甲醇合成工艺与过程优化研究

程玲玲

（河南省中原大化集团有限责任公司，河南濮阳 457000）

甲醇合成的反应过程主要是在添加催化剂进行综合反应，随后开展可逆操作，相关反应操作十分复杂， 通过对一氧化碳实施加氢处理，合成反应后形成甲醇， 此反应过程属于放热反应，立足于化学平衡原理，系统分析处于相同温度状态下，随着所承受压力的持续扩大，则KN 值相继扩大，对应甲醇平衡产率相继提高。 处于等同承受压力下， 随着温度升高， 则对应KN 值逐渐降低。 由此可以看出在甲醇合成过程中，如果是高压低温环境会更加有利[1]。

甲醇合成处理流程可以进一步分解为原料合成气、压缩净化处理、合成加工以及粗甲醇整体精馏等操作环节。 原材料合成气过程中，甲醇合成需要率先对碳、氢等原料氧化物实施合理制备，通过天然气、煤炭以及石油等原材料加工生产形成的物质，通过蒸汽处理进行转化或直接实施氧化处理，顺利生产出由二氧化碳、一氧化碳以及氢原料组成混合元素[2]。净化处理阶段，因为粗甲醇无法直接应用，需要率先实施净化，可以选择化学以及物理两种措施实施净化处理，化学净化能够通过碱帮助精馏过程破坏那些难以处理的杂质，对pH 值实施合理调节，物理手段的净化方法主要是对内部杂质进行简单过滤去除。 针对粗甲醇实施全面精馏处理， 主要是将易挥发物质实施全面去除， 例如二甲醚以及挥发难度较高的高碳醇、乙醇以及水等元素。

1 甲醇合成方法

1.1 高压法

高压法合成技术主要是在30～50 MPa 以及340～420℃高温状态下通过锌铬氧化物充当反应溶剂，或借助其他材料进行合成反应。 高压法属于传统模式下甲醇制备措施， 对应参数维持在20～35MPa 之间[3]。 一般应用高压措施对甲醇材料实施制备中，因为相关生产技术尚未达到标准实力，在人力和材料资源投入方面形成了巨大的浪费。 除此之外，因为高压法进行系统处理，需要保证在高压高温状态下实施反应处理，导致所形成甲醇内部杂质含量过多，为此该种方法逐渐被化工产业所淘汰。

1.2 低压法

低压法主要是在5MPa 以及275℃高温状态下，选择铜基充当反应催化剂。 在当前全球能源危机背景下，高压法因为不符合工业生产现实要求，逐渐被低压法所代替，选择低压法实施综合处理中， 普遍会将压力参数控制在5～10MPa 之间，该种措施可以在特定条件以及低压运行状态下实施全面催化处理，最终合理生产相应的甲醇材料。处于低压环境下，材料制备所形成反应条件和高压运行状态相比，具备更加多样选择性，所以有效减少原材料以及能源消耗，缩减投资压力[4]。

1．3 中压法

中压合成法主要是在10～27MPa 以及235～315℃高温状态下通过氢气以及一氧化碳混合反应形成甲醇。 和高压法相比，尽管应用低压法能够有效降低甲醇合成中的能源损耗，但在化工产业整体生产过程对于基础原材料需求量持续扩大背景下，低压合成法使得设备产生批量扩大的现象， 导致出现资金和生产原材料的大量浪费，为此在化工生产中需要充分联系市场发展状况，优化调整运行压力， 把低压转化为中压处理，减少资金投入，缩减处理工艺复杂度，优化整体生产效率，减少资源浪费，促进国内化工产业进一步发展[5]。

2 甲醇合成塔分析

甲醇合成塔可以分为冷激型合成塔、LURGI合成塔两种形式，第一种甲醇合成塔主要是通过气体分布系统对催化剂进行细化分解，转化成三到六段连续性催化剂反应装置。 激冷器会顺着喷射管对应钻孔均匀渗透至床层不同部位，分布器在水平层面分布了数个菱形结构小孔，反应器内气体会按照从上到下顺序进行流通，借助菱形分布装置能够促进不同喷射气体全面融合[6]。 第二种合成塔属于一种管壳外部固定的换热装置，合成管中添加少量催化剂。 管外添加热水，通过蒸发携带热量散发。 该种设备特征包括床层和催化剂等部件，拥有较高传热面积。

