甲醇合成的工藝過程分析與操作控制優(yōu)化

孟慶迅

摘 要：同其他原料相比，甲醇的生產(chǎn)具有一定特殊性，其合成工藝上存在較大差別，但是都是用同一的生產(chǎn)原理，想要保證較高的生產(chǎn)合成率就必要對整個合成工程進(jìn)行有效控制。甲醇生產(chǎn)流程包含原材料制作、凈化處理材料氣體及壓縮等環(huán)節(jié)，本文通過深入分析，希望能夠從控制成本、完善工藝、優(yōu)化過程等方面促進(jìn)甲醇生產(chǎn)水平的不斷提升。

關(guān)鍵詞：甲醇;合成;工藝過程;操作控制

在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)過程中甲醇這一原材料有著非常重要的地位，所以對于甲醇的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量十分重視，而想要保證其生產(chǎn)效率和質(zhì)量就必須要從研究其合成工藝入手，通過有效措施對其合成工藝進(jìn)行優(yōu)化和完善。我國在甲醇合成生產(chǎn)方面的研究已經(jīng)有多年經(jīng)驗(yàn)，隨著研究經(jīng)驗(yàn)的積累整個合成工藝已經(jīng)處于較為成熟的階段。同發(fā)達(dá)國家相比我國甲醇合成技術(shù)和工藝還有待提高，設(shè)備老化、落后，合成率較低的問題急需解決，以此來滿足市場不斷提升的需求量。

1 分析甲醇合成工藝整體過程

1.1 甲醇材料合成的基本原理

整個甲醇合成反應(yīng)，需要依附于催化劑才能實(shí)施，通過二者的相互作用發(fā)生具有復(fù)雜性、可逆性化學(xué)變化。甲醇合成反應(yīng)的根本原理是將氫氣加入到一氧化碳元素當(dāng)中，二者反應(yīng)之后產(chǎn)生甲醇材料。在兩種元素發(fā)生反應(yīng)的過程中會有大量熱量產(chǎn)生，經(jīng)過化學(xué)原理角度展開分析，其結(jié)果就是當(dāng)溫度處于相同值得情況下，壓力值不斷提升，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值也會逐漸上升，因此所合成的甲醇總量也會增加[1];但是當(dāng)溫度不斷上升時，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值會逐漸下降，導(dǎo)致甲醇總量大幅度下降，通過這種情況可以看出低溫高壓的環(huán)境下甲醇的合成效果最為理想。目前使用最為頻繁的甲醇合成催化劑類型包括銅基催化劑與鋅鉻催化劑，雖然催化劑類型有差異但是催化的過程、流程是相同的，都需要通過擴(kuò)散、吸附、表面反應(yīng)、解析和擴(kuò)散這幾個工藝。整個過程需要首先通過氣相把氣體輸送至催化劑，接下來催化器同進(jìn)入的氣體進(jìn)行反應(yīng)，并在活性表面出現(xiàn)相應(yīng)的吸附反應(yīng)，在吸附反應(yīng)物產(chǎn)生后，其脫附過程完成后出現(xiàn)新的氣體，這類新氣體經(jīng)過催化劑后在回到氣相中，完成整個合成過程。

