甲醇合成工艺过程与操作控制优化探讨

赵云

摘 要：甲醇是化工行業重要的生产原料，在生产中体现出了成本低、使用广的优越特点，但是随着近些年来我国化工行业领域内对于甲醇合成质量与合成效率的要求不断增高，优化甲醇合成工艺过程与操作控制也就成为了工业生产的重点。本文就着重针对甲醇的合成工艺过程与操作控制优化进行探讨研究，明确甲醇的合成反应机理与合成过程，并进一步探究合成的方法，从工艺参数与设备的角度入手分析，为我国化工行业中甲醇合成工艺效率与质量的提高提供更多理论建议。

关键词：甲醇合成;合成工艺;操作控制;优化措施

0 引言

工业生产离不开甲醇，而甲醇的合成效率与合成工艺直接决定了甲醇的质量与效果，在整体工艺较为成熟的阶段中，通过天然气炼制甲醇已经成为了我国较为常见的一种甲醇炼制方法，但是由于我国的工艺与技术、设备等仍然存在一定的落后，因此甲醇的合成工艺效率较低，无法满足市场对于甲醇的需求。因此，本文就着重针对甲醇合成工艺的过程与具体的工艺水平进行探讨分析，从操作流程的控制优化角度入手，探究如何改善我国的甲醇合成工艺效率与工业质量。

1 甲醇合成工艺的具体工艺流程研究

1.1 甲醇合成反应机理

甲醇合成反应在催化剂的影响下发生，形成复杂的化学反应。反应机理是向一氧化碳中加氢最终合成甲醇，化学反应方程式为CO+2H2=CH3OH。通常，用于甲醇合成反应的催化剂是锌--铬催化剂和铜基催化剂。无论使用哪种催化剂，催化过程都涉及五个过程，即扩散，吸附，表面反应，分析和扩散[1]。

1.2 甲醇合成过程

合成气合成甲醇也是中国普遍的甲醇合成方法，但是由合成气制备甲醇的过程非常复杂，整个过程也很耗时。实际生产过程分为合成原料气，粗甲醇的纯化，压缩，合成和精馏几个重要的环节。

首先，合成所供应的气体。甲醇合成的第一步是制备原料，例如氢和碳氧化物。该链主要使用石油，煤炭和天然气，它们通过蒸汽或部分氧化反应进行转化，形成包含氢气，一氧化碳和二氧化碳的混合气体。该回路中的甲醇合成气需求量约为（H2-CO2）/（CO+CO2）。二是甲醇的合成。甲醇合成过程中使用的催化剂和压力不同。通常的温度分别为240～270℃和360～400℃，合成反应在催化剂的作用下进行，得到甲醇[2]。第三，清洁处理。该界面主要是粗甲醇纯化过程。纯化涉及两种形式，即物理和化学纯化。第四，纠正粗甲醇。在精馏过程中，几乎不挥发的组分如二甲醚，乙醇，高级醇和水被除去。

1.3 甲醇合成的方法

当前最广泛使用的工业是用于生产甲醇的合成气方法。此方法也可以分为三种形式：高压，低压和中压。一是高压合成气法。该方法的温度通常为340～420℃，压力为30.0～50.0MPa，通过催化氧化锌铬合成甲醇。这种合成方法历史悠久，也是化学工业中最关键的甲醇合成方法。第二，低压合成气法。该方法的甲醇合成温度为275℃，压力为5.0MPa，催化剂为铜基。随着近年来该方法的方法和催化剂的不断改进，用于甲醇合成的低压合成气方法的合成更加经济，并且在将来具有明显的优势。最后是中压合成气法。该甲醇合成方法的原理是在235～315ir的温度和10.0～27.0MPa的压力下用一氧化碳和氢气合成甲醇[3]。

2 甲醇合成操作控制优化研究

在甲醇合成过程中，如果操作不当，催化剂的活性将大大降低，副产物将增加，这最终会影响产物的质量并给甲醇合成带来困难。因此，优化和控制甲醇合成过程非常必要。因此，本文在研究甲醇合成操作控制优化的过程着重从工艺参数与生产设备两个角度入手，分析甲醇合成操作控制优化的思路与方向，进而进一步提高甲醇合成工艺的操作控制优化效果。

