甲醇合成工藝過程與操作控制優化探討

趙云

摘 要：甲醇是化工行業重要的生產原料，在生產中體現出了成本低、使用廣的優越特點，但是隨著近些年來我國化工行業領域內對于甲醇合成質量與合成效率的要求不斷增高，優化甲醇合成工藝過程與操作控制也就成為了工業生產的重點。本文就著重針對甲醇的合成工藝過程與操作控制優化進行探討研究，明確甲醇的合成反應機理與合成過程，并進一步探究合成的方法，從工藝參數與設備的角度入手分析，為我國化工行業中甲醇合成工藝效率與質量的提高提供更多理論建議。

關鍵詞：甲醇合成;合成工藝;操作控制;優化措施

0 引言

工業生產離不開甲醇，而甲醇的合成效率與合成工藝直接決定了甲醇的質量與效果，在整體工藝較為成熟的階段中，通過天然氣煉制甲醇已經成為了我國較為常見的一種甲醇煉制方法，但是由于我國的工藝與技術、設備等仍然存在一定的落后，因此甲醇的合成工藝效率較低，無法滿足市場對于甲醇的需求。因此，本文就著重針對甲醇合成工藝的過程與具體的工藝水平進行探討分析，從操作流程的控制優化角度入手，探究如何改善我國的甲醇合成工藝效率與工業質量。

1 甲醇合成工藝的具體工藝流程研究

1.1 甲醇合成反應機理

甲醇合成反應在催化劑的影響下發生，形成復雜的化學反應。反應機理是向一氧化碳中加氫最終合成甲醇，化學反應方程式為CO+2H2=CH3OH。通常，用于甲醇合成反應的催化劑是鋅--鉻催化劑和銅基催化劑。無論使用哪種催化劑，催化過程都涉及五個過程，即擴散，吸附，表面反應，分析和擴散[1]。

1.2 甲醇合成過程

合成氣合成甲醇也是中國普遍的甲醇合成方法，但是由合成氣制備甲醇的過程非常復雜，整個過程也很耗時。實際生產過程分為合成原料氣，粗甲醇的純化，壓縮，合成和精餾幾個重要的環節。

首先，合成所供應的氣體。甲醇合成的第一步是制備原料，例如氫和碳氧化物。該鏈主要使用石油，煤炭和天然氣，它們通過蒸汽或部分氧化反應進行轉化，形成包含氫氣，一氧化碳和二氧化碳的混合氣體。該回路中的甲醇合成氣需求量約為（H2-CO2）/（CO+CO2）。二是甲醇的合成。甲醇合成過程中使用的催化劑和壓力不同。通常的溫度分別為240～270℃和360～400℃，合成反應在催化劑的作用下進行，得到甲醇[2]。第三，清潔處理。該界面主要是粗甲醇純化過程。純化涉及兩種形式，即物理和化學純化。第四，糾正粗甲醇。在精餾過程中，幾乎不揮發的組分如二甲醚，乙醇，高級醇和水被除去。

1.3 甲醇合成的方法

當前最廣泛使用的工業是用于生產甲醇的合成氣方法。此方法也可以分為三種形式：高壓，低壓和中壓。一是高壓合成氣法。該方法的溫度通常為340～420℃，壓力為30.0～50.0MPa，通過催化氧化鋅鉻合成甲醇。這種合成方法歷史悠久，也是化學工業中最關鍵的甲醇合成方法。第二，低壓合成氣法。該方法的甲醇合成溫度為275℃，壓力為5.0MPa，催化劑為銅基。隨著近年來該方法的方法和催化劑的不斷改進，用于甲醇合成的低壓合成氣方法的合成更加經濟，并且在將來具有明顯的優勢。最后是中壓合成氣法。該甲醇合成方法的原理是在235～315ir的溫度和10.0～27.0MPa的壓力下用一氧化碳和氫氣合成甲醇[3]。

2 甲醇合成操作控制優化研究

在甲醇合成過程中，如果操作不當，催化劑的活性將大大降低，副產物將增加，這最終會影響產物的質量并給甲醇合成帶來困難。因此，優化和控制甲醇合成過程非常必要。因此，本文在研究甲醇合成操作控制優化的過程著重從工藝參數與生產設備兩個角度入手，分析甲醇合成操作控制優化的思路與方向，進而進一步提高甲醇合成工藝的操作控制優化效果。