3 现阶段影响甲醇合成质量的因素

在实际开展甲醇生产与加工的过程中，由于需要采用天然气蒸馏的方法，因此对配气间温度以及压强等参数都提出了较高的要求，同时在实际操作的过程中也会对甲醇最终的产量与质量产生影响。 一方面，甲醇生产与加工过程中如果存在一定误差会对其转化造成影响，而技术实施环境的不同也会影响生产流程的实施； 另一方面，生产过程中如果存在较大的人工操作误差也会导致甲醇合成难以达到预期效果，而缺少对甲醇市场需求的了解也会进一步造成浪费。

就当前的发展情况来看，现阶段的甲醇合成加工更多是通过天然气配气间完成的，这样的形式很难有效满足市场的实际需求。 为确保合成过程的稳定开展，还应进一步结合生产实际情况落实完善的监督管理制度，进而更好地对甲醇合成环节以及人员的操作管理进行监督，以确保甲醇合成的顺利进行。

4 甲醇合成工艺优化措施

4．1 减少人力操作误差

随着我国工业生产水平的不断提升，作为常见的化工原材料，甲醇被广泛应用于社会发展的各个领域当中。 现阶段，虽然我国在甲醇加工合成领域已经累计了一定经验，但受到技术人员水平以及设备运行质量等因素的影响，我国相较于先进国家在甲醇的合成加工方面仍然有较大的提升空间。 因此为最大限度上满足当前市场对甲醇质量与产量的要求，在生产过程中应不断减少人力操作误差， 进而通过落实更加先进的智能化技术来实现降低生产成本、 提高生产精度的目的[7]。 当前，要想实现我国甲醇合成加工的智能化控制主要可以从两个角度入手：1）可以在甲醇的转化阶段采用智能化控制技术，将加热装置的初始温度调节为40℃，随后再对压强和气体含量变化加以调控，并在压强小于25Pa 的时候进一步添加天然气并加热[8]。 值得注意的是，甲醇在进行加热之后会产生甲酸二甲酯等物质，以此需要停止加热并进行导出。 2）在甲醇生产过程中还应在现有基础上进一步引入更多的智能化设备以及先进技术人员，同时加强对现有技术人员技术水平的培训，从而为甲醇加工与转化工艺水平的提升提供坚实的人才保障，最大限度满足社会的生产需求。

4．2 工艺参数优化

催化反应中所用溶剂含量、反应压力大小以及反应气体、碳氢容量、循环比、合成速度等都会对最终合成效果产生直接影响。 压力属于其中最为重要元素，在反应中，压力大小会直接影响甲醇产量，随着压力扩大，则甲醇产量相继增加。 除此之外， 催化反应温度同样会影响甲醇合成工艺， 因此反应阶段需要合理控制催化反应剂用量， 避免因为温度过高使得表层产生结晶现象，影响最终催化反应结果。 其中需要额外注意对催化剂温度实施合理调整， 可以优化甲醇合成率，但如果温度存在较大波动，会对合成结果产生负面影响。 参与反应气体是会影响工艺参数核心元素，全面优化改进生产工艺参数，需要及时放出惰性气体，增强甲醇浓度[9]。

4．3 设备优化

甲醇合成制备中，所选反应器性能会影响产品最终合成效果，合成器整体操作性能和运行参数还会直接影响甲醇合成效果。 在全面优化甲醇合成工艺中，为了提升整体操作效率，需要提高合成器重视程度， 如果反应器尚未满足温度要求， 则甲醇压缩机会产生内部压差扩大现象，导致反应设备远远超出标准压力状态，扩大设备整体损耗，需要额外支出甲醇生产投资，严重情况下，还会产生运行中断问题，设备故障[10]。

4．4 控制措施优化

甲醇合成生产相关控制措施可以分为两个环节，一是需要对反应催化剂实施合理选择和应用，二是全面把控甲醇合成主动性。 通过准确把握甲醇合成主动性，可以优化甲醇产品质量。 在具体实践操作中， 需要提供甲醇合成主动性，提升运行参数准确性以及科学性，改善甲醇运行效率，满足产品的标准和质量性能要求。 在反应操作中选择适合催化剂， 如果首次应用催化剂，需要率先实施全面还原处理，联系温度状态调控反应效果[11]。还原处理的主要反应原理，是在氮气内添加一定合成气体和氢气，促进系统内部催化剂的顺畅循环，对气体添加容量实施合理控制。

综上所述，甲醇作为化学生产领域和精细化工领域中基础材料，在日常生活和工农生产领域具有较高利用率。 立足于整个社会发展大环境分析，甲醇合成越加成熟，进一步扩展基础化学领域中对于甲醇材料的应用，当下工艺技术无法进一步满足市场发展需求，为此需要全面优化设计甲醇合成工艺，改善甲醇产品质量，优化产品性能，减少杂质含量。