甲醇合成工艺中各影响因素的分析

王旭俊

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037001)

1 氢碳比对甲醇合成的影响

甲醇合成塔内存在很多种反应其中有效反应为：

CO+2H2=CH3OH+Q

(1)

CO2+3H2=CH3OH+H2O+Q

(2)

概念上来说方程式(1)中2分子氢与1分子一氧化碳可以合成一分子的甲醇，所以其氢碳比是2。在生产中变换工序对一氧化碳和氢气进行转换时会产生CO2，同时CO2和氢反应也可以生成甲醇，还会存在反应式(2)。在系统中同时存在(1)、(2)两种反应时，氢碳比计算公式为(H2-CO2)/(CO+CO2)。在日常生产中甲醇合成塔内部一般都维持在一个富氢的环境，系统的氢碳比大约会控制在2.05～2.15间。

2 二氧化碳对甲醇生产的影响

二氧化碳也能参加合成甲醇的反应，其主要作用有：①因为CO2可以参与反应生成甲醇，合成其中含有CO2可以提高粗甲醇的得率；②甲醇脱水反应会生成二甲醚，CO2反应产物有水生成可以减少脱水反应的发生，防止副反应；③CO2合成甲醇反应(2)的反应热较CO合成反应(1)低，有利于控制合成塔的床层温度，增加催化剂的寿命；④防止催化剂积炭[1]。但是从反应式(2)中可以看出CO2合成反应对于生成等量的甲醇所需要耗费的氢气要多同时还会生成水，降低了产品中的醇含量，为后续精馏增加负担。所以，在催化剂的不同时期CO2的指标控制也会不同。在催化剂使用初期，催化剂的活性好、选择性高，原料气中的CO2浓度可以高一些来保持合成甲醇的反应平稳；随着时间推移，应当逐步降低原料气中的CO2浓度，来确保合成甲醇反应。对于铜基催化剂的合成工艺，系统原料气中CO2的百分比一般在3左右。

3 压力对甲醇生产的影响

甲醇合成反应属于分子数减少的反应，系统操作压力提高反应平衡会向生成甲醇方向移动。系统压操作力不是一成不变的，在催化剂初期时由于其活力好，系统压力低一些也可以满足生产需要，同时压力低还可以催化剂粉化；当催化剂使用后期活性降低时，就需要加大压力来激发催化剂的活性。对于铜基催化剂的合成工艺而言，系统的操作压力大约在5Mpa到10Mpa之间。

4 温度对甲醇生产的影响

温度可以影响甲醇合成反应速率及其平衡常数，合成甲醇的两个主要反应(1)、(2)都属于可逆的放热反应。提高合成塔内部反应温度，合成反应的反应速率虽然会增大但其反应平衡常数会降低，所以就会存在一个最佳温度。最佳温度是指一定的反应混合物具有最大反应速率时的温度。在合成反应初期合成塔内的甲醇含量较低，对反应平衡的影响小，最佳温度的值较高；随着塔内反应的进行甲醇浓度持续上升对反应平衡影响增大，最佳温度值会降低。另外还要根据催化剂的不同时期进行调整。催化剂使用初期，合成塔内部反应温度应放低一些些；催化剂使用后期，要升高温度保持其活性，对于铜基催化剂初期温度控制在220～240℃，中期在250℃左右，后期温度可提高到260～270℃。

5 空间速度对甲醇生产的影响

空间速度是每立方米催化剂在单位时间内所通过的合成气流量。提高空速，催化反应变慢合成反应的单程转化率降低，催化反应变缓，可以有效保护催化剂和提高产量。但是提高空速不仅会使循环段耗能增加，加重压缩机负荷；还会带走大量的反应热，对合成塔内部床层温度控制不利。

6 循环比对甲醇生产的影响

在合成甲醇过程中合成气转化为甲醇的单程转化率较低，而甲醇合成需要的合成气量很大，如果没有循环气只有新鲜气，一是给压缩机和脱硫加大负荷，二是合成后的气体作为驰放气放掉，造成了巨大的能源和原料的浪费。因此除新鲜段外又增加循环段，合成回路中气体的循环量不一定是一成不变的，而是要与新鲜合成气的流量匹配。因此就有了循环比的概念。循环比是指回路中的循环合成气量与新鲜合成气量的比值。当需要改变新鲜合成气量，从而改变合成工序的产量时，合成回路循环气量也相应改变。一般控制循环比为1.5-2.4，具体数值与催化剂的年龄有关。

7 结论

甲醇生产应该根据催化剂的活性、压差、以及其他条件综合考虑氢碳比、二氧化碳、压力、温度、空速、循环比等各个参数。在催化剂活性初期采取较低的温度、压力循环比等保护催化剂的低温活性；在催化剂的使用末期逐步提高温度、压力等保证甲醇的产量，此外精细化操作减少参数大幅度波动也是提高甲醇产量的重要因素。