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(duì)整個(gè)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(guò)深入分析，希望能夠從控制成本、完善工藝、優(yōu)化過(guò)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(guò)程;操作控制

在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中甲醇這一原材料有著非常重要的地位，所以對(duì)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(guò)有效措施對(duì)其合成工藝進(jìn)行優(yōu)化和完善。我國(guó)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(gè)合成工藝已經(jīng)處于較為成熟的階段。同發(fā)達(dá)國(guó)家相比我國(guó)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(wèn)題急需解決，以此來(lái)滿足市場(chǎng)不斷提升的需求量。

1 分析甲醇合成工藝整體過(guò)程

1.1 甲醇材料合成的基本原理

整個(gè)甲醇合成反應(yīng)，需要依附于催化劑才能實(shí)施，通過(guò)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(guò)程中會(huì)有大量熱量產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)化學(xué)原理角度展開(kāi)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(huì)逐漸上升，因此所合成的甲醇總量也會(huì)增加[1];但是當(dāng)溫度不斷上升時(shí)，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值會(huì)逐漸下降，導(dǎo)致甲醇總量大幅度下降，通過(guò)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(lèi)型包括銅基催化劑與鋅鉻催化劑，雖然催化劑類(lèi)型有差異但是催化的過(guò)程、流程是相同的，都需要通過(guò)擴(kuò)散、吸附、表面反應(yīng)、解析和擴(kuò)散這幾個(gè)工藝。整個(gè)過(guò)程需要首先通過(guò)氣相把氣體輸送至催化劑，接下來(lái)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(guò)程完成后出現(xiàn)新的氣體，這類(lèi)新氣體經(jīng)過(guò)催化劑后在回到氣相中，完成整個(gè)合成過(guò)程。

1.2 甲醇合成流程

當(dāng)前我國(guó)甲醇合成過(guò)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(guò)程較為繁瑣，而且復(fù)雜性強(qiáng)，需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成整個(gè)合成過(guò)程[2]。甲醇合成四個(gè)環(huán)節(jié)具體介紹如下：首先合成原料氣是開(kāi)始甲醇合成的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，也就是要在合成開(kāi)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(lái)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(huì)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(guò)相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)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(huì)回產(chǎn)生其他的附屬產(chǎn)物，這就是我們所說(shuō)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(lái)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(guò)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(jiǎn)單，只需要將其中的雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾即可，化學(xué)凈化方法是將溶液中無(wú)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(lái)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(guó)目前階段的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(guò)程中將壓力控制在20MPa-35MPa之間。過(guò)去我國(guó)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(cái)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(wú)法達(dá)到對(duì)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(gè)合成過(guò)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(kāi)甲醇的催化合成。同傳統(tǒng)的高壓甲醇合成方法比較來(lái)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(duì)各種能源的消耗量，在經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢(shì)較為明顯;中壓法的出現(xiàn)是推動(dòng)我國(guó)工業(yè)發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn)，我國(guó)近年來(lái)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展十分尋思，對(duì)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(lái)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(duì)低壓法進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，嘗試通過(guò)調(diào)整壓力來(lái)改變生產(chǎn)模式，這種方法經(jīng)過(guò)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(duì)合成過(guò)程的壓力進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)?shù)膲毫δ軌驅(qū)铣蛇^(guò)程起到促進(jìn)作用，在進(jìn)行甲醇合（下轉(zhuǎn)第86頁(yè)）（上接第84頁(yè)）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(duì)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(guò)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(guò)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(duì)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(lái)進(jìn)行，經(jīng)過(guò)相關(guān)研究能夠了解，一般處于低負(fù)荷條件下，對(duì)蹲星氣體濃度進(jìn)行適當(dāng)提高對(duì)甲醇產(chǎn)量的提升有輔助作用。

2.2 優(yōu)化合成設(shè)備

對(duì)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(gè)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(duì)其生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，避免在合成過(guò)程中由于設(shè)備的問(wèn)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(chē)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(huì)產(chǎn)生較大的壓差，反應(yīng)設(shè)備在這種情況下會(huì)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(gè)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(shí)也要關(guān)注甲醇分離器，避免由于阻力大、效率差等問(wèn)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(huì)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^(guò)大影響催化劑活性問(wèn)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(dòng)性

對(duì)于首次是使用催化劑的情況來(lái)說(shuō)，必須要進(jìn)行相關(guān)的還原操作，通過(guò)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(dòng)性是為了提高粗甲醇的質(zhì)量，催化劑在整個(gè)合成過(guò)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(yǔ)

我國(guó)當(dāng)前諸多領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用了甲醇這一原料，并通過(guò)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(duì)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(guó)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(guó)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的整體趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉欣.甲醇合成的工藝過(guò)程分析與操作控制優(yōu)化問(wèn)題探討[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2016，36（11）：63-63+65.

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

[3]藺延新，喬曉斌，張二興.甲醇合成工藝過(guò)程與操作控制優(yōu)化的分析[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2017，9（4）：207.

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