2.1 工藝參數的優化

甲醇合成過程中有許多工藝參數，包括壓力，催化劑使用，合成速率，氣體組成和循環比等。其中，就壓力而言，生產壓力對甲醇合成效率和生產質量有一定影響，因此壓力對于甲醇合成非常重要。甲醇合成的關鍵是壓力，高壓對甲醇合成有利，并且可以使甲醇合成反應的平衡向右移動。

空速是影響甲醇合成效率的重要因素，應當控制催化劑與氣體的接觸時間，可以適當提高空速進而達到保護催化劑的效果，減緩催化劑的反應，降低副產物，提高產量與效率。但是在提高空速的過程中也應當控制其速度，如果速度過高則會導致平面溫差過大，反應溫度無法維持的情況，反而影響正常的生產工作。

催化劑的溫度也會影響甲醇的合成效率，因此，在甲醇合成過程中還必須控制催化劑溫度，以確保有效提高生產效率?；诖呋瘎┑氖褂?，如果反應未達到平衡，則可以使用升溫方法來增加甲醇的量，但應注意的是，如果反應已經達到平衡，則溫度的連續升高很容易縮短催化劑壽命。降低甲醇生產效率。然而，在生產過程中不容易過分提高催化劑溫度。如果增加太多，不僅會影響生產效率，還會影響合成質量。

在甲醇合成過程中，氫/碳比（H/C）也是影響甲醇合成效率與合成質量的重要影響因素，在新鮮氣體中保持合成系統的低CO含量可確保合成塔中的床層平滑并降低床層溫度。避免催化劑失活過快的情況出現。

另外，在將工藝氣體與蒸汽混合后，對流盤管預熱會導致甲烷蒸汽轉化以及水和氣體的反應。第一個反應是強吸熱反應，第二個反應是放熱反應。在吸熱反應中，轉化反應所需的熱量通過天然氣和提取的廢氣的燃燒來提供。重整器的排出溫度越高，廢氣中的甲烷越少，產生的高壓蒸汽就越多。在相同的排放溫度下，水碳比越高，甲烷的產量越低，甲醇的產率越高。

2.2 生產設備的優化

除了生產參數的優化之外，對于甲醇合成的生產設備優化也是有著非常重要的意義，以我公司裝置為例，在正常的生產狀態下設備年產60萬t的甲醇裝置，才用的是煤氣化成的變換氣造甲醇，合成塔是列管式，管程填裝的銅基催化劑，合成氣為工藝氣，殼程是水，塔出口溫度一般在240℃左右，合成塔壓力在7.5-7.8左右。為了有效地改善甲醇合成工藝，不僅需要優化其合成參數，而且還必須優化其生產設備。只有這樣，才能滿足生產過程的要求。因此，為了使合成甲醇的質量滿足要求，有必要加強設備和工藝技術，并減少由于設備和工藝技術的影響而導致的劣質甲醇現象。在設備優化方面，應注意改善聚變反應堆的性能。如果設備的反應器溫度低于指定范圍，則甲醇合成壓縮機的入口和出口之間的壓差將增加，導致反應設備超壓，這增加了設備的能量消耗，這增加了甲醇合成的成本，并且還易于使生產設備發生故障[4]。

因此，當優化生產設備時，各種參數應穩定作為生產標準，并且應增加反應設備中的氣體量以避免甲醇合成過程中的壓力。同時，可以通過控制二氧化碳的量來保護催化劑，以使二氧化碳的波動不損害催化劑的性能。因此，必須采取預防措施以確保催化劑保持最佳的催化劑活性溫度。

3 結論

總而言之，隨著甲醇的市場需求量不斷增高，甲醇的合成效率與合成質量也成為了我國甲醇合成工藝發展的重要方向，而提高甲醇合成質量與效率并非簡單的改進工藝，需要從生產工藝的參數與生產設備的角度進行優化，從整體提高甲醇的性能，對各項參數進行優化處理，才能真正使得甲醇合成高效、高質，滿足我國工業生產的需求。

參考文獻：

[1]趙學斌，谷嵐，李曉夢，董莎莎，姚軍.硫酸特布他林合成工藝的優化和改進[J].河北科技大學學報，2019，40（05）： 379-384.

[2]惠櫻花.甲醇合成系統存在問題及工業化改進措施[D].西安：西北大學，2019.

[3]朱安國，王洪剛，董維超，郭勤芳，張貴民.鹽酸坦洛新合成工藝優化[J].中國醫藥工業雜志，2019，50（03）：280-283.

[4]徐煒，劉效均.大型煤制甲醇的氣化和合成工藝選擇分析[J].化工管理，2018（32）：87-88.