1.2 甲醇合成流程

當(dāng)前我國甲醇合成過程中，較為常用的方法之一就是合成氣制甲醛，這種方法雖然能夠有效合成甲醇原料，但是這種方式的缺點(diǎn)在于合成過程較為繁瑣，而且復(fù)雜性強(qiáng)，需要花費(fèi)較長的時間來完成整個合成過程[2]。甲醇合成四個環(huán)節(jié)具體介紹如下：首先合成原料氣是開始甲醇合成的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，也就是要在合成開始之前將碳、氫等氫化物原料準(zhǔn)備好，除此之外，這一環(huán)節(jié)還需要煤炭和石油材料，采取合理的蒸氣反應(yīng)或氧化反應(yīng)將準(zhǔn)備好的材料進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化之后所產(chǎn)生的混合型氣體中還有一氧化碳、二氧化碳和氫，在這一環(huán)節(jié)當(dāng)中最關(guān)鍵的是要保證氫氣與二氧化碳的差是一氧化碳和二氧化碳和的2.1倍;其次，合成甲醇環(huán)節(jié)，要根據(jù)實(shí)際情況來選擇需要的催化劑并控制好相應(yīng)的壓力，一般情況下該環(huán)節(jié)的溫度會控制在240度到270度之間或者360度到400度之間，在這樣的溫度環(huán)境中催化劑發(fā)揮其催化作用，經(jīng)過相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)過后大量甲醇原料產(chǎn)生。但是催化劑不僅能夠合成甲醇原料，可能會回產(chǎn)生其他的附屬產(chǎn)物，這就是我們所說的粗甲醛，也就是所產(chǎn)生的溶液物質(zhì)中不僅含有甲醇物質(zhì)，還有一些其他多種有機(jī)物;接下來的環(huán)節(jié)為凈化處理環(huán)節(jié)，這一步的關(guān)鍵作用就是將含有多種有機(jī)物和甲醇的溶液進(jìn)行凈化，最后過濾雜質(zhì)獲得甲醇物質(zhì)。凈化處理通常分為化學(xué)凈化方法和物理凈化方法，物理凈化比較簡單，只需要將其中的雜質(zhì)進(jìn)行過濾即可，化學(xué)凈化方法是將溶液中無法分離的雜質(zhì)以堿凈化蒸餾方式進(jìn)行處理;最后，進(jìn)入精餾粗甲醛環(huán)節(jié)，通俗來講就是把溶液當(dāng)中的乙醇、水、高碳醇和二甲醚等難以揮發(fā)的物質(zhì)進(jìn)行去除[3]。

1.3 甲醇合成的方法介紹

我國目前階段的工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最為頻繁和廣泛的甲醇合成方法即合成氣法，這種方法還包含了高壓、中壓和低壓三種方式。高壓法是三種方法中最為傳統(tǒng)的甲醇合成方法之一，在合成過程中將壓力控制在20MPa-35MPa之間。過去我國還處于甲醇生產(chǎn)的初步階段，其生產(chǎn)水平和工藝都較為傳統(tǒng)和落后，在這種大背景下高壓法合成甲醛應(yīng)用十分普遍，這種方法的缺點(diǎn)在于需要投入大量的人力、物力和財力，所需投入成本較高，所合成的甲醇材料純凈度不足，參雜了較多的其他物質(zhì)，無法達(dá)到對合成效率和合成質(zhì)量要求;低壓法是在高壓法基礎(chǔ)上加以完善的新方法，其整個合成過程處于5MPa-10MPa之間，以持續(xù)低壓環(huán)境及特殊條件的環(huán)境中，展開甲醇的催化合成。同傳統(tǒng)的高壓甲醇合成方法比較來看，低壓條件能夠給予反應(yīng)作用不同選擇，從一定程度上降低了成本投入，減少了對各種能源的消耗量，在經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢較為明顯;中壓法的出現(xiàn)是推動我國工業(yè)發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn)，我國近年來經(jīng)濟(jì)及社會發(fā)展十分尋思，對于甲醇這一重要原料的需求量大大增加，如果采取低壓法合成甲醇，需投入的資金額越來越大。為了既能夠降低成本還能夠滿足實(shí)際需求，相關(guān)行業(yè)對低壓法進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，嘗試通過調(diào)整壓力來改變生產(chǎn)模式，這種方法經(jīng)過實(shí)踐和應(yīng)用后期效果十分理想，最為突出的優(yōu)點(diǎn)是能夠減少資金投入，控制投資成本，并且早保證合成效率和合成質(zhì)量的基礎(chǔ)上[4]。

