甲醇合成工藝中各影響因素的分析

王衛芳

摘 要：甲醇這一化工原料由于應用量較大，市場的需求極高，但在當前的甲醇合成工藝中，會受到較多的影響因素干擾，降低甲醇的生成數量或質量。所以本文將針對甲醇合成工藝中各影響因素展開分析，明確影響因素的相關情況，能夠在甲醇的工業化生產中，采取更好的防范措施，提高甲醇合成工藝，促進甲醇工業化生產的發展。

關鍵詞：甲醇;合成工藝;影響因素

0 引言

甲醇合成工藝受到科學技術發展的影響，早期以木質素干餾法為主要合成工藝，年產量極低，僅為4.5萬t/a，雖然能夠采用氯甲合成工藝得到更好的年產量，但由于水解法的較大投入，難以應用到工業化生產中。煤、原油、天然氣等原料作為當前工業化生產甲醇的主要原料成分，隨著合成工藝的不斷發展，已經具有較多的合成工藝方法，但不論采用哪種合成工藝，在工業化生產過程中，都會受到較多影響因素的干擾，制約甲醇合成的數量或質量，需要通過深入的挖掘分析，對影響因素的相關情況進行了解，才能夠采取有效的防范措施。

1 甲醇合成工藝概述

合成壓力的不同是對甲醇合成工藝進行分類的主要依據，能夠分為低壓法、中壓法和高壓法，我國的甲醇合成工藝以低壓法為主，以一氧化碳、二氧化硫加壓催化氫化法應用范圍較廣，能夠分為原料氣制造、原料氣脫硫凈化、甲醇合成和粗甲醇精餾等主要生產流程。

銅基催化劑是甲醇合成工藝中較為常見的催化劑，由于其具有較大硫化物毒害的敏感性，極易失去活性，就需要在工業化生產中，做好對原料氣中硫化物的清除處理，否則就會對合成工藝質量造成影響。對于原料氣的脫硫主要可以通過濕法脫硫和干法脫硫兩種方式進行，濕法脫硫較為復雜，還能夠分為化學吸收法、物理吸收法和直接氧化法三種。干法脫硫較為簡單，雖然脫硫精度更高，但是設備體積龐大、反應速率慢，所以在實際的甲醇合成工藝中，濕法脫硫和干法脫硫常常組合應用，既能夠滿足對甲醇合成工藝的質量需求，又能夠滿足對甲醇工業化生產的效率需求。

催化劑是甲醇合成工藝中重要的載體，需要在高溫和高壓條件下確保足夠的活性，也就是典型的復合氣和固相催化反應的過程。初步合成后的甲醇中還存有較多的酮、水、醚、高級醇等雜質，并不能達到工業化生產的質量標準，還需要進行進一步的提純精制。精制方法主要就是精餾操作，將甲醇中含有的易揮發的二甲醚等物質以及不易揮發的乙醇、水、高級醇等物質進行有效清除。

2 甲醇合成工藝的主要原理

通過一定的壓力、溫度和催化劑作用，促使H2、CO和CO2產生逆放熱反應，就是甲醇的合成反應。但在合成反應中，除了主反應之外，還會產生較多的副反應。體積小和可逆的強放熱反應就是甲醇合成的主反應，基于反應平衡的限制原則，H2、CO和CO2的甲醇合成并不能夠完全徹底，所以要將已經合成的甲醇進行分離處理，再將沒有合成反應的部分材料投入循環合成生產中。但在進行循環合成生產時，還會有較多的混合氣惰性氣體產生，必須要做好適當的弛放處理，才能夠確保甲醇的循環合成生產質量。

3 甲醇合成工藝中的主要影響因素

3.1 溫度影響因素

強放熱反應是甲醇合成工藝的主要反應，需要對產生的熱能進行介質冷卻，避免催化劑溫度的過度升高。如果當熱能不斷升高，基于化學反應原理可知反應速率必然會隨著提高，但會影響到化學平衡常數的下降。所以在甲醇合成工藝中，需要將反應熱能控制在一定的合理范圍以內，這個合理范圍的熱能對催化劑的應用具有較大的影響。隨著甲醇合成工藝的不斷研究發展，在催化劑應用方面也積累了較多成果，當前已經能夠達到190-280℃的催化劑應用熱能溫度范圍。所以在進行甲醇合成工藝時，為了確保甲醇的合成質量，需要對催化劑的低溫活性加以嚴格控制，才能夠有效發揮催化劑的應用意義。在甲醇合成工藝的實踐經驗中，常用的銅基催化劑已經能夠達到230-250℃的初期使用溫度、250-270℃的中期使用度和270-280℃的后期使用溫度。

