甲醇合成工藝過程及優(yōu)化分析

郝鳳英（陜西奧維乾元化工有限公司，陜西榆林719400）

0 引言

甲醇又名木醇、木精，是一種無色、易揮發(fā)的液體，化學(xué)分子式為CH3OH.其分子量為32.04，正常壓力下的沸點(diǎn)為64.7℃。在世界石油資源緊缺以及清潔能源、環(huán)保需求增加的情況下,以天然氣、煤為原料生產(chǎn)甲醇,通過甲醇生產(chǎn)一系列深加工產(chǎn)品,成為“碳一化工”的重要突破口。甲醇在化工業(yè)中是極為重要的基礎(chǔ)化工原料，在煤化工、石油化工和天然氣化工中都是列入主要品種的化工產(chǎn)品。隨著社會(huì)的高速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也發(fā)生了日新月異的變化，社會(huì)對(duì)化工業(yè)的精度要求也越來越高。在各類下游化工產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品的生產(chǎn)中對(duì)甲醇的需求量也日益增高。

1 甲醇合成工藝過程分析

1.1 甲醇合成反應(yīng)分析

甲醇合成反應(yīng)是在催化劑的作用下進(jìn)行的較為復(fù)雜的可逆性反應(yīng)，具體是由一氧化碳與氫氣進(jìn)行放熱反應(yīng)，生成甲醇。從化學(xué)平衡原理的角度分析，低溫高壓對(duì)甲醇的合成更為有利。一般來說制備甲醇的催化劑包括鋅鎘催化劑、酮基催化劑等，催化劑在催化過程中的吉利包括擴(kuò)散、吸附、反應(yīng)、解析和擴(kuò)散五個(gè)步驟。

1.2 甲醇合成流程

甲醇作為一種重要的化工原料，其合成反應(yīng)機(jī)制一直是甲醇合成反應(yīng)研究中的重點(diǎn)問題。為了切實(shí)提高甲醇的生產(chǎn)水平，進(jìn)而解決甲醇的供求問題，對(duì)甲醇合成工藝進(jìn)行研究具有重要的意義。我國作為資源豐富的煤炭資源大國，在進(jìn)行甲醇制備時(shí)通常采用天然氣和煤炭兩種原料，具體的生產(chǎn)工藝氛圍單產(chǎn)甲醇和量產(chǎn)甲醇。合成甲醇的工藝流程較長，且工藝復(fù)雜，使用不同的原料會(huì)導(dǎo)致工藝流程存在一定的差異，具體使用的設(shè)備和催化劑也會(huì)各有不同，其中主要包括合成原料、凈化處理、壓縮工藝和合成工藝、精餾粗甲醇的幾個(gè)環(huán)節(jié)。制備甲醇的主要工藝特點(diǎn)包括：

（1）采用含較高含量的二氧化碳、氮?dú)馓烊粴鉃橹苽湓希?/p>

（2）采用燃?xì)獍霞夹g(shù)對(duì)含醇廢水進(jìn)行有效處理；

（3）采用預(yù)轉(zhuǎn)化爐對(duì)天然氣中的高耗能氣體進(jìn)行轉(zhuǎn)化，降低轉(zhuǎn)化爐的負(fù)荷；

（4）采用三塔精餾工藝對(duì)甲醇進(jìn)行精餾。

2 甲醇的合成方法

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展，甲醇的制備也不再局限于單一的方法。當(dāng)前甲醇的工業(yè)制備方法有諸多種類，如合成氣法、聯(lián)醇法等，現(xiàn)代工業(yè)中一般利用合成氣法制備甲醇，具體包括三種方法：高壓法、低壓法和中壓法。

2.1 高壓法

高壓法是一種較為傳統(tǒng)的甲醇生產(chǎn)方式，其數(shù)值在20 到35MPa。普遍使用高壓法制備甲醇時(shí)的生產(chǎn)技術(shù)水平還較為落后，在原料和人力投入方面均有較大的浪費(fèi)。此外，由于高壓法還需在高溫高壓的條件下進(jìn)行，這導(dǎo)致了生產(chǎn)出的甲醇具有較多的雜質(zhì)，因此這一方法目前已逐漸被市場淘汰。

2.2 低壓法

隨著世界能源危機(jī)的爆發(fā)，高壓法已無法滿足工業(yè)發(fā)展的需求，其在20世紀(jì)60年代中后期逐漸被低壓法制備技術(shù)取代。低壓法的壓力數(shù)值在5.0～10.0MPa之間，這種方式能夠在低壓狀態(tài)和特定的條件下進(jìn)行催化，最終制備出甲醇。在低壓條件下進(jìn)行反應(yīng)作用具有比高壓狀態(tài)下更多的選擇性，因此大大降低了能源的消耗，同時(shí)也降低了資金的投入。

2.3 中壓法

盡管低壓法相對(duì)高壓法來說大大降低了能源的損耗，但隨著化工業(yè)對(duì)甲醇的需求日益增加，低壓合成法導(dǎo)致了設(shè)備批量增加，進(jìn)而引起原料和資金的巨大浪費(fèi)。因此化工業(yè)根據(jù)市場的實(shí)際情況對(duì)壓力進(jìn)行合理調(diào)整，將低壓合成法變?yōu)橹袎汉铣煞ǎ瑢?shí)現(xiàn)了更好的生產(chǎn)模式。從當(dāng)前的應(yīng)用中來看，中壓合成法在工藝流程和資金投入方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)，且見效快、浪費(fèi)少，能夠有效推動(dòng)我國的工業(yè)發(fā)展。

