程玲玲

（河南省中原大化集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南濮陽(yáng) 457000）

甲醇合成的反應(yīng)過(guò)程主要是在添加催化劑進(jìn)行綜合反應(yīng)，隨后開(kāi)展可逆操作，相關(guān)反應(yīng)操作十分復(fù)雜， 通過(guò)對(duì)一氧化碳實(shí)施加氫處理，合成反應(yīng)后形成甲醇， 此反應(yīng)過(guò)程屬于放熱反應(yīng)，立足于化學(xué)平衡原理，系統(tǒng)分析處于相同溫度狀態(tài)下，隨著所承受壓力的持續(xù)擴(kuò)大，則KN 值相繼擴(kuò)大，對(duì)應(yīng)甲醇平衡產(chǎn)率相繼提高。 處于等同承受壓力下， 隨著溫度升高， 則對(duì)應(yīng)KN 值逐漸降低。 由此可以看出在甲醇合成過(guò)程中，如果是高壓低溫環(huán)境會(huì)更加有利[1]。

甲醇合成處理流程可以進(jìn)一步分解為原料合成氣、壓縮凈化處理、合成加工以及粗甲醇整體精餾等操作環(huán)節(jié)。 原材料合成氣過(guò)程中，甲醇合成需要率先對(duì)碳、氫等原料氧化物實(shí)施合理制備，通過(guò)天然氣、煤炭以及石油等原材料加工生產(chǎn)形成的物質(zhì)，通過(guò)蒸汽處理進(jìn)行轉(zhuǎn)化或直接實(shí)施氧化處理，順利生產(chǎn)出由二氧化碳、一氧化碳以及氫原料組成混合元素[2]。凈化處理階段，因?yàn)榇旨状紵o(wú)法直接應(yīng)用，需要率先實(shí)施凈化，可以選擇化學(xué)以及物理兩種措施實(shí)施凈化處理，化學(xué)凈化能夠通過(guò)堿幫助精餾過(guò)程破壞那些難以處理的雜質(zhì)，對(duì)pH 值實(shí)施合理調(diào)節(jié)，物理手段的凈化方法主要是對(duì)內(nèi)部雜質(zhì)進(jìn)行簡(jiǎn)單過(guò)濾去除。 針對(duì)粗甲醇實(shí)施全面精餾處理， 主要是將易揮發(fā)物質(zhì)實(shí)施全面去除， 例如二甲醚以及揮發(fā)難度較高的高碳醇、乙醇以及水等元素。

1 甲醇合成方法

1.1 高壓法

高壓法合成技術(shù)主要是在30～50 MPa 以及340～420℃高溫狀態(tài)下通過(guò)鋅鉻氧化物充當(dāng)反應(yīng)溶劑，或借助其他材料進(jìn)行合成反應(yīng)。 高壓法屬于傳統(tǒng)模式下甲醇制備措施， 對(duì)應(yīng)參數(shù)維持在20～35MPa 之間[3]。 一般應(yīng)用高壓措施對(duì)甲醇材料實(shí)施制備中，因?yàn)橄嚓P(guān)生產(chǎn)技術(shù)尚未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)實(shí)力，在人力和材料資源投入方面形成了巨大的浪費(fèi)。 除此之外，因?yàn)楦邏悍ㄟM(jìn)行系統(tǒng)處理，需要保證在高壓高溫狀態(tài)下實(shí)施反應(yīng)處理，導(dǎo)致所形成甲醇內(nèi)部雜質(zhì)含量過(guò)多，為此該種方法逐漸被化工產(chǎn)業(yè)所淘汰。

1.2 低壓法

低壓法主要是在5MPa 以及275℃高溫狀態(tài)下，選擇銅基充當(dāng)反應(yīng)催化劑。 在當(dāng)前全球能源危機(jī)背景下，高壓法因?yàn)椴环瞎I(yè)生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)要求，逐漸被低壓法所代替，選擇低壓法實(shí)施綜合處理中， 普遍會(huì)將壓力參數(shù)控制在5～10MPa 之間，該種措施可以在特定條件以及低壓運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)施全面催化處理，最終合理生產(chǎn)相應(yīng)的甲醇材料。處于低壓環(huán)境下，材料制備所形成反應(yīng)條件和高壓運(yùn)行狀態(tài)相比，具備更加多樣選擇性，所以有效減少原材料以及能源消耗，縮減投資壓力[4]。

