甲醇合成工艺过程及优化分析

秦伟　韩永亮

摘要：甲醇在化工产业中运用领域较广泛，其重要性可想而知。要使甲醇的合成品质以及其最终的合成产量满足当代化工产业的要求，优化甲醛合成相关工艺流程操作控制已经成为一种必要性任务。在具体的优化过程中，做到全面考虑，才能真正做到提高甲醇合成的生产效率，降低生产成本，进而促进我国在化工产业的发展。

关键词：甲醇合成;工艺过程;优化分析

1甲醇合成工艺过程分析

要做到整体上提升化工产业中甲醇合成的效率，仅仅提高技术上的水平还是不够的，还需要整体分析甲醇合成流程并对其进行操作控制进行优化。

1.1 甲醇合成的反应机理

甲醇合成反应是在催化剂作用下进行的复杂的可逆反应，由一氧化碳加氢合成甲醇CO+2H2=CH3OH（气），该反应为放热反应，从化学平衡原理分析在同一温度下，压力越大KN值越大，即甲醇平衡产率越高。在同一压力下，温度越高KN值越小。所以，低温高压对甲醇合成有利。参与的催化剂一般是锌铬催化剂或者铜基催化剂，但无论是哪一个催化剂，其多相催化过程的机理都是包括扩散、吸附、表面反应、解析、扩散五个过程，即气体自气相扩散到催化剂的界面，各种气体在催化剂的活性表面进行化学吸附，吸附的反应物在活性表面上进行反应，反应产物脱附，反应产物气体自催化剂界面扩散到气相中去。

1.2 甲醇合成的流程

合成气制备甲醇是我国比较常见的一种制备方式，但是合成气制备甲醇的整套工艺是非常复杂的，一整套流程下来耗时较长，实际生产过程中，选用的净化方式、以及原料的不同，相应的甲醇合成的流程也是不一样的，主要包括合成原料气、净化处理、压缩处理、合成处理、精馏粗甲醇等几个部分。

（1）合成原料气。合成甲醇，首先是制备原料氢和碳的氧化物。其主要由石油、煤炭、天然气等，用蒸汽转化或部分氧化加以转化，使其生成主要含氢、一氧化碳、二氧化碳的混合气体。甲醇合成气要求（H2-CO2）/（CO+CO2）=2.1左右。（2）甲醇的合成。根据不同的催化剂，在不同的压力下，温度为240～270℃或360～400℃，通过催化剂进行合成反应，生成甲醇。由于受催化剂选择性的限制，生成甲醇的同时，还有许多副反应伴随发生，所以得到的产品是以甲醇为主和水以及多种有机杂质混合的溶液，即粗甲醇。（3）净化处理。粗甲醇净化包括物理净化和化学净化，化学净化主要是用碱破坏在精馏过程中难以分离的杂质，并调节pH值，而物理净化则是简单的过滤除杂。（4）精馏粗甲醇。精馏主要是脱除易挥发组分如二甲醚，以及难挥发的乙醇、高碳醇和水。

2合成气（CO+H2）生产甲醇的方法

2.1高压法（20MPa——35MPa）

在早以前，工作人员就普遍采用这种高压法去生产甲醇，但是高压法所耗费的原料巨大、也耗费的许多的劳动力、反应温度和压力都极其高、生产出来的甲醇含量杂质废物太多、投资大成本又高，所以已经被渐渐地淘汰下去。

2.2低压法（5.0MPa——10.0MPa）

低压法是1960年之后逐步发展起来的一种新型合成甲醇技术。就是在低压情况下，把一氧化碳与氢气采用合适的催化剂用来进行甲醇的合成。这项工艺流程可以在较低的压力下获得很高的甲醇效率，它具有很少的反作用、又具有好的选择功能的特点、降低了对原材料的耗费。由于制造的压力较低所以工艺设备的生产制造也比高压法要容易得多，低压法比高压法所耗费的资金也少。

2.3中压法（10.05Mpa——20.05MPa）

随着甲醇合成规模的大量化，如果继续采用低压法制作甲醇会导致工艺管道和工艺设备的庞大，从而导致投入资本的扩大和原料的浪费。因此，工作人员要在低压法的基础上，适当的提高压力发展成为中压法。中压法的综合利用指标要比低压法好得多。结合我国的特殊情况，工作人员努力开发出一种新的生产方法就是将合成氨和甲醇同时生产。然而在这种工艺过程当中，铜基催化剂易中毒，所以就要求合成甲醇的原料中含硫量应小于1ml/m3。这种方法不仅过程简单、而且投资省钱、而且建设成效也快，对我国合成甲醇产业的发展具有重大的意义。

3甲醇合成工艺的操作优化方法

3.1 甲醇合成工艺参数优化

一般情况下，压力、催化剂温度、合成速率、气体组合、循环比以及碳氢比等都是比较常见的甲醇合成工艺参数。第一个是压力问题，合成中高压或者低压对实际甲醇合成率以及产量会产生不同影响。实际操作证明，高压是有益甲醇合成的，压力越高，产率也会增加，可以说甲醇的产率是和压力成正比的。在催化剂温度方面，甲醇生产装置必须兼顾到催化剂活性温度，催化剂的操作温度必须保持较低的条件，且要科学合理地避免因催化剂结晶而导致的催化剂失活现象。在反应没有达到平衡的状态下，甲醇制备时适当地提高相应催化剂温度，会有利于甲醇合成率的提高，若反应达到了平衡状态，升高温度反而会降低其制备速率。可见，高温会降低催化剂的寿命，甲醇合成过程中把握好催化剂温度非常地重要。优化气体组成是提高甲醇合成效率的一个重要参数，因为在甲醇制备反应过程中，反应物浓度将会极大地影响反应速率，从而影响甲醇的制备，所以，一定要定时排出反应当中的惰性气体。

3.2 甲醇合成生產设备优化

甲醇制备装置的关键是合成反应器，在优化合成设备时，对合成反应器的性能要提升重视程度。倘若制备甲醇的反应器并没有到达合适的温度，甲醛制作压缩机的进口、以及出口压差将会因此增大，进而引起反应设备出现超出标准压情况，最终增加的损耗率，这些问题不利于甲醇合成的效率，也会增加其合成所需成本，同时设施发生故障的可能性也会增加。

结束语

甲醇的合成是化工生产中不可或缺的重要组成部分，就当前世界目前形势来看，国外的甲醇合成工艺已经十分的成熟，大多以天然气制甲醇为主。但是我国国内的甲醇合成技术仍然比较落后，呈现出产能小、浪费多、技术落后、难于满足市场需求、设备磨损过大、设备老化过快等一系列缺点。因此工作人员进行工艺流程优化势在必行，工作人员应该积极的对甲醇的合成工艺过程进行合理的分析与合理的规划，对甲醇合成技术操作控制进行合理的优化，从而解决我国当前甲醇合成技术生产存在的一系列问题。

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