甲醇合成工藝概述

摘 要：甲醇是C1化學的支柱產(chǎn)品，是重要的化工原料。在農(nóng)藥，醫(yī)藥，染料，香料，涂料以及三大合成材料生產(chǎn)中都需要甲醇作為原料或作為溶劑。因此，甲醇是一種有著廣泛用途的重要的有機化工原料，甲醇工業(yè)生產(chǎn)對其他相關(guān)工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展都有著重要意義。由此，甲醇合成的工藝也顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：甲醇；工藝；合成塔

1 合成氣（CO+H2）生產(chǎn)甲醇的方法

以一氧化碳與氫氣為原料合成甲醇的方法有高壓、中壓、低壓三種方法。

（1）高壓法（20 MPa——35 MPa）

這是最初生產(chǎn)甲醇的方法，即用一氧化碳與氫在高溫高壓下用鋅-鉻催化劑合成甲醇。反應溫度為360——400℃，壓力19.6——29.4 MPa。隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展，高壓法也在逐步采用活性高的銅系催化劑，以改善合成條件，達到提高效率和增產(chǎn)甲醇的效果。高壓法雖然有60多年的歷史，但是，由于原料及動力消耗大，反應溫度和壓力高，生成粗甲醇中有機雜質(zhì)含量高，而且投資大，成本高，當今已屬于被淘汰的方法。

（2）低壓法（5.0 MPa——10.0 MPa）

這是20世紀60年代后期發(fā)展起來的甲醇合成技術(shù)，即用一氧化碳與氫氣為原料在低壓（5.0 MPa）和275℃左右的溫度下，采用高活性的銅基催化劑合成甲醇。銅系催化劑活性明顯高于鋅鉻系催化劑，在較低的壓力下可獲得較高的甲醇收率，而且選擇性好，減少了副反應，改善了甲醇質(zhì)量，降低了原料的消耗。此外，由于壓力低，不僅動力消耗比高壓法降低很多，而且工藝設(shè)備的制造也比高壓法容易，投資得以降低，總之低壓法比高壓法有顯著的優(yōu)越性。

（3）中壓法（10.0 Mpa——20.0 MPa）

隨著甲醇單系列規(guī)模的大型化（目前最大單系列裝置己達日產(chǎn)5000噸），如采用低壓法，勢必導致工藝管道和設(shè)備非常龐大，因此在低壓法的基礎(chǔ)上，適當提高合成壓力，即發(fā)展成為中壓法。該法的關(guān)鍵在于使用了一種新型銅基催化劑，綜合利用指標要比低壓法更好。結(jié)合我國中小氮肥的特殊情況，自行開發(fā)成功了在合成氨生產(chǎn)流程中同時生產(chǎn)甲醇，即合成氨-甲醇聯(lián)合生產(chǎn)的聯(lián)醇工藝流程。聯(lián)醇工藝的特點是在銅洗之前經(jīng)過甲醇合成。采用銅基催化劑，合成壓力在10.0 Mpa——13.0 MPa，合成溫度在235——315℃。在聯(lián)醇工藝中，銅基催化劑易中毒，要求合成甲醇的原料氣中含硫總量應小于1mL/m3.該法不但流程簡單，而且投資省，建設(shè)快。可以大中小同時并舉，對我國合成甲醇工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

2 典型甲醇合成塔

（1）冷激型甲醇合成塔

該塔由一個利用氣體分布系統(tǒng)將催化劑床層分成3——6段的連續(xù)催化劑床層的絕熱反應器構(gòu)成，熱的或冷激氣噴射入氣體分布系統(tǒng)以控制催化劑床層的溫度。激冷氣沿著噴射管鉆的孔均勻地通過床層各個部分，這些分布器沿水平有附有小孔的菱形結(jié)構(gòu)，它鋪設(shè)在連續(xù)催化劑床層內(nèi)。氣體在反應器內(nèi)向下流動，優(yōu)先通過菱形分布器，在菱形分布器內(nèi)激冷氣體的噴射能量促進了混合。在壓力8.4MPa和12000hq空速下，當出塔氣甲醇濃度為4%時，一、二兩段溫升約50℃。

ICI冷激塔結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備用材要求不高，易于大型化。但由于靠冷原料氣噴入各段催化劑之間以降低反應氣溫度，從而造成在降溫的同時也降低了反應氣中甲醇的含量，降低了催化劑利用率。為了防止催化劑過熱，采用較大空速，則出塔氣中甲醇含量較低，反應副產(chǎn)物較多，循環(huán)氣壓縮功耗較大，而且合成反應熱只能在合成塔出口設(shè)低壓廢熱鍋爐回收低壓蒸汽，不能利用回收有動力價值的中壓蒸汽而逐漸被淘汰。

（2）Lurgi型甲醇合成塔

Lurgi甲醇合成塔類似一臺立式管殼式固定管板換熱器。管內(nèi)裝催化劑，管外充滿中壓沸騰水蒸發(fā)帶走反應熱，是近年來國內(nèi)外使用較多的一種先進塔型，其主要特點是：單位體積催化劑床層的傳熱面積較大（可達30m2/cm3床層），管內(nèi)中心線與沸騰水之間的最大溫差可達10～12℃，反應時催化劑層溫差小，幾乎是在等溫條件下進行，反應器能除去有效的熱量，操作平穩(wěn)?？赏ㄟ^蒸汽壓力的調(diào)節(jié)，簡便地控制床層溫度，使催化劑壽命延長。還可允許較高CO含量氣體，采用低循環(huán)氣量，使反應等溫進行，單程轉(zhuǎn)化率高，雜質(zhì)生成少，循環(huán)壓縮功消耗低，而且合成反應熱副產(chǎn)中壓蒸汽，便于綜合利用。

可以看出，Lurgi公司正是根據(jù)甲醇合成反應熱大和現(xiàn)有銅基催化劑耐熱性差的特點，而采用列管式反應器。管內(nèi)裝催化劑，管間用循環(huán)沸騰水，用很大的換熱面積來移去反應熱，達到接近等溫反應的目的，故其出塔氣中甲醇含量和空時產(chǎn)率均比ICI冷激塔高，催化劑使用壽命也較長。

3 結(jié)語

節(jié)能降耗及裝置超大型化是今后甲醇發(fā)展的方向。設(shè)計合理的甲醇合成塔應做到催化劑床的溫度易于控制，調(diào)節(jié)靈活，合成反應的轉(zhuǎn)化率高，催化劑生產(chǎn)強度大，能從較高位能回收反應熱，床層中氣體分布均勻，低壓降。在結(jié)構(gòu)上要求簡單緊湊， 高壓空間利用率高，高壓容器及內(nèi)件無泄露，催化劑裝卸方便。國內(nèi)應加強大型甲醇合成技術(shù)開發(fā)力度，逐步縮小與國外的差距。

參考文獻

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作者簡介

王濟陽（1995-），男，漢族，河南省濟源市人，學生，本科在讀，河南省鄭州大學化工與能源學院化學工程與工藝專業(yè)。