甲醇合成工艺过程与操作控制优化的分析

郭晓东

摘 要：甲醇作为一种重要的工业化工原料，具有成本低、工业应用广泛的特点。目前，有一些差异在甲醇合成过程中，饲料天然气储量的主要工艺流程，压缩的气体，对甲醇合成粗甲醇精馏，为了提高综合合成效率，必须降低生产成本，这就需要相关人员不断优化甲醇合成的工艺流程。因此，针对甲醇合成的工艺流程，工作人员将深入探讨甲醇合成工艺参数的变化对收率的影响。

关键词：甲醇合成;工艺过程;操作控制;优化策略

目前国际甲醇合成技术已经相当先进，而国家有关甲醇合成技术还相对落后，不仅因为生产能力很弱，而且因为设备老化非常并不能满足目前市场。因此，甲醇合成工艺的加速和优化已成为一个迫切需要解决的问题。

一、典型甲醇合成塔

1.冷激甲醇合成塔。冷激甲醇合成塔由气体分配系统组成，用于分离催化剂

由三到六种连续催化剂组成的反应器。冷却气体通过喷射管钻机的孔均匀地流过床的各个部分。这些分配器有一个钻石结构与小孔在水平。气体在反应器中从上到下流动。具有结构简单、设备用料少、体积大等特点。但是，由于每一反应层的温度都是通过向催化剂的每一段注入冷原料气来降低的，所以甲醇的含量在冷却的同时也降低了，从而间接影响了催化剂的利用率，并逐渐被淘汰。

2.Lurg甲醇合成塔。Lurg甲醇合成塔是一种立式管壳式固定管板换热器，管内装有少量催化剂。在管道外，有很多沸腾的热水蒸发掉热量，这是中国近年来使用最多的先进塔。其主要特点是单位体积催化剂和床层传热面积很大。中心线之间的最大温差和开水可以达到10摄氏度，当他们反应，催化剂夹层之间的温差很小，员工可以被认为是在恒定的温度，该设备也将带走一定的热量。具有操作安全、运行稳定、回用率高等特点。工作人员还可以控制中间层之间的温度，允许生产过程中一氧化碳气体浓度较高。具有综合消耗低、杂质生产少、单向转化率高等优点。该方法生产的甲醇的含量和空时收率均高于ICI冷却塔，催化剂的使用寿命也比冷却塔长。

二、甲醇合成工艺过程分析

近年来，国内化工生产水平不断提高，化工生产对甲醇的需求也不断增加。2016年甲醇价格上涨趋势更加明显，目前甲醇市场年价格高达每吨1852元，且呈上升趋势，以1吨甲醇的年化历程来看，部分地区的价格为1 940美元至1960元。因此，在现有工艺的基础上，通过优化和持续的调整来增加甲醇的生产能力，可以有效地减少消耗，为我们的产品获得有利的竞争优势。某石油化学股份有限公司日产2 500t甲醇装置（以下简称本装置）以天然气为原料，采用英国DAVY工艺，使用南海产高CO 2、高N 2含量天然气为原料，合成气由常规的预转炉和蒸汽转炉生产，最终的甲醇通过压缩、合成和蒸馏等工艺生产。为了提高化工甲醇合成的整体效率，不仅需要提高技术水平，还需要对整个甲醇合成过程进行分析，并在操作层面进行控制，对其进行优化。

1.甲醇合成的反应机理。甲醇合成反应是一种复杂的可逆反应，在催化剂的作用下，通过一氧化碳加氢得到甲醇CO+2H 2=CH 3 OH（气体）。在相同的压力下，温度越高，kn的值越低。因此，低温和高压有利于甲醇的合成。参与通常锌铜铬催化剂或催化剂，但不论多相催化过程的催化剂，特别是有机制反应扩散、表面吸附解析、五，即气相扩散界面和催化化学吸附气体的气体在催化剂表面的活跃，试剂的反应活性表面上的吸附解吸，气相增殖反应气体催化剂。