2.1 工艺参数的优化

甲醇合成过程中有许多工艺参数，包括压力，催化剂使用，合成速率，气体组成和循环比等。其中，就压力而言，生产压力对甲醇合成效率和生产质量有一定影响，因此压力对于甲醇合成非常重要。甲醇合成的关键是压力，高压对甲醇合成有利，并且可以使甲醇合成反应的平衡向右移动。

空速是影响甲醇合成效率的重要因素，应当控制催化剂与气体的接触时间，可以适当提高空速进而达到保护催化剂的效果，减缓催化剂的反应，降低副产物，提高产量与效率。但是在提高空速的过程中也应当控制其速度，如果速度过高则会导致平面温差过大，反应温度无法维持的情况，反而影响正常的生产工作。

催化剂的温度也会影响甲醇的合成效率，因此，在甲醇合成过程中还必须控制催化剂温度，以确保有效提高生产效率。基于催化剂的使用，如果反应未达到平衡，则可以使用升温方法来增加甲醇的量，但应注意的是，如果反应已经达到平衡，则温度的连续升高很容易缩短催化剂寿命。降低甲醇生产效率。然而，在生产过程中不容易过分提高催化剂温度。如果增加太多，不仅会影响生产效率，还会影响合成质量。

在甲醇合成过程中，氢/碳比（H/C）也是影响甲醇合成效率与合成质量的重要影响因素，在新鲜气体中保持合成系统的低CO含量可确保合成塔中的床层平滑并降低床层温度。避免催化剂失活过快的情况出现。

另外，在将工艺气体与蒸汽混合后，对流盘管预热会导致甲烷蒸汽转化以及水和气体的反应。第一个反应是强吸热反应，第二个反应是放热反应。在吸热反应中，转化反应所需的热量通过天然气和提取的废气的燃烧来提供。重整器的排出温度越高，废气中的甲烷越少，产生的高压蒸汽就越多。在相同的排放温度下，水碳比越高，甲烷的产量越低，甲醇的产率越高。

2.2 生产设备的优化

除了生产参数的优化之外，对于甲醇合成的生产设备优化也是有着非常重要的意义，以我公司装置为例，在正常的生产状态下设备年产60万t的甲醇装置，才用的是煤气化成的变换气造甲醇，合成塔是列管式，管程填装的铜基催化剂，合成气为工艺气，壳程是水，塔出口温度一般在240℃左右，合成塔压力在7.5-7.8左右。为了有效地改善甲醇合成工艺，不仅需要优化其合成参数，而且还必须优化其生产设备。只有这样，才能满足生产过程的要求。因此，为了使合成甲醇的质量满足要求，有必要加强设备和工艺技术，并减少由于设备和工艺技术的影响而导致的劣质甲醇现象。在设备优化方面，应注意改善聚变反应堆的性能。如果设备的反应器温度低于指定范围，则甲醇合成压缩机的入口和出口之间的压差将增加，导致反应设备超压，这增加了设备的能量消耗，这增加了甲醇合成的成本，并且还易于使生产设备发生故障[4]。

因此，当优化生产设备时，各种参数应稳定作为生产标准，并且应增加反应设备中的气体量以避免甲醇合成过程中的压力。同时，可以通过控制二氧化碳的量来保护催化剂，以使二氧化碳的波动不损害催化剂的性能。因此，必须采取预防措施以确保催化剂保持最佳的催化剂活性温度。

3 结论

总而言之，随着甲醇的市场需求量不断增高，甲醇的合成效率与合成质量也成为了我国甲醇合成工艺发展的重要方向，而提高甲醇合成质量与效率并非简单的改进工艺，需要从生产工艺的参数与生产设备的角度进行优化，从整体提高甲醇的性能，对各项参数进行优化处理，才能真正使得甲醇合成高效、高质，满足我国工业生产的需求。

参考文献：

[1]赵学斌，谷岚，李晓梦，董莎莎，姚军.硫酸特布他林合成工艺的优化和改进[J].河北科技大学学报，2019，40（05）： 379-384.

[2]惠樱花.甲醇合成系统存在问题及工业化改进措施[D].西安：西北大学，2019.

[3]朱安国，王洪刚，董维超，郭勤芳，张贵民.盐酸坦洛新合成工艺优化[J].中国医药工业杂志，2019，50（03）：280-283.

[4]徐炜，刘效均.大型煤制甲醇的气化和合成工艺选择分析[J].化工管理，2018（32）：87-88.