甲醇合成工藝中各影響因素的分析

王衛(wèi)芳

摘 要：甲醇這一化工原料由于應(yīng)用量較大，市場的需求極高，但在當(dāng)前的甲醇合成工藝中，會受到較多的影響因素干擾，降低甲醇的生成數(shù)量或質(zhì)量。所以本文將針對甲醇合成工藝中各影響因素展開分析，明確影響因素的相關(guān)情況，能夠在甲醇的工業(yè)化生產(chǎn)中，采取更好的防范措施，提高甲醇合成工藝，促進甲醇工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：甲醇;合成工藝;影響因素

0 引言

甲醇合成工藝受到科學(xué)技術(shù)發(fā)展的影響，早期以木質(zhì)素干餾法為主要合成工藝，年產(chǎn)量極低，僅為4.5萬t/a，雖然能夠采用氯甲合成工藝得到更好的年產(chǎn)量，但由于水解法的較大投入，難以應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)中。煤、原油、天然氣等原料作為當(dāng)前工業(yè)化生產(chǎn)甲醇的主要原料成分，隨著合成工藝的不斷發(fā)展，已經(jīng)具有較多的合成工藝方法，但不論采用哪種合成工藝，在工業(yè)化生產(chǎn)過程中，都會受到較多影響因素的干擾，制約甲醇合成的數(shù)量或質(zhì)量，需要通過深入的挖掘分析，對影響因素的相關(guān)情況進行了解，才能夠采取有效的防范措施。

1 甲醇合成工藝概述

合成壓力的不同是對甲醇合成工藝進行分類的主要依據(jù)，能夠分為低壓法、中壓法和高壓法，我國的甲醇合成工藝以低壓法為主，以一氧化碳、二氧化硫加壓催化氫化法應(yīng)用范圍較廣，能夠分為原料氣制造、原料氣脫硫凈化、甲醇合成和粗甲醇精餾等主要生產(chǎn)流程。

銅基催化劑是甲醇合成工藝中較為常見的催化劑，由于其具有較大硫化物毒害的敏感性，極易失去活性，就需要在工業(yè)化生產(chǎn)中，做好對原料氣中硫化物的清除處理，否則就會對合成工藝質(zhì)量造成影響。對于原料氣的脫硫主要可以通過濕法脫硫和干法脫硫兩種方式進行，濕法脫硫較為復(fù)雜，還能夠分為化學(xué)吸收法、物理吸收法和直接氧化法三種。干法脫硫較為簡單，雖然脫硫精度更高，但是設(shè)備體積龐大、反應(yīng)速率慢，所以在實際的甲醇合成工藝中，濕法脫硫和干法脫硫常常組合應(yīng)用，既能夠滿足對甲醇合成工藝的質(zhì)量需求，又能夠滿足對甲醇工業(yè)化生產(chǎn)的效率需求。

催化劑是甲醇合成工藝中重要的載體，需要在高溫和高壓條件下確保足夠的活性，也就是典型的復(fù)合氣和固相催化反應(yīng)的過程。初步合成后的甲醇中還存有較多的酮、水、醚、高級醇等雜質(zhì)，并不能達到工業(yè)化生產(chǎn)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，還需要進行進一步的提純精制。精制方法主要就是精餾操作，將甲醇中含有的易揮發(fā)的二甲醚等物質(zhì)以及不易揮發(fā)的乙醇、水、高級醇等物質(zhì)進行有效清除。

2 甲醇合成工藝的主要原理

通過一定的壓力、溫度和催化劑作用，促使H2、CO和CO2產(chǎn)生逆放熱反應(yīng)，就是甲醇的合成反應(yīng)。但在合成反應(yīng)中，除了主反應(yīng)之外，還會產(chǎn)生較多的副反應(yīng)。體積小和可逆的強放熱反應(yīng)就是甲醇合成的主反應(yīng)，基于反應(yīng)平衡的限制原則，H2、CO和CO2的甲醇合成并不能夠完全徹底，所以要將已經(jīng)合成的甲醇進行分離處理，再將沒有合成反應(yīng)的部分材料投入循環(huán)合成生產(chǎn)中。但在進行循環(huán)合成生產(chǎn)時，還會有較多的混合氣惰性氣體產(chǎn)生，必須要做好適當(dāng)?shù)某诜盘幚恚拍軌虼_保甲醇的循環(huán)合成生產(chǎn)質(zhì)量。

3 甲醇合成工藝中的主要影響因素

3.1 溫度影響因素

強放熱反應(yīng)是甲醇合成工藝的主要反應(yīng)，需要對產(chǎn)生的熱能進行介質(zhì)冷卻，避免催化劑溫度的過度升高。如果當(dāng)熱能不斷升高，基于化學(xué)反應(yīng)原理可知反應(yīng)速率必然會隨著提高，但會影響到化學(xué)平衡常數(shù)的下降。所以在甲醇合成工藝中，需要將反應(yīng)熱能控制在一定的合理范圍以內(nèi)，這個合理范圍的熱能對催化劑的應(yīng)用具有較大的影響。隨著甲醇合成工藝的不斷研究發(fā)展，在催化劑應(yīng)用方面也積累了較多成果，當(dāng)前已經(jīng)能夠達到190-280℃的催化劑應(yīng)用熱能溫度范圍。所以在進行甲醇合成工藝時，為了確保甲醇的合成質(zhì)量，需要對催化劑的低溫活性加以嚴(yán)格控制，才能夠有效發(fā)揮催化劑的應(yīng)用意義。在甲醇合成工藝的實踐經(jīng)驗中，常用的銅基催化劑已經(jīng)能夠達到230-250℃的初期使用溫度、250-270℃的中期使用度和270-280℃的后期使用溫度。