2.甲醇合成工艺。从合成气中制备甲醇在我国是一种比较常见的制备方法，但从合成气中制备甲醇的整个过程非常复杂，需要很长时间才能完成，在实践中，所选择的纯化工艺与甲醇合成工艺中使用的不同原料并不相同;主要包括原料气体的合成、净化处理、压缩处理、合成处理和精馏粗甲醇。（1）合成原料气体。甲醇的合成始于氢和碳氧化物的制备。它们主要由石油、煤炭、天然气等经蒸汽转化或部分氧化而成，形成一种主要含有氢、一氧化碳和二氧化碳的气体混合物。甲醇（H 2-CO 2）/（CO+CO 2）合成气需求=约2.1。（2）合成甲醇。根据催化剂的不同，在不同的压力下，温度分别为240～270℃和360～400℃，通过催化剂合成甲醇。由于催化剂选择性的限制，产生甲醇时有很多副反应，所以得到的产物主要是甲醇与水和多种有机杂质的混合物，即粗甲醇。（3）净化处理。粗甲醇纯化包括物理纯化和化学纯化，主要是碱化去除在精馏过程中难以分离的杂质，调节pH值，而物理纯化只是通过过滤去除杂质。（4）粗精馏甲醇。精馏主要包括去除挥发性成分，如二甲醚、乙醇、高碳醇和水，这些成分很难挥发。

3.甲醇合成法。随着社会经济水平的提高，甲醇的制备方法不再是单一的，目前有许多工业制备方法。如合成气法、合成醇法或其他原料合成法。在现代工业中，甲醇一般由合成气合成。合成气制甲醇的三种主要方法是：高压法、低压法和中压法。（1）高壓合成气合成甲醇。不久，这种高压方法就被工人们广泛地用于生产甲醇。然而，高压法消耗大量的原料，大量的劳动力，反应温度和压力极高，甲醇含量杂质和废料过多，投资成本高。以氧化锌铬为催化剂，在340～420℃高温、30.0～50.0 Mpa高压下，合成气合成甲醇，称为高压法。该方法历史悠久，是目前世界化工生产甲醇的主要方法。（2）低压合成气合成甲醇。低压法是一种新型的甲醇合成技术，自1960年以来逐渐发展起来。它是通过使用合适的催化剂来合成低压甲醇、一氧化碳和氢。该工艺在低压下甲醇产量非常高，反生产效果好，具有良好的选择功能，减少了原料消耗。由于制造压力低，工艺设备的制造也比高压法容易得多，低压法的成本也比高压法低得多。低压甲醇合成是275℃、5.0MPa中的合成气铜线催化剂合成甲醇。随着反应器技术和催化剂的不断改进，用低压法合成甲醇在降低现代化工产品的生产成本方面具有更大的优势对工业的好处是显而易见的。（3）中压合成气合成甲醇。随着甲醇合成的大规模量化，低压法继续被用于甲醇生产，导致大量的管道和工艺设备，增加了资金投入，浪费了原材料。因此，中压法必须在低压法的基础上发展，适当提高压力。中压法的综合利用率远高于低压法。针对我国的特殊情况，工人们正在尝试开发一种新的生产方法，即同时生产合成氨和甲醇。但是铜基催化剂在合成过程中容易产生毒性，因此合成甲醇所用原料的硫含量必须小于1ml/m3。平均甲醇合成，指以一氧化碳和氢气（235-315℃）的温度效应的甲醇合成（10.0 MPa 27.0%）。

三、甲醇合成装置异常原因分析

甲醇合成生产装置一般由甲醇合成、甲醇精馏、氢气回收和中间包四部分组成。该技术已成功应用于国内外甲醇生产装置。鲁奇催化剂和MegaMax700催化剂的甲醇合成反应器大多采用中压合成。具有反应温度稳定、催化剂使用寿命长、操作方便等特点（见图1）。在催化剂使用初期，该装置生产的产品优良率可达100%。但在催化剂试验后期，由于系统压力和温度的不断升高，催化剂容易失活和发生副反应，导致氧化等不良产物。造成这些问题的主要原因是。

