合成工艺过程及优化研究

合成工艺过程及优化研究

杨秀玲,张雪丽

新疆广汇新能源有限公司, 新疆 哈密伊吾 839300

摘要：时代在不断地发展，科学技术也从未停止过革新的脚步，在新时代当中，有机化工企业呈现出了蓬勃的发展态势，同时，也让合成气成了有机化工生产过程当中最重要的原料之一，合成气主要是由乙二醇、乙二醚以及甲醇等共同组合而成本文主要对于合成气在有机化工生产当中的利用方法进行深入的探讨。

关键词：甲醇合成；工艺过程；优化研究

引言

化石能源是我国能源消耗的重要组成部分，随着工业化与城市化的不断发展，化石能源的储量日益减小，鼓励着我国寻找新能源来代替化石能源消耗。焦炉煤气是焦化过程的重要产物，煤附着的挥发性物质形成焦炉煤气，剩下大量的炭，由于焦炭为多孔物质，其主要由煤与不同煤混合物高温高压下形成。在进行炼化过程中大量的焦炭副产物焦炉煤气产生，很多焦炼单位将焦炉煤气进行燃烧排放，随着众多学者的研究发现，焦炉煤气具有很高的利用价值，我国每年产生的焦炉煤气约为700亿m3，但能得到利用的仅占据20%左右，所以，每月80%的焦炉煤气直接燃烧排放，造成严重的资源浪费，所以将焦炉煤气转化为甲醇研究是十分必要的。

1甲醇合成简介

实现甲醇合成，既可以用煤、天然气为原料，也可以用重油为原料实现。一些欧美国家采用天然气作为原料合成甲醇，具有一定的优势，此种工艺不用较多投资，同时，生产过程不会对环境造成污染，也不涉及副产物，具有广阔的应用前景。然而，我国并不具备较多的天然气资源，此外，在石油资源方面也非常紧张，所以，煤炭依然是我国甲醇生产的主要原料。甲醇生产的原料有一氧化碳、二氧化碳，还有氢气，三者发生相应的反应生成甲醇。而甲醇合成生产技术在发展实践中已经趋向成熟，主要的工艺技术路线包含高压甲醇合成、中压甲醇合成、低压甲醇合成，这三种类型合成工艺压强分别为30MPa以上、10~15MPa、5~10MPa。其中高压甲醇合成工艺在实践应用中需要耗费较大的动力，同时，催化剂活性低，所生产出来的产品质量也较差，目前正在逐年减少甚至趋向淘汰；而中压甲醇合成法主要应用于联醇工艺中；相比之下，低压甲醇合成工艺突显了较大优势，除了工艺技术较为先进之外，该工艺在能耗、投资方面都非常低，相比于以往的高压工艺，无论是装置建设还是单系列反应器生产能力，都极具优越性，这也是当前世界各个国家应用最多的方法。

2甲醇合成工段

完成甲烷的转化之后，就要进行甲醇的合成。合成甲醇的方法有高压法，中压法和低压法。由于高压法和中压法的能源消耗大、设备复杂，在发展中逐步被淘汰。低压法是在铜基催化剂上于5.0MPa的压力和230~275℃的温度下将原料氢和一氧化碳合成甲醇，它具有结构简单，节能，高选择性和高纯度的优点，被广泛使用。在合成甲醇的时候要格外注意碳氢比，受自身的影响，碳氢比直接和甲醇的生产效率相关联，过小的碳氢比会加大催化剂的活性，从而造成能耗损失；相反，过大的碳氢比则会减小催化剂的活性，影响生产效率，只有找到合适的碳氢比才能生产出最佳的甲醇。相关数据表明，生产甲醇最合适的碳氢比为2.98%，但在实际动态的生产中，往往不能保持这一数值不变，会有所偏大，所以在生产过程中要不断关注碳氢比，并且进行合理的调整，必要时注入适量的二氧化碳以促进反应的进行并确保甲醇的生产。