3.2 壓力影響因素

甲醇反應(yīng)具有分子數(shù)減少的特性，當(dāng)壓力加大時，正反應(yīng)同樣會增高，反應(yīng)中的催化劑強度也同樣會隨之提高。在甲醇合成工藝的壓力表現(xiàn)中，影響因素主要包括催化劑活性、負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)、冷凝器分離質(zhì)量、惰性氣體含量等，都會引起壓力的顯著變化。在進行合成塔操作時，針對不同時期催化劑的活性表現(xiàn)的調(diào)整，能夠起到對壓力情況的調(diào)整作用。如果催化劑初期活性表現(xiàn)較好，可以將操作壓力適當(dāng)降低;如果催化劑后期活性表現(xiàn)較好，可以將操作壓力適當(dāng)提高，都能夠?qū)状己铣晒に嚨膹姸茸龅接行ПＵ?。所以針對甲醇合成工藝壓力的影響因素，需要根?jù)催化劑的活性、系統(tǒng)的能量、氣體的組成等情況進行調(diào)整。

3.3 空速影響因素

催化劑和氣體相接觸的時間就是空速，如果要將甲醇生產(chǎn)工藝的空速提高，就需要減緩催化劑的反應(yīng)，降低單程轉(zhuǎn)化率，能夠有效提高甲醇的產(chǎn)量，并降低其他副產(chǎn)物的產(chǎn)生。但是當(dāng)空速顯著提高時，循環(huán)生產(chǎn)的能耗的也會得到顯著的提高，當(dāng)空速提升范圍過大，會造成反應(yīng)溫度的不斷降低，產(chǎn)生熱點后移的情況，甚至是導(dǎo)致反映溫度無法達到合成標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)重問題。

3.4 原料氣中氫碳比影響因素

良好的甲醇反應(yīng)合成工藝需要保持新鮮氣體中2.05-2.15之間的氫碳比，以及入塔氣體4-5的氫碳比。當(dāng)氫碳比表現(xiàn)較低時，副反應(yīng)的發(fā)生就會增多，且結(jié)碳情況更加嚴(yán)重，會導(dǎo)致催化劑的超溫情況。當(dāng)氫碳比表現(xiàn)較高時，大量的H2也會造成惰性組合的生成，導(dǎo)致不斷升高的系統(tǒng)壓力和馳放氣量，使甲醇合成工藝的單耗被不斷增加。對于入塔氣體中的H2含量，需要進行適當(dāng)?shù)目刂?，能夠?qū)⒋矊訙囟扔行Ы档停材軌驅(qū)⒏狈磻?yīng)有效減少，還能夠?qū)Ⅳ驶F鎳和高級醇的生成反應(yīng)有效降低，使催化劑的壽命得到有效提高。

3.5 催化劑影響因素

催化劑對于甲醇合成工藝的影響較大，不同催化劑的特性或催化劑的不同表現(xiàn)，都會使甲醇合成工藝的操作產(chǎn)生相應(yīng)的變化。通常催化劑的活性越高，代表著甲醇合成工藝的質(zhì)量越好，能夠?qū)状己铣蛇^程中的副反應(yīng)進行有效壓制，降低副反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)生。甲醇合成工藝中操作條件發(fā)生變化時，也會導(dǎo)致催化劑的選擇性發(fā)生變化，如果催化劑的選擇性偏低，副反應(yīng)的產(chǎn)物生成量就會增加。氣體的組成情況對于催化劑的選擇性也具有一定的影響作用，比如將CO2含量進行適當(dāng)?shù)奶岣?，就能夠?qū)γ训雀狈磻?yīng)產(chǎn)物做到有效抑制。

3.6 其他氣體成分影響因素

惰性氣體成分主要包括N2、Ar和CH4等無法參與反應(yīng)的組分，能夠?qū)⒓状己铣晒に囍械挠行ЫM分的分壓降低，使反應(yīng)速率受到抑制，導(dǎo)致合成能耗的不斷升高，降低甲醇合成工藝的質(zhì)量。但是通過惰性氣體組分能夠?qū)Υ呋瘎┐矊訙囟鹊目刂谱饔茫岣叽呋瘎┑姆磻?yīng)效率。通常需要保持10-20%的惰性氣體含量，能夠確保惰性氣體產(chǎn)生有利作用。對于惰性氣體的控制，還可以通過對馳放氣量的控制進行調(diào)整，能夠有效保障甲醇合成工藝的質(zhì)量。

氣體中含有的S、Se、Cl以及羰基鐵鎳等成分，如果得不到良好的控制，會導(dǎo)致催化劑中毒或孔隙堵塞等問題發(fā)生，降低催化劑的作用。尤其在甲醇合成工藝中，部分成分還難以被有效清除，始終對催化劑具有較大影響。為了確保甲醇合成工藝的質(zhì)量，就必須注重脫硫等裝置的設(shè)計，加強裝置的水解和吸收功能，能夠提高對不良氣體的清除作用，提高催化劑的作用效果。

4 結(jié)語

甲醇合成工藝需要不斷的理論研究和實踐探索，能夠?qū)⒐に嚨馁|(zhì)量和效率進行提高，擴大甲醇工業(yè)化生產(chǎn)的影響力。本文對甲醇合成工藝中影響因素的分析，能夠起到促進合成工藝優(yōu)化的作用，提高甲醇工業(yè)化生產(chǎn)質(zhì)量。

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