合成气的组成对甲醇生产的影响

＊马国平 白洁

（兰州蓝星清洗有限公司 甘肃 730060）

合成气的组成对甲醇生产的影响

＊马国平 白洁

（兰州蓝星清洗有限公司 甘肃 730060）

合成气的组成，合成催化剂在天然生产甲醇中的重要作用，介绍了铜基催化剂在甲醇合成中的应用，氢碳比的高低对甲醇合成的影响。

合成气成分；CO；CO2；惰性气体；氢碳比

引言

我公司运行的20万吨甲醇项目采用低压合成甲醇系统是以天然气为原料气，经天然气脱硫和净化、天然气两段转化及热回收、等温列管式低压甲醇合成、节能三塔甲醇精馏部分组成。

合成塔采用“绝热—管壳型”反应器，甲醇合成采用低压甲醇合成法，合成塔系统压力为6.15MPa，副产3.4MPa中压蒸汽。合成气组成中，主要含有一氧化碳、氢气和二氧化碳，还含有少量惰性气体等，合成气成分对甲醇合成反应影响较大，本文中探讨合成气组成对甲醇生产的影响。

1.氢碳比对甲醇合成的影响

我公司甲醇合成是在有铜基催化剂的作用下，反应压力在6.15MPa、反应温度在220℃～270℃的反应条件下进行反应，合成工段新鲜气中H/C代表着CO、CO2、H2等有效气体成分的含量比值，由于CO、CO2合成率与H/C有直接联系，当H/C＞2.30时，CO合成率＞80%；当新鲜气中2.15＜H/ C＜2.30时，CO合成率小于80%，因此在转化工段提供新鲜气时，尽可能调整提高CO的含量，降低惰性气体(CH4+N2)的含量，H/C控制的高低直接影响着甲醇合成的单程转化率和甲醇产量，一般控制在(H2-CO2)/(CO+CO2)=2.05～2.15。

2.合成组成对甲醇合成生产的影响

(1)CO含量对合成生产的影响

CO/CO2控制得高一些，含CO2低一些，对甲醇合成反应是有利的，为了有效控制合成气中有效气体组成，我们采用合成系统驰放气调节阀来维持惰性气和有效气体成分组成稳定，确保合成系统单程合成率和甲醇产量。

(2)CO2含量对甲醇合成的影响

在甲醇合成反应中，CO2也参与甲醇合成反应，CO2含量高低对合成反应有较大影响，在甲醇合成系统应合理控制CO2含量，有利于提高甲醇合成单程合成率，可减缓CO与H2的剧烈反应，有利于稳定催化剂床层反应温度，有效保护催化剂活性；CO2合成甲醇时由于有水生成，可抑制二甲醚的生成，可防止床层结蜡现象。

(3)惰性气体对合成甲醇的影响

惰性气含量控制高低，直接影响合成反应速率，催化剂使用初期，催化剂活性好，合成效率高，惰性气体含量适当高些，可减少驰放气的放空量，降低有效气体损耗，降低生产成本，催化剂使用中后期，因催化剂活性下降，合成反应效率大幅下降，一般维持较低惰性气含量，同时提高合成反应温度和压力，维持合成系统单程合成率和产量。

3.甲醇合成的影响因素

(1)转化气的供气量及组成

转化供新鲜气量为75000Nm3/h，其组成平均值为：CO 16.95%，CO29.76%，CH40.07%，N20.24%，H273.02%。

我公司甲醇装置，实际运行中新鲜气中H/C不能达到设计要求，新鲜气中各组分组成见表1所示：

表1 新鲜气中各组分组成及氢碳比

从表1可以看出，在合成气量基本不变的情况下，新鲜气中H2含量偏高，CO含量偏高，而CO2含量不足，造成新鲜气H/C比偏高，过量的氢气成为一种惰性气体不断地在循环回路中循环并逐渐积累，使甲醇收率和CO转化率下降，上述情况严重影响了甲醇的收率和CO的转化率，使原料气未得到充分利用，导致合成有效气体放空量增大，能耗增加，生产成本增加。

(2)操作压力的影响

根据分子运动理论，合成系统中各气体分压的大小，决定了系统内各气体分子运动的运动速度。如果操作压力较低，分子的密度和运动速度均较小，各气体之间的化学反应速度也变小，严重影响合成转化率。

(3)热点温度的影响

我公司在合成催化剂使用初期，因为催化剂活性较高，适当控制较低的热点温度，可以较好地保护催化剂的活性，催化剂使用后期，根据合成反应状况可适当提高热点温度，对甲醇合成而言，并不是反应温度越高其反应速度就越快，当温度升高到一定限度时，伴随着各类副反应的生成，甲醇合成的反应速度会逐渐降低。所以，在操作压力一定的情况下，通过不断的实践，找出最适宜的热点温度，以使甲醇合成气体总转化率达到最大。

4.结论

通过上述研究表明，影响甲醇合成的因素诸多，氢碳比、合成气成分、催化剂活性、惰性气体等。通过实际生产数据及研究表明，新鲜气H/C控制偏高，新鲜气H/C比随时间在2.28～2.43之间变化，平均值为2.38，与设计值相比偏高，氢碳比控制过高，则造成氢气的积累，惰性气的含量增加，使驰放气放空量增加，导致有效气体的损耗增大，造成原料天然气、燃料气以及冷剂量消耗增加，生产成本增加。在甲醇合成反应时，由于CO、CO2合成率与H/C有直接联系，当新鲜气的H/C增大时，CO、CO2合成率增加，在H/ C＞2.30时，CO合成率＞80%，CO2合成率＞60%；在新鲜气中2.15＜H/C＜2.30时，CO合成率小于80%，CO2合成率可降低到56%。

[1]刘超波．合成气制低碳醇Cu基催化剂结构与性能的研究[D]．太原理工大学,2016．

[2]闫杏．Cu-Zn-Si(Al)催化剂的完全液相制备及其催化合成气制乙醇甲醇的研究[D]．太原理工大学,2015．

[3]孟凡彬．生物质合成气的组分调控技术及深度净化[D]．沈阳农业大学,2012．

[4]曾凡平,徐华银．甲醇生产中选择性回收尾气膜分离产物[J]．天然气化工(C1化学与化工),2009,(04):62-64．

(责任编辑 牛玉娟)

Influence of Synthesis Gas Composition on Methyl Alcohol Production

Ma Guoping, Baijie
（Lanzhou Blue Star Cleaning Co., ltd., Gansu, 730060）

Synthesis gas composition and synthetic catalyst play an very important role in the natural production process o f methyl alcohol. In this paper, it has introduced the application of copper-based catalyst in methyl alcohol synthesis and the hydrogen-carbon ratio has the in fl uence on the synthesis of methyl alcohol.

synthesis gas composition；CO；CO2；inert gas；hydrogen-carbon ratio

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A

马国平（1978～），男，兰州蓝星清洗有限公司；研究方向：天然气制甲醇工艺。