甲醇合成工艺过程与操作控制优化的分析

甲醇合成工艺过程与操作控制优化的分析

李伟高传奎张振

山东华鲁恒升化工股份有限公司山东德州253000

摘要：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。近年来我国国内的甲醇合成技术发展迅猛，单套最大规模已达100wt/a以上，但还存在低产能装置多、能耗高、产率低、催化剂寿命短、设备老化过快等不足。因此相关行业人员应积极的对甲醇合成工艺过程进行合理的分析与合理的规划，对操作控制参数进行合理的优化，对解决当前甲醇合成技术存在的问题具有积极意义。

关键词：甲醇合成工艺；操作控制；优化措施

1导言

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，优化甲醇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。

2甲醇合成工艺过程分析

想要要做到整体上提升化工产业中甲醇合成的工作效率，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。

2.1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。

2.2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。

第一，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。第二，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、多种有机杂质混合的溶液，即粗甲醇。第三，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。第四，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。

2.3典型甲醇合成塔

2.3.1冷激型甲醇合成塔

冷激型甲醇合成塔是由一个用气体分布系统将催化剂分成三到六段的连续催化剂的反应器构成的。激冷气沿着喷射管钻的孔均匀的通过床层的各个部分，这些分布器在水平上有着小孔的菱形结构，气体在反应器内从上到下地流动，这些气体优先通过菱形分布器，在菱形分布器内几种气体的喷射能量让他们促进了融合。它具有结构简单、设备用材料不高、大型化的特点，但是由于靠冷原料气喷入各段催化剂之间来降低各个反应层的温度，所以在降温的同时，从而也降低了甲醇的含量，从而间接的影响了催化剂的利用率，逐渐被淘汰下去。

2.3.2Lurgi型甲醇合成塔

Lurgi型甲醇合成塔类似一台立式管壳式固定管板换热器，这种合成的管内装有少量的催化剂。在管外，则存在许多滚烫的热水使其蒸发带走热量，是近几年来国内使用最多的一种先进塔型。它的主要特点有单位体积催化剂和床层的传热面积非常大的特点。馆内中心线与沸腾热水之间最大温差可达到十摄氏度，在它们发生反应的时候，催化剂夹层之间温度差很小，操作人员可以人为是在恒定的温度下进行的，这种设备同样也会带走一定的热量。它有着操作安全、工作稳定、重复使用率高的特点，操作人员也可以人为的去控制夹层之间的温度，在生产过程中，还可以允许其中存在较高浓度的一氧化碳气体。它具有综合消耗较低、杂质产生较少、单程转化率很高的优点，这种方法生产甲醇的含量和空时间产率比ICI冷激塔高，它的催化剂的使用寿命也比冷激塔长。

3甲醇合成工艺的操作优化方法

在生产甲醇的操作流程中，操作人员如果操作控制不当就会造成催化剂活性下降、副产物含量增加，导致产品的合格率大幅度下降，甚至会带来一系列安全问题。因此，操作人员必须要对甲醇合成操作流程进行控制分析点优化，操作人员在具体的优化过程当中应当从设备、工艺参数等方面入手。

3.1甲醇合成工艺参数优化

一般情况下，压力、催化剂床层温度、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，因为在甲醇合成反应过程中，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，一定要定时排出循环气当中的惰性气体。

3.2甲醇合成生产设备优化

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，甲醇合成压缩机的进口、出口压差将会增大，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几率也会增加。

4结束语

综上所述，甲醇是一种重要的化工生产原料，对工业发展有着极其重要的意义，被广泛地应用于各个领域当中。随着社会生产对甲醇需求量的不断增大，甲醇质量的要求的不断提升使得甲醇在合成工艺、过程及控制分析优化上面有着迫切的需求。因此，工作人员要不断优化现有工艺和控制参数，并积极开发新的甲醇合成工艺。

参考文献：

[1]陈鑫亮.甲醇合成工艺过程与操作控制优化的分析[J].化工设计通讯,2017,43(02):6+35.

[2]李志宇.浅析甲醇合成的工艺过程及操作控制优化问题[J].化工管理,2017(27):103.

[3]王晓欣.甲醇合成的工艺过程分析与操作控制优化问题探讨[J].中国石油和化工标准与质量,2016,36(11):63+65.

[4]王海燕.甲醇合成的工艺过程分析及控制分析点优化[J].化工管理,2018(15):123-124.