2 優(yōu)化甲醇合成工藝及操作控制的相關(guān)建議

2.1 優(yōu)化工藝參數(shù)

第一，對合成過程的壓力進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)?shù)膲毫δ軌驅(qū)铣蛇^程起到促進(jìn)作用，在進(jìn)行甲醇合（下轉(zhuǎn)第86頁）（上接第84頁）成期間可以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整壓力，使甲醇生產(chǎn)了得到一定程度提升;第二，對氣體組合工藝參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，排除惰性氣體是甲醇合成過程中比較重要的內(nèi)容之一，其目的是能夠促進(jìn)反應(yīng)更快完成，如果適當(dāng)提高合成過程中反映氣體的濃度，可以提升甲醇的生產(chǎn)質(zhì)量;第三，對循環(huán)氣體的惰性氣體濃度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，其調(diào)整要根據(jù)實(shí)際工藝需求來進(jìn)行，經(jīng)過相關(guān)研究能夠了解，一般處于低負(fù)荷條件下，對蹲星氣體濃度進(jìn)行適當(dāng)提高對甲醇產(chǎn)量的提升有輔助作用。

2.2 優(yōu)化合成設(shè)備

對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，合成工藝參數(shù)優(yōu)化只是整個優(yōu)化措施的一部分，想要保證甲醇生產(chǎn)質(zhì)量，還需要對其生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，避免在合成過程中由于設(shè)備的問題影響其反應(yīng)，其中最該加強(qiáng)重視的部分為合成反應(yīng)器，這是生產(chǎn)和車鞥設(shè)備中的核心裝置，當(dāng)反應(yīng)器達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)溫度，甲醇合成壓縮機(jī)進(jìn)出口會產(chǎn)生較大的壓差，反應(yīng)設(shè)備在這種情況下會產(chǎn)生超壓現(xiàn)象，增加生產(chǎn)裝置的能源效率量，增加整個合成、生產(chǎn)的投入成本，提高設(shè)備故障發(fā)生的機(jī)率。與此同時也要關(guān)注甲醇分離器，避免由于阻力大、效率差等問題影響系統(tǒng)運(yùn)行情況。合成系統(tǒng)中各塔之間的壓力會有差別，在這種情況下需要科學(xué)匹配循環(huán)氣，降低因?yàn)榉线^大影響催化劑活性問題出現(xiàn)的概率。

2.3 保證催化劑使用合理性，把握甲醇合成主動性

對于首次是使用催化劑的情況來說，必須要進(jìn)行相關(guān)的還原操作，通過相應(yīng)的控制操作能夠催化劑的應(yīng)用效果起到提升作用。還原機(jī)理為將氫氣及其他氣體注入氮?dú)猱?dāng)中，這種方式可以實(shí)現(xiàn)催化劑在系統(tǒng)中處于循環(huán)狀態(tài)。而把握甲醇合成主動性是為了提高粗甲醇的質(zhì)量，催化劑在整個合成過程中起到非常關(guān)鍵的作用，也是提高其生產(chǎn)效率、保證生產(chǎn)質(zhì)量的控制重點(diǎn)。

3 結(jié)束語

我國當(dāng)前諸多領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用了甲醇這一原料，并通過適當(dāng)?shù)暮铣苫蛑谱鳟a(chǎn)生的衍生品也普遍應(yīng)用于人們生活生產(chǎn)中，成為可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃料的新型能源材料。如今對其合成技術(shù)及合成設(shè)備采取了合理的優(yōu)化，從根本上提高的甲醇原料合成率和合成質(zhì)量，為我國化工業(yè)發(fā)展提供了有力支持，這也更加符合當(dāng)前我國節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的整體趨勢。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李志宇.淺析甲醇合成的工藝過程及操作控制優(yōu)化問題[J].化工管理，2017（27）：103.

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[4]李欽濤.甲醇合成反應(yīng)穩(wěn)態(tài)工藝過程模擬研究[J].山西化工，2019，39（2）：63-65.