甲醇合成的工藝過程分析與操作控制優化

孟慶迅

摘 要：同其他原料相比，甲醇的生產具有一定特殊性，其合成工藝上存在較大差別，但是都是用同一的生產原理，想要保證較高的生產合成率就必要對整個合成工程進行有效控制。甲醇生產流程包含原材料制作、凈化處理材料氣體及壓縮等環節，本文通過深入分析，希望能夠從控制成本、完善工藝、優化過程等方面促進甲醇生產水平的不斷提升。

關鍵詞：甲醇;合成;工藝過程;操作控制

在當前工業生產過程中甲醇這一原材料有著非常重要的地位，所以對于甲醇的生產效率和生產質量十分重視，而想要保證其生產效率和質量就必須要從研究其合成工藝入手，通過有效措施對其合成工藝進行優化和完善。我國在甲醇合成生產方面的研究已經有多年經驗，隨著研究經驗的積累整個合成工藝已經處于較為成熟的階段。同發達國家相比我國甲醇合成技術和工藝還有待提高，設備老化、落后，合成率較低的問題急需解決，以此來滿足市場不斷提升的需求量。

1 分析甲醇合成工藝整體過程

1.1 甲醇材料合成的基本原理

整個甲醇合成反應，需要依附于催化劑才能實施，通過二者的相互作用發生具有復雜性、可逆性化學變化。甲醇合成反應的根本原理是將氫氣加入到一氧化碳元素當中，二者反應之后產生甲醇材料。在兩種元素發生反應的過程中會有大量熱量產生，經過化學原理角度展開分析，其結果就是當溫度處于相同值得情況下，壓力值不斷提升，活荷載標準值也會逐漸上升，因此所合成的甲醇總量也會增加[1];但是當溫度不斷上升時，活荷載標準值會逐漸下降，導致甲醇總量大幅度下降，通過這種情況可以看出低溫高壓的環境下甲醇的合成效果最為理想。目前使用最為頻繁的甲醇合成催化劑類型包括銅基催化劑與鋅鉻催化劑，雖然催化劑類型有差異但是催化的過程、流程是相同的，都需要通過擴散、吸附、表面反應、解析和擴散這幾個工藝。整個過程需要首先通過氣相把氣體輸送至催化劑，接下來催化器同進入的氣體進行反應，并在活性表面出現相應的吸附反應，在吸附反應物產生后，其脫附過程完成后出現新的氣體，這類新氣體經過催化劑后在回到氣相中，完成整個合成過程。

1.2 甲醇合成流程

當前我國甲醇合成過程中，較為常用的方法之一就是合成氣制甲醛，這種方法雖然能夠有效合成甲醇原料，但是這種方式的缺點在于合成過程較為繁瑣，而且復雜性強，需要花費較長的時間來完成整個合成過程[2]。甲醇合成四個環節具體介紹如下：首先合成原料氣是開始甲醇合成的基礎環節，也就是要在合成開始之前將碳、氫等氫化物原料準備好，除此之外，這一環節還需要煤炭和石油材料，采取合理的蒸氣反應或氧化反應將準備好的材料進行化學轉化，轉化之后所產生的混合型氣體中還有一氧化碳、二氧化碳和氫，在這一環節當中最關鍵的是要保證氫氣與二氧化碳的差是一氧化碳和二氧化碳和的2.1倍;其次，合成甲醇環節，要根據實際情況來選擇需要的催化劑并控制好相應的壓力，一般情況下該環節的溫度會控制在240度到270度之間或者360度到400度之間，在這樣的溫度環境中催化劑發揮其催化作用，經過相應的化學反應過后大量甲醇原料產生。但是催化劑不僅能夠合成甲醇原料，可能會回產生其他的附屬產物，這就是我們所說的粗甲醛，也就是所產生的溶液物質中不僅含有甲醇物質，還有一些其他多種有機物;接下來的環節為凈化處理環節，這一步的關鍵作用就是將含有多種有機物和甲醇的溶液進行凈化，最后過濾雜質獲得甲醇物質。凈化處理通常分為化學凈化方法和物理凈化方法，物理凈化比較簡單，只需要將其中的雜質進行過濾即可，化學凈化方法是將溶液中無法分離的雜質以堿凈化蒸餾方式進行處理;最后，進入精餾粗甲醛環節，通俗來講就是把溶液當中的乙醇、水、高碳醇和二甲醚等難以揮發的物質進行去除[3]。