3合成工艺过程及优化策略

3.1催化剂的选择

早在20世纪60年代左右，就已经开发成功了铜基催化剂，铜基催化剂不但性能好，而且活性极高，适宜的反应温度为493~543K，被广泛应用在低压法甲醇合成当中。事实上，在低压法甲醇合成工业化之前，人们已然知道铜基催化剂的活性非常高，但是其中最棘手的问题就是铜基催化剂对于硫非常的敏感，非常容易出现中毒事故，而且热稳定性非常的差，经过不懈的努力和钻研，让含铜催化剂的性能得到了改变，更主要的是找到了高效的脱硫剂，将甲醇合成塔的结构进行了有效的改变，让反应的温度能够得到严格的控制，延长了铜基催化剂的使用时间与寿命，这样运用铜基催化剂的低压法合成甲醇，才能够真正地实现工业化。

3.2控制进料比例

通过对进料比例进行合理把控，可以延长触媒活性，进而提升甲醇合成塔整体运行稳定性，这对提高产品质量具有重要作用。正常情况下，新鲜原料气中的氢碳比比值为2.05~2.15，而合成回路中的氢碳比比值约为4.5。根据这一数值，可以合理地控制进料比。由上文分析可知，在初期触媒使用时，其活性较好，具有较强的转化能力，对此，应适当降低合成塔进气氢碳比，但也不能过低，不然会加剧副反应发生，直接影响触媒活性，导致产品质量下降。在触媒使用后期，其活性会持续下降，此时应当提高氢碳比，确保触媒具有足够的转化能力，增加原料气中氢含量有助于防止硫化氢中毒，从而使得羰基镍、高级醇含量降低，这在很大程度上能够有效延长催化剂寿命。

3.3甲醇合成工艺的条件

第一，反应的温度。最合适的温度与转化深度以及催化剂的老化程度之间有着紧密的联系和关系。为了能够让催化剂的使用寿命更长，在初期时，需要运用非常低的温度，运用一段时间之后，再升至到适宜的温度，之后伴随着催化剂老化程度不断增加，反应温度也需要进行提升。因为合成甲醇是放热反应，反应热需要第一时间排除，否则，就会导致催化剂的温度不断升高，增加副反应出现的可能与概率。第二，反应的压力。在合成甲醇反应中，一氧化碳加氢实质上是降低了摩尔数的化学反应，由此提升压力在增加甲醇平衡浓度等方面非常的重要，在铜基催化的过程当中，因为其回应非常的高，反应温度很低，所以反应压力也可以适当降低一些。

3.4生产过程优化

生产过程优化包括设备保护和开停车次数控制，在甲醇生产中，需要监控合成反应器各个参数在催化剂不同时期的变化并根据工况及时进行调整。生产过程中，要防止超温、超压、负荷过大等现象出现。另外，系统频繁开停车过程中如果处置不当将会使催化剂活性受到损害。因此，在经历紧急停车后，应做以下处理：（1）应立即用氮气将系统置换合格。（2）当床层温度下降时，如果有蒸汽的情况下应适当开大合成塔开工喷射器，并减少循环量，将床层温度维持210℃，将系统压力缓慢降低至0.2MPa。（3）若是系统长期停车，将系统用氮气置换，防止系统中的残余的CO在低温的情况下与Fe＼Ni生成羰基化合物，造成甲醇催化剂的失活。

结束语

目前焦化企业的清洁生产已经成为人们关注的焦点，焦炉煤气制甲醇工艺的发展趋势越来越符合国家的要求，得到了国家的政策支持，技术上也在逐步趋于成熟，有着很好的发展前景，该生产工艺正处于快速优化的过程中。与此同时，人们需要密切关注甲醇市场，生产出更加符合市场需求和社会需求的甲醇产品，对焦炉煤气在化工领域中的发展意义重大。

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