1.装置运行初期工艺管线的改造和频繁停车。低温甲醇洗工段需要冷量丙烯压缩机的支持，所以汽包压力应从原始开车的2.4MPa提高2.8MPa，压力的升高导致反应器的温度快速上涨，合成催化剂的活性也受到一定的影响。在投入生产运行期间，难免因为一些原因需要紧急停车，当装置停车，系统会进行泄压，一些锈蚀沉积可能脱落并进入合成系统，使反应器结蜡，催化剂活性降低，进而促进副反应的发生。

2.催化剂和工艺波动的影响。一方面，催化剂在投入生产前需要进行预加载。少量催化剂会出现烧结现象。当催化剂被加热和还原时，烧结会导致不连续还原条件影响催化剂的整体还原时间，且还原过程不够连续，也在一定程度上影响催化剂的活性。另一方面。该装置在工段前后波动，容易降低净化气体的纯度。当气体进入合成反应物时，催化剂会受到影响而中毒失活。

四、优化控制分析

甲醇合成过程中，如果有任何问题在操作的过程中，催化剂的活性将大大减少，和副产品粗甲醇将增加，这将最终导致产品质量问题在后续整改并影响最终产品的合理的效率，造成一系列问题生产甲醇。所以要和甲醇反应对合成工艺进行了优化和控制。在实际的优化过程中，我们可以从生产过程中设备的选择和参数的优化入手。在具体的优化过程中，甲醇生产设备和生产过程中各参数的优化需要从两个方面入手。

1.工艺参数优化。甲醇生产的工艺参数很多，包括甲醇的生产压力条件、催化剂在生产中的使用、合成的比效率、气体的组成和循环比。从压力参数方面考虑，甲醇生产中高压和低压的参数是不同的，这对生产的合成效率和最终产量有一定的影响。因此，压力控制在甲醇生产中至关重要。在压力设定中，高压促进甲醇的生产。实践证明，甲醇生产过程中压力的增加与甲醇的生产效率成正比。压力越大，生产效率越高。因此，在用生产压力参数优化生产操作时，往往需要先充分考虑压力，才能达到提高甲醇生产效率的重要目的。此外，催化剂在生产过程中的温度参数也会影响甲醇的生产效率。因此，在甲醇生产和合成过程中，应在一定程度上控制催化剂在生产中的温度，这样才能大大提高生产效率。但是在生产中催化剂的温度不容易提高太多，否则就不能达到原来的高收率，影响合成反应。同时，在甲醇生产合成过程中，需要及时排出合成系统中的惰性气体，以提高生产速率，在一定程度上提高反应气体的实际浓度，提高反应效率。

2.生产设备优化。为了优化甲醇合成工艺，不仅需要对合成参数进行优化处理，还需要对生产设备进行优化控制，使合成装置满足生产工艺的实际需要。为了使最终合成的甲醇的生产质量达到标准，对其提出了要求提高产品质量，避免甲醇产品在生产合成设备中出现质量退化问题。在优化和加工设备，需要合成反应器的性能提升高度重视，如果反应堆生产的合成设备的温度低于标准的价值观，导致甲醇合成压缩机的进出口压差变大，会导致反应设备超压问题，最终导致生产设备的消费，从而大大增加了甲醇生产的成本，此外，设备故障率也会增加。在生产设备的优化设计中，应以生产参数的稳定性为主要生产标准，并制定相应的优化方案提高反应装置的气体含量，避免了合成甲醇反应中压力升高的问题。所以，可以控制二氧化碳的含量，避免其含量的波动，从而达到催化剂的效果。因此，应在一定程度上保护催化剂，使温度在催化剂活性的最佳范围内。

