，反應方向向正方向不斷移動[2]。綜上所述，合成甲醇的反應中要在高壓、低溫的條件下進行，同時將活性較高的催化劑放置在高壓和低溫的條件下進行反應。

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。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構有一定的區別。

2 合成工藝過程的問題

隨著經濟的發展，國內的化工生產水平不斷提高，甲醇是化工生產中非常重要的工業原料，因此甲醇的需求量也不斷提高。在2016年甲醇市場報價已經超過1850元/t，一些緊缺地區甲醇的報價甚至直逼2000元/t。隨著市場對甲醇的不斷需求，需要生產企業不斷提高甲醇的生產效率和技術水平。很多甲醇的生產是以煤炭或者天然氣作為原料，主要分為聯產甲醇和單產甲醇兩種。通過分析甲醇生產工藝，生產的流程線路比較長，流程比較復雜，從整體看，工藝流程非常復雜和繁瑣，在生產的過程中甲醇的凈化方法差異較大，生產中需要的原料差別較大，因此生產工藝的差別較大。原料是天然氣的甲醇工藝技術包含氣流床企劃爐技術和固定床氣化技術等。原料是煤的甲醇工藝技術包含催化技術、高壓技術以及水電解質氫聯合成氣工藝等。生產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行精餾處理，在實際生產過程中需要依據具體的生產情況進行不同的調整。

3 合成工藝過程的優化措施

甲醇合成中，若操作環節中出現差錯，會嚴重降低催化劑的活性，粗甲醇合成中控制不好副產物會非常多，會影響后續的精餾的提取質量，最終影響合成物的合成效率，對甲醇的生產過程造成一定的不利影響。甲醇的合成工藝要進行一定的改進和革新。在實際的操作中，可以優化生產工藝的各項參數和設備的選取。在具體的工藝過程中，可以革新甲醇設備和甲醇生產工藝的各個參數進行優化。

3.1 工藝參數的優化

在甲醇實際的生產過程中參數比較繁多，具體包含甲醇在生產過程中的壓力條件、催化劑的選擇和使用、各個環節的合成效率和其它氣體的比例和組成等。從壓力方面進行分析，生產甲醇的低壓參數和高壓參數的差別很大，最終的產量和合成效率的影響也比較明顯，因此，在整個生產環節，壓力的控制是非常關鍵的。壓力設置中，高壓更加促進甲醇的生產，實踐證明，甲醇生產工藝中的壓力提升和甲醇的生產效率有正比關系，壓力越大，生產的效率也將越大。所以，在利用生產壓力參數優化生產操作時，往往需要首先對壓力進行充分的考慮，最終達到提升甲醇生產效率的重要目的。此外，生產中的催化劑溫度參數也將影響到甲醇的生產效率。所以，在進行甲醇的生產合成過程中，要對生產中的催化劑溫度進行一定的控制，這樣才能使得生產的效率大大提升。在生產時，催化劑的溫度變化不能過快，否則會嚴重影響原有的生產率，也會對合成的反應產生不良的影響。與此同時，甲醇合成時要注意隨時排出合成系統內的惰性氣體，不斷提高生產效率，最大程度提高反應氣體的濃度問題，增強反應效率。

3.2 生產設備的優化

為了使得甲醇的合成工藝得到優化，不僅要實現合成參數的優化和處理，還需要實現生產設備的優化和控制，這樣才能使得合成裝置更加滿足生產工藝的實際需要。為了使得最終的合成物甲醇的生產質量達到標準，需要提升產品的品質，從而避免由于生產合成裝置的問題所導致的甲醇產品質量下降的問題。在設備的優化和處理中，需要對合成反應器的性能提升高度重視，若生產合成設備的反應器的溫度低于標準值，則會導致甲醇的合成壓縮機的進出口壓差變大，這會使得反應裝置出現超壓問題，最終導致生產設備的消耗變大，從而使得生產甲醇的成本大大提升，此外，還將使得生產設備的故障率提高。我們在進行生產設備的優化時，要把生產參數的穩定性當作生產的主要標準，并使得反應裝置中的含氣量提升，避免在合成甲醇的反應中出現壓力上漲的問題。所以，可以利用二氧化碳的含量控制，避免其含量的波動而導致催化劑的效果，因此要對催化劑進行一定的保護，最終使得溫度在催化劑活性最佳的范圍內。

4 結論

隨著工業進程的不斷擴大，對甲醇的需求量每年都在增加，要不斷優化甲醇的工藝流程和技術革新，提高甲醇產出率和精細度。在實際操作中還有多方面的優化和改進，使甲醇的合成裝置和設備更加符合實際的需求。

參考文獻

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

[2]王昱龍，郭軍，王志剛.甲醇合成催化劑失活及影響因素分析[J].化工設計通訊，2018，44（10）：14.

[3]馬大偉.甲醇裝置合成系統增產節能環保改造[J].化工設計通訊，2019，45（05）：25-26.