1．3 中壓法

中壓合成法主要是在10～27MPa 以及235～315℃高溫狀態(tài)下通過(guò)氫氣以及一氧化碳混合反應(yīng)形成甲醇。 和高壓法相比，盡管應(yīng)用低壓法能夠有效降低甲醇合成中的能源損耗，但在化工產(chǎn)業(yè)整體生產(chǎn)過(guò)程對(duì)于基礎(chǔ)原材料需求量持續(xù)擴(kuò)大背景下，低壓合成法使得設(shè)備產(chǎn)生批量擴(kuò)大的現(xiàn)象， 導(dǎo)致出現(xiàn)資金和生產(chǎn)原材料的大量浪費(fèi)，為此在化工生產(chǎn)中需要充分聯(lián)系市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r，優(yōu)化調(diào)整運(yùn)行壓力， 把低壓轉(zhuǎn)化為中壓處理，減少資金投入，縮減處理工藝復(fù)雜度，優(yōu)化整體生產(chǎn)效率，減少資源浪費(fèi)，促進(jìn)國(guó)內(nèi)化工產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展[5]。

2 甲醇合成塔分析

甲醇合成塔可以分為冷激型合成塔、LURGI合成塔兩種形式，第一種甲醇合成塔主要是通過(guò)氣體分布系統(tǒng)對(duì)催化劑進(jìn)行細(xì)化分解，轉(zhuǎn)化成三到六段連續(xù)性催化劑反應(yīng)裝置。 激冷器會(huì)順著噴射管對(duì)應(yīng)鉆孔均勻滲透至床層不同部位，分布器在水平層面分布了數(shù)個(gè)菱形結(jié)構(gòu)小孔，反應(yīng)器內(nèi)氣體會(huì)按照從上到下順序進(jìn)行流通，借助菱形分布裝置能夠促進(jìn)不同噴射氣體全面融合[6]。 第二種合成塔屬于一種管殼外部固定的換熱裝置，合成管中添加少量催化劑。 管外添加熱水，通過(guò)蒸發(fā)攜帶熱量散發(fā)。 該種設(shè)備特征包括床層和催化劑等部件，擁有較高傳熱面積。

3 現(xiàn)階段影響甲醇合成質(zhì)量的因素

在實(shí)際開(kāi)展甲醇生產(chǎn)與加工的過(guò)程中，由于需要采用天然氣蒸餾的方法，因此對(duì)配氣間溫度以及壓強(qiáng)等參數(shù)都提出了較高的要求，同時(shí)在實(shí)際操作的過(guò)程中也會(huì)對(duì)甲醇最終的產(chǎn)量與質(zhì)量產(chǎn)生影響。 一方面，甲醇生產(chǎn)與加工過(guò)程中如果存在一定誤差會(huì)對(duì)其轉(zhuǎn)化造成影響，而技術(shù)實(shí)施環(huán)境的不同也會(huì)影響生產(chǎn)流程的實(shí)施； 另一方面，生產(chǎn)過(guò)程中如果存在較大的人工操作誤差也會(huì)導(dǎo)致甲醇合成難以達(dá)到預(yù)期效果，而缺少對(duì)甲醇市場(chǎng)需求的了解也會(huì)進(jìn)一步造成浪費(fèi)。

就當(dāng)前的發(fā)展情況來(lái)看，現(xiàn)階段的甲醇合成加工更多是通過(guò)天然氣配氣間完成的，這樣的形式很難有效滿足市場(chǎng)的實(shí)際需求。 為確保合成過(guò)程的穩(wěn)定開(kāi)展，還應(yīng)進(jìn)一步結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況落實(shí)完善的監(jiān)督管理制度，進(jìn)而更好地對(duì)甲醇合成環(huán)節(jié)以及人員的操作管理進(jìn)行監(jiān)督，以確保甲醇合成的順利進(jìn)行。

4 甲醇合成工藝優(yōu)化措施

4．1 減少人力操作誤差

隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提升，作為常見(jiàn)的化工原材料，甲醇被廣泛應(yīng)用于社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。 現(xiàn)階段，雖然我國(guó)在甲醇加工合成領(lǐng)域已經(jīng)累計(jì)了一定經(jīng)驗(yàn)，但受到技術(shù)人員水平以及設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量等因素的影響，我國(guó)相較于先進(jìn)國(guó)家在甲醇的合成加工方面仍然有較大的提升空間。 因此為最大限度上滿足當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)甲醇質(zhì)量與產(chǎn)量的要求，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)不斷減少人力操作誤差， 進(jìn)而通過(guò)落實(shí)更加先進(jìn)的智能化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)成本、 提高生產(chǎn)精度的目的[7]。 當(dāng)前，要想實(shí)現(xiàn)我國(guó)甲醇合成加工的智能化控制主要可以從兩個(gè)角度入手：1）可以在甲醇的轉(zhuǎn)化階段采用智能化控制技術(shù)，將加熱裝置的初始溫度調(diào)節(jié)為40℃，隨后再對(duì)壓強(qiáng)和氣體含量變化加以調(diào)控，并在壓強(qiáng)小于25Pa 的時(shí)候進(jìn)一步添加天然氣并加熱[8]。 值得注意的是，甲醇在進(jìn)行加熱之后會(huì)產(chǎn)生甲酸二甲酯等物質(zhì)，以此需要停止加熱并進(jìn)行導(dǎo)出。 2）在甲醇生產(chǎn)過(guò)程中還應(yīng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步引入更多的智能化設(shè)備以及先進(jìn)技術(shù)人員，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)人員技術(shù)水平的培訓(xùn)，從而為甲醇加工與轉(zhuǎn)化工藝水平的提升提供堅(jiān)實(shí)的人才保障，最大限度滿足社會(huì)的生產(chǎn)需求。