3.2 壓力影響因素

甲醇反應具有分子數減少的特性，當壓力加大時，正反應同樣會增高，反應中的催化劑強度也同樣會隨之提高。在甲醇合成工藝的壓力表現中，影響因素主要包括催化劑活性、負荷標準、冷凝器分離質量、惰性氣體含量等，都會引起壓力的顯著變化。在進行合成塔操作時，針對不同時期催化劑的活性表現的調整，能夠起到對壓力情況的調整作用。如果催化劑初期活性表現較好，可以將操作壓力適當降低;如果催化劑后期活性表現較好，可以將操作壓力適當提高，都能夠對甲醇合成工藝的強度做到有效保障。所以針對甲醇合成工藝壓力的影響因素，需要根據催化劑的活性、系統的能量、氣體的組成等情況進行調整。

3.3 空速影響因素

催化劑和氣體相接觸的時間就是空速，如果要將甲醇生產工藝的空速提高，就需要減緩催化劑的反應，降低單程轉化率，能夠有效提高甲醇的產量，并降低其他副產物的產生。但是當空速顯著提高時，循環生產的能耗的也會得到顯著的提高，當空速提升范圍過大，會造成反應溫度的不斷降低，產生熱點后移的情況，甚至是導致反映溫度無法達到合成標準的嚴重問題。

3.4 原料氣中氫碳比影響因素

良好的甲醇反應合成工藝需要保持新鮮氣體中2.05-2.15之間的氫碳比，以及入塔氣體4-5的氫碳比。當氫碳比表現較低時，副反應的發生就會增多，且結碳情況更加嚴重，會導致催化劑的超溫情況。當氫碳比表現較高時，大量的H2也會造成惰性組合的生成，導致不斷升高的系統壓力和馳放氣量，使甲醇合成工藝的單耗被不斷增加。對于入塔氣體中的H2含量，需要進行適當的控制，能夠將床層溫度有效降低，也能夠將副反應有效減少，還能夠將羰基鐵鎳和高級醇的生成反應有效降低，使催化劑的壽命得到有效提高。

3.5 催化劑影響因素

催化劑對于甲醇合成工藝的影響較大，不同催化劑的特性或催化劑的不同表現，都會使甲醇合成工藝的操作產生相應的變化。通常催化劑的活性越高，代表著甲醇合成工藝的質量越好，能夠對甲醇合成過程中的副反應進行有效壓制，降低副反應產物的產生。甲醇合成工藝中操作條件發生變化時，也會導致催化劑的選擇性發生變化，如果催化劑的選擇性偏低，副反應的產物生成量就會增加。氣體的組成情況對于催化劑的選擇性也具有一定的影響作用，比如將CO2含量進行適當的提高，就能夠對醚等副反應產物做到有效抑制。

3.6 其他氣體成分影響因素

惰性氣體成分主要包括N2、Ar和CH4等無法參與反應的組分，能夠將甲醇合成工藝中的有效組分的分壓降低，使反應速率受到抑制，導致合成能耗的不斷升高，降低甲醇合成工藝的質量。但是通過惰性氣體組分能夠對催化劑床層溫度的控制作用，提高催化劑的反應效率。通常需要保持10-20%的惰性氣體含量，能夠確保惰性氣體產生有利作用。對于惰性氣體的控制，還可以通過對馳放氣量的控制進行調整，能夠有效保障甲醇合成工藝的質量。

氣體中含有的S、Se、Cl以及羰基鐵鎳等成分，如果得不到良好的控制，會導致催化劑中毒或孔隙堵塞等問題發生，降低催化劑的作用。尤其在甲醇合成工藝中，部分成分還難以被有效清除，始終對催化劑具有較大影響。為了確保甲醇合成工藝的質量，就必須注重脫硫等裝置的設計，加強裝置的水解和吸收功能，能夠提高對不良氣體的清除作用，提高催化劑的作用效果。

4 結語

甲醇合成工藝需要不斷的理論研究和實踐探索，能夠將工藝的質量和效率進行提高，擴大甲醇工業化生產的影響力。本文對甲醇合成工藝中影響因素的分析，能夠起到促進合成工藝優化的作用，提高甲醇工業化生產質量。

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