3 甲醇合成操作控制的優(yōu)化分析

在甲醇的合成工藝中，一旦操作不當(dāng)，則會(huì)導(dǎo)致催化劑活性下降、精餾不達(dá)標(biāo)，最終影響產(chǎn)品的合格率，這不僅會(huì)增加生產(chǎn)成本，也可能帶來一系列的安全問題。因此必須對(duì)甲醇的合成操作控制進(jìn)行合理的優(yōu)化。

3.1 優(yōu)化合成工藝參數(shù)

在常見的甲醇合成工藝中，壓力大小、催化反應(yīng)劑量的溫度、參與反應(yīng)的氣體、合成過程中的速率控制和循環(huán)比率、碳?xì)浜康榷紩?huì)對(duì)合成結(jié)果的參數(shù)產(chǎn)生影響。其中對(duì)參數(shù)影響最大的是壓力的大小，在實(shí)際的反應(yīng)過程中，壓力的高低對(duì)甲醇的產(chǎn)量比有著最為直接的影響，壓力越大，甲醇的產(chǎn)量就越高。另外，催化反應(yīng)的溫度也會(huì)對(duì)甲醇合成工藝參數(shù)產(chǎn)生影響，在反應(yīng)過程中催化反應(yīng)劑要控制在一個(gè)相對(duì)較低的范圍內(nèi)，避免反應(yīng)劑由于溫度過高而導(dǎo)致表面出現(xiàn)結(jié)晶，進(jìn)而影響催化結(jié)果；但需要注意的是，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整催化劑的溫度能夠提升合成率，但不能大幅度提升其溫度，否則不僅無法達(dá)到提升合成率的效果，還會(huì)對(duì)正常的合成產(chǎn)生影響，最終影響產(chǎn)率。參與反應(yīng)的氣體是第三類對(duì)工藝參數(shù)產(chǎn)生影響的因素，在進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化時(shí)應(yīng)實(shí)時(shí)的排放惰性氣體，從而提高甲醇濃度。除此之外，其他多項(xiàng)因素也會(huì)對(duì)甲醇合成的工藝參數(shù)產(chǎn)生影響。

3.2 優(yōu)化合成生產(chǎn)設(shè)備

對(duì)于甲醇的制備而言，最關(guān)鍵的是合成反應(yīng)器這一制備裝置，反應(yīng)器的性能參數(shù)對(duì)甲醇的合成效果起到直接的決定性作用。在對(duì)甲醇合成工藝的操作進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，要切實(shí)提高對(duì)合成反應(yīng)器的重視程度。在實(shí)際反應(yīng)過程中，如若制備甲醇的反應(yīng)器未達(dá)到合適的溫度，甲醇制作壓縮機(jī)中的壓差會(huì)有所增加，進(jìn)而導(dǎo)致反應(yīng)設(shè)備出現(xiàn)超過標(biāo)準(zhǔn)壓力的情況，這會(huì)增加設(shè)備的損耗率，增加甲醇制備成本，甚至引發(fā)設(shè)備故障。

3.3 優(yōu)化控制方法

隨優(yōu)化甲醇合成工藝的控制方法包括兩個(gè)方面：科學(xué)掌握甲醇合成的主動(dòng)性和合理使用催化劑。

（1）科學(xué)掌握甲醇合成的主動(dòng)性。把握甲醇合成的主動(dòng)性能夠切實(shí)提高甲醇的品質(zhì)。在實(shí)踐過程中，催化劑的使用在甲醇合成反應(yīng)中產(chǎn)生了較大的影響，因此，掌握甲醇合成的主動(dòng)性，確保參數(shù)合理準(zhǔn)確，能夠有效提升生產(chǎn)甲醇的效率，確保產(chǎn)品質(zhì)量與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求相符合。

（2）合理使用催化劑。在實(shí)際反應(yīng)過程中如果是的第一次使用催化劑，需要先將其進(jìn)行還原處理，并根據(jù)溫度還原控制的方法提高反應(yīng)效果。在還原過程中，其反應(yīng)原理是往氮?dú)庵刑砑右欢ǖ臍錃饣蚱渌铣蓺怏w，進(jìn)而使催化劑在系統(tǒng)當(dāng)中實(shí)現(xiàn)循環(huán)。此外，應(yīng)合理控制氣體含量。

4 結(jié)語

在甲醇在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著重要的地位，是基礎(chǔ)原材料和精細(xì)化工領(lǐng)域的重要原料，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活領(lǐng)域有非常高的市場使用率。從全球發(fā)展的大環(huán)境來看，目前發(fā)達(dá)國家已經(jīng)掌握了成熟的甲醇合成技術(shù)，也擁有較為先進(jìn)的合成設(shè)備。近期國際化工界高度關(guān)注甲醇羰基合成技術(shù)，其研制開發(fā)逐步成熟，應(yīng)用逐步推廣擴(kuò)大。其具有甲醇轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)物產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn),更加開拓了甲醇在基礎(chǔ)化學(xué)原料領(lǐng)域的重要技術(shù)和經(jīng)濟(jì)前景。而我國對(duì)甲醇生產(chǎn)與應(yīng)用相關(guān)的化工研究則起步較晚，目前的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備等還較為落后，導(dǎo)致當(dāng)前的生產(chǎn)工藝很難滿足巨大的市場需求。通過對(duì)甲醇的生產(chǎn)過程進(jìn)行合理優(yōu)化，既能夠提升甲醇合成的品質(zhì)，也能提高產(chǎn)能，降低雜質(zhì)含量。