4．2 工藝參數(shù)優(yōu)化

催化反應(yīng)中所用溶劑含量、反應(yīng)壓力大小以及反應(yīng)氣體、碳?xì)淙萘?、循環(huán)比、合成速度等都會(huì)對(duì)最終合成效果產(chǎn)生直接影響。 壓力屬于其中最為重要元素，在反應(yīng)中，壓力大小會(huì)直接影響甲醇產(chǎn)量，隨著壓力擴(kuò)大，則甲醇產(chǎn)量相繼增加。 除此之外， 催化反應(yīng)溫度同樣會(huì)影響甲醇合成工藝， 因此反應(yīng)階段需要合理控制催化反應(yīng)劑用量， 避免因?yàn)闇囟冗^(guò)高使得表層產(chǎn)生結(jié)晶現(xiàn)象，影響最終催化反應(yīng)結(jié)果。 其中需要額外注意對(duì)催化劑溫度實(shí)施合理調(diào)整， 可以優(yōu)化甲醇合成率，但如果溫度存在較大波動(dòng)，會(huì)對(duì)合成結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響。 參與反應(yīng)氣體是會(huì)影響工藝參數(shù)核心元素，全面優(yōu)化改進(jìn)生產(chǎn)工藝參數(shù)，需要及時(shí)放出惰性氣體，增強(qiáng)甲醇濃度[9]。

4．3 設(shè)備優(yōu)化

甲醇合成制備中，所選反應(yīng)器性能會(huì)影響產(chǎn)品最終合成效果，合成器整體操作性能和運(yùn)行參數(shù)還會(huì)直接影響甲醇合成效果。 在全面優(yōu)化甲醇合成工藝中，為了提升整體操作效率，需要提高合成器重視程度， 如果反應(yīng)器尚未滿足溫度要求， 則甲醇?jí)嚎s機(jī)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部壓差擴(kuò)大現(xiàn)象，導(dǎo)致反應(yīng)設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)壓力狀態(tài)，擴(kuò)大設(shè)備整體損耗，需要額外支出甲醇生產(chǎn)投資，嚴(yán)重情況下，還會(huì)產(chǎn)生運(yùn)行中斷問(wèn)題，設(shè)備故障[10]。

4．4 控制措施優(yōu)化

甲醇合成生產(chǎn)相關(guān)控制措施可以分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，一是需要對(duì)反應(yīng)催化劑實(shí)施合理選擇和應(yīng)用，二是全面把控甲醇合成主動(dòng)性。 通過(guò)準(zhǔn)確把握甲醇合成主動(dòng)性，可以優(yōu)化甲醇產(chǎn)品質(zhì)量。 在具體實(shí)踐操作中， 需要提供甲醇合成主動(dòng)性，提升運(yùn)行參數(shù)準(zhǔn)確性以及科學(xué)性，改善甲醇運(yùn)行效率，滿足產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量性能要求。 在反應(yīng)操作中選擇適合催化劑， 如果首次應(yīng)用催化劑，需要率先實(shí)施全面還原處理，聯(lián)系溫度狀態(tài)調(diào)控反應(yīng)效果[11]。還原處理的主要反應(yīng)原理，是在氮?dú)鈨?nèi)添加一定合成氣體和氫氣，促進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)部催化劑的順暢循環(huán)，對(duì)氣體添加容量實(shí)施合理控制。

綜上所述，甲醇作為化學(xué)生產(chǎn)領(lǐng)域和精細(xì)化工領(lǐng)域中基礎(chǔ)材料，在日常生活和工農(nóng)生產(chǎn)領(lǐng)域具有較高利用率。 立足于整個(gè)社會(huì)發(fā)展大環(huán)境分析，甲醇合成越加成熟，進(jìn)一步擴(kuò)展基礎(chǔ)化學(xué)領(lǐng)域中對(duì)于甲醇材料的應(yīng)用，當(dāng)下工藝技術(shù)無(wú)法進(jìn)一步滿足市場(chǎng)發(fā)展需求，為此需要全面優(yōu)化設(shè)計(jì)甲醇合成工藝，改善甲醇產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化產(chǎn)品性能，減少雜質(zhì)含量。