1.3 甲醇合成的方法介紹

我國目前階段的工業生產過程中應用最為頻繁和廣泛的甲醇合成方法即合成氣法，這種方法還包含了高壓、中壓和低壓三種方式。高壓法是三種方法中最為傳統的甲醇合成方法之一，在合成過程中將壓力控制在20MPa-35MPa之間。過去我國還處于甲醇生產的初步階段，其生產水平和工藝都較為傳統和落后，在這種大背景下高壓法合成甲醛應用十分普遍，這種方法的缺點在于需要投入大量的人力、物力和財力，所需投入成本較高，所合成的甲醇材料純凈度不足，參雜了較多的其他物質，無法達到對合成效率和合成質量要求;低壓法是在高壓法基礎上加以完善的新方法，其整個合成過程處于5MPa-10MPa之間，以持續低壓環境及特殊條件的環境中，展開甲醇的催化合成。同傳統的高壓甲醇合成方法比較來看，低壓條件能夠給予反應作用不同選擇，從一定程度上降低了成本投入，減少了對各種能源的消耗量，在經濟性方面的優勢較為明顯;中壓法的出現是推動我國工業發展的重要節點，我國近年來經濟及社會發展十分尋思，對于甲醇這一重要原料的需求量大大增加，如果采取低壓法合成甲醇，需投入的資金額越來越大。為了既能夠降低成本還能夠滿足實際需求，相關行業對低壓法進行了適當的優化，嘗試通過調整壓力來改變生產模式，這種方法經過實踐和應用后期效果十分理想，最為突出的優點是能夠減少資金投入，控制投資成本，并且早保證合成效率和合成質量的基礎上[4]。

2 優化甲醇合成工藝及操作控制的相關建議

2.1 優化工藝參數

第一，對合成過程的壓力進行優化，適當的壓力能夠對合成過程起到促進作用，在進行甲醇合（下轉第86頁）（上接第84頁）成期間可以根據實際情況適當調整壓力，使甲醇生產了得到一定程度提升;第二，對氣體組合工藝參數進行適當優化，排除惰性氣體是甲醇合成過程中比較重要的內容之一，其目的是能夠促進反應更快完成，如果適當提高合成過程中反映氣體的濃度，可以提升甲醇的生產質量;第三，對循環氣體的惰性氣體濃度進行適當調整，其調整要根據實際工藝需求來進行，經過相關研究能夠了解，一般處于低負荷條件下，對蹲星氣體濃度進行適當提高對甲醇產量的提升有輔助作用。

2.2 優化合成設備

對生產設備進行適當優化，合成工藝參數優化只是整個優化措施的一部分，想要保證甲醇生產質量，還需要對其生產設備進行優化，避免在合成過程中由于設備的問題影響其反應，其中最該加強重視的部分為合成反應器，這是生產和車鞥設備中的核心裝置，當反應器達不到標準溫度，甲醇合成壓縮機進出口會產生較大的壓差，反應設備在這種情況下會產生超壓現象，增加生產裝置的能源效率量，增加整個合成、生產的投入成本，提高設備故障發生的機率。與此同時也要關注甲醇分離器，避免由于阻力大、效率差等問題影響系統運行情況。合成系統中各塔之間的壓力會有差別，在這種情況下需要科學匹配循環氣，降低因為符合過大影響催化劑活性問題出現的概率。

2.3 保證催化劑使用合理性，把握甲醇合成主動性

對于首次是使用催化劑的情況來說，必須要進行相關的還原操作，通過相應的控制操作能夠催化劑的應用效果起到提升作用。還原機理為將氫氣及其他氣體注入氮氣當中，這種方式可以實現催化劑在系統中處于循環狀態。而把握甲醇合成主動性是為了提高粗甲醇的質量，催化劑在整個合成過程中起到非常關鍵的作用，也是提高其生產效率、保證生產質量的控制重點。

3 結束語

我國當前諸多領域都廣泛應用了甲醇這一原料，并通過適當的合成或制作產生的衍生品也普遍應用于人們生活生產中，成為可以代替傳統燃料的新型能源材料。如今對其合成技術及合成設備采取了合理的優化，從根本上提高的甲醇原料合成率和合成質量，為我國化工業發展提供了有力支持，這也更加符合當前我國節能減排、可持續發展的整體趨勢。

參考文獻：

[1]王曉欣.甲醇合成的工藝過程分析與操作控制優化問題探討[J].中國石油和化工標準與質量，2016，36（11）：63-63+65.

[2]李志宇.淺析甲醇合成的工藝過程及操作控制優化問題[J].化工管理，2017（27）：103.

[3]藺延新，喬曉斌，張二興.甲醇合成工藝過程與操作控制優化的分析[J].中國化工貿易，2017，9（4）：207.

[4]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（2）：63-65.