五、甲醇合成的工艺过程优化控制措施

1.工艺参数的优化。（1）优化的压力。在甲醇合成过程中，高压可以提高合作的效率和效果，所以通过合理提高合成压力，甲醇的产率也可以提高1%-2%左右。（2）优化配气工艺参数。在实际合成过程中，应及时排除惰性气体，提高反应速度，然后提高合成反应中所涉及气体的浓度，从而提高甲醇的浓度。（3）优化碳氢比。对于合成反应气体，烃比在催化剂的选择中起着重要的作用。合成气中烃类含量低，保证了反应器底部床层温度平稳，出口温度不高。此外，碳氢比稀释进入塔内的气体，降低反应温度。（4）优化循环气体中的惰性气体浓度。影响循环气体中惰性气体浓度的因素主要有转化气中的甲烷含量、氧气中的氮气含量、氩气中的氮气含量等，系统中的惰性气体浓度主要通过调节驰放气体流量来调节。一般来说，合成系统中的惰性气体含量需要根据具体的工艺条件进行控制，以保证在合成系统稳定运行的基础上降低单位产品的能耗。然而，通过理论计算，一般很难得到不同条件下惰性气体的最优含量值。然而，大量实践表明，在低负荷下合理提高惰性气体浓度，可以有效地缩短驰放气体的使用期限，提高甲醇产量。（5）优化甲醇分离器。目前甲醇装置使用的甲醇分离器在处理大气量的过程中存在着分离效率低、阻力大等缺点在气速较高的情况下，甲醇分离器会发生明显的二次培训，影响系统的运行。因此，应对甲醇分离器进行优化，尽可能采用高效的甲醇分离器。（6）优化合成反应器。在设备优化过程中，应充分重视合成反应器。合成反应器出口温度降低，合成压缩机压差增大，容易导致超压，不仅消耗大量设备容量，还会增加生产成本，增加故障概率。因此，在实际优化过程中，需要在保证其他工艺参数正常稳定的基础上合理增加其含量，以避免合成反应不良引起的系统压力上升。（7）优化双塔合成的分配。在合成体系中，催化剂的数量填写新旧塔塔不同，塔的压差也不同，所以需要分发循环气体科学防止过早失活催化剂的合成塔大负载。中间的后期使用催化剂，循环气分配不同数量可以减少产量，所以应该来分配数量在两塔压差相似、粗甲醇收率最大的情况下，进行合理的优化。

2.控制方法优化。（1）科学掌控甲醇合成的主動性。对甲醇合成主动性进行有效把控能够有利于粗甲醇品质的提升。通过具体实践发现，在甲醇合成反应过程中，催化剂在很多方面上均产生较大影响，虽然互相间是处于独立状态，不过其也属于一个有机整体。所以，不管控制哪种公益环节参数均需包含有优化甲醇的反应原理与生产，从而提升生产甲醇的效率，保证其产品质量与相应标准要求相符。（2）如若是第一次使用催化剂，则需要先现将其还原，且根据温度还原控制的方法来提高其使用效果。对还原过程来说，其原理在于往氮气中添加一定数量的氢气或其他合成气体，还原的气体则能够使催化剂底层在系统当中实现循环。需要提出是，在还原前，应当要合理控制载气氧含量，以在0.1mol%为宜。

总而言之，通过分析甲醇合成工艺过程以及优化其操作控制可以发现，在化工原料生产中甲醇发挥了极为重要作用，而在化工行业与运输行业中其作用更为明显，不仅如此，以甲醇为基础的原料生产也具有较多衍生物，所以其发展前景也非常广阔，应当要积极扩宽甲醇应用领域，将其衍生品也逐步替代能源应用到实践当中。当前我国已经在加大力度建设煤基甲醇设施，且逐步完善甲醇装置及其操作流程，而相关工作人员则应当要清楚掌握甲醇合成的工艺过程，并对其操作控制进行不断的优化与完善，切实提高甲醇合成的效率与质量，从而充分发挥出甲醇合成对我国工业发展的重要作用。

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