甲醇合成工艺过程及优化分析

郝凤英（陕西奥维乾元化工有限公司，陕西榆林719400）

0 引言

甲醇又名木醇、木精，是一种无色、易挥发的液体，化学分子式为CH3OH.其分子量为32.04，正常压力下的沸点为64.7℃。在世界石油资源紧缺以及清洁能源、环保需求增加的情况下,以天然气、煤为原料生产甲醇,通过甲醇生产一系列深加工产品,成为“碳一化工”的重要突破口。甲醇在化工业中是极为重要的基础化工原料，在煤化工、石油化工和天然气化工中都是列入主要品种的化工产品。随着社会的高速发展，科学技术也发生了日新月异的变化，社会对化工业的精度要求也越来越高。在各类下游化工产业和产品的生产中对甲醇的需求量也日益增高。

1 甲醇合成工艺过程分析

1.1 甲醇合成反应分析

甲醇合成反应是在催化剂的作用下进行的较为复杂的可逆性反应，具体是由一氧化碳与氢气进行放热反应，生成甲醇。从化学平衡原理的角度分析，低温高压对甲醇的合成更为有利。一般来说制备甲醇的催化剂包括锌镉催化剂、酮基催化剂等，催化剂在催化过程中的吉利包括扩散、吸附、反应、解析和扩散五个步骤。

1.2 甲醇合成流程

甲醇作为一种重要的化工原料，其合成反应机制一直是甲醇合成反应研究中的重点问题。为了切实提高甲醇的生产水平，进而解决甲醇的供求问题，对甲醇合成工艺进行研究具有重要的意义。我国作为资源丰富的煤炭资源大国，在进行甲醇制备时通常采用天然气和煤炭两种原料，具体的生产工艺氛围单产甲醇和量产甲醇。合成甲醇的工艺流程较长，且工艺复杂，使用不同的原料会导致工艺流程存在一定的差异，具体使用的设备和催化剂也会各有不同，其中主要包括合成原料、净化处理、压缩工艺和合成工艺、精馏粗甲醇的几个环节。制备甲醇的主要工艺特点包括：

（1）采用含较高含量的二氧化碳、氮气天然气为制备原料；

（2）采用燃气包合技术对含醇废水进行有效处理；

（3）采用预转化炉对天然气中的高耗能气体进行转化，降低转化炉的负荷；

（4）采用三塔精馏工艺对甲醇进行精馏。

2 甲醇的合成方法

随着社会经济水平的高速发展，甲醇的制备也不再局限于单一的方法。当前甲醇的工业制备方法有诸多种类，如合成气法、联醇法等，现代工业中一般利用合成气法制备甲醇，具体包括三种方法：高压法、低压法和中压法。

2.1 高压法

高压法是一种较为传统的甲醇生产方式，其数值在20 到35MPa。普遍使用高压法制备甲醇时的生产技术水平还较为落后，在原料和人力投入方面均有较大的浪费。此外，由于高压法还需在高温高压的条件下进行，这导致了生产出的甲醇具有较多的杂质，因此这一方法目前已逐渐被市场淘汰。

2.2 低压法

随着世界能源危机的爆发，高压法已无法满足工业发展的需求，其在20世纪60年代中后期逐渐被低压法制备技术取代。低压法的压力数值在5.0～10.0MPa之间，这种方式能够在低压状态和特定的条件下进行催化，最终制备出甲醇。在低压条件下进行反应作用具有比高压状态下更多的选择性，因此大大降低了能源的消耗，同时也降低了资金的投入。

2.3 中压法

尽管低压法相对高压法来说大大降低了能源的损耗，但随着化工业对甲醇的需求日益增加，低压合成法导致了设备批量增加，进而引起原料和资金的巨大浪费。因此化工业根据市场的实际情况对压力进行合理调整，将低压合成法变为中压合成法，实现了更好的生产模式。从当前的应用中来看，中压合成法在工艺流程和资金投入方面都有明显的优势，且见效快、浪费少，能够有效推动我国的工业发展。

3 甲醇合成操作控制的优化分析

在甲醇的合成工艺中，一旦操作不当，则会导致催化剂活性下降、精馏不达标，最终影响产品的合格率，这不仅会增加生产成本，也可能带来一系列的安全问题。因此必须对甲醇的合成操作控制进行合理的优化。

3.1 优化合成工艺参数

在常见的甲醇合成工艺中，压力大小、催化反应剂量的温度、参与反应的气体、合成过程中的速率控制和循环比率、碳氢含量等都会对合成结果的参数产生影响。其中对参数影响最大的是压力的大小，在实际的反应过程中，压力的高低对甲醇的产量比有着最为直接的影响，压力越大，甲醇的产量就越高。另外，催化反应的温度也会对甲醇合成工艺参数产生影响，在反应过程中催化反应剂要控制在一个相对较低的范围内，避免反应剂由于温度过高而导致表面出现结晶，进而影响催化结果；但需要注意的是，适当的调整催化剂的温度能够提升合成率，但不能大幅度提升其温度，否则不仅无法达到提升合成率的效果，还会对正常的合成产生影响，最终影响产率。参与反应的气体是第三类对工艺参数产生影响的因素，在进行工艺参数优化时应实时的排放惰性气体，从而提高甲醇浓度。除此之外，其他多项因素也会对甲醇合成的工艺参数产生影响。

3.2 优化合成生产设备

对于甲醇的制备而言，最关键的是合成反应器这一制备装置，反应器的性能参数对甲醇的合成效果起到直接的决定性作用。在对甲醇合成工艺的操作进行优化时，要切实提高对合成反应器的重视程度。在实际反应过程中，如若制备甲醇的反应器未达到合适的温度，甲醇制作压缩机中的压差会有所增加，进而导致反应设备出现超过标准压力的情况，这会增加设备的损耗率，增加甲醇制备成本，甚至引发设备故障。

3.3 优化控制方法

随优化甲醇合成工艺的控制方法包括两个方面：科学掌握甲醇合成的主动性和合理使用催化剂。

（1）科学掌握甲醇合成的主动性。把握甲醇合成的主动性能够切实提高甲醇的品质。在实践过程中，催化剂的使用在甲醇合成反应中产生了较大的影响，因此，掌握甲醇合成的主动性，确保参数合理准确，能够有效提升生产甲醇的效率，确保产品质量与相应的标准要求相符合。

（2）合理使用催化剂。在实际反应过程中如果是的第一次使用催化剂，需要先将其进行还原处理，并根据温度还原控制的方法提高反应效果。在还原过程中，其反应原理是往氮气中添加一定的氢气或其他合成气体，进而使催化剂在系统当中实现循环。此外，应合理控制气体含量。

4 结语

在甲醇在化学工业生产中占据着重要的地位，是基础原材料和精细化工领域的重要原料，在工农业生产和人民生活领域有非常高的市场使用率。从全球发展的大环境来看，目前发达国家已经掌握了成熟的甲醇合成技术，也拥有较为先进的合成设备。近期国际化工界高度关注甲醇羰基合成技术，其研制开发逐步成熟，应用逐步推广扩大。其具有甲醇转化率高、产物产率高等优点,更加开拓了甲醇在基础化学原料领域的重要技术和经济前景。而我国对甲醇生产与应用相关的化工研究则起步较晚，目前的生产技术和设备等还较为落后，导致当前的生产工艺很难满足巨大的市场需求。通过对甲醇的生产过程进行合理优化，既能够提升甲醇合成的品质，也能提高产能，降低杂质含量。