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甲醇合成工藝過程及優(yōu)化分析

2020-01-18 08:27郝鳳英陜西奧維乾元化工有限公司陜西榆林719400
化工管理 2020年18期
關(guān)鍵詞:甲醇催化劑高壓

郝鳳英(陜西奧維乾元化工有限公司,陜西榆林719400)

0 引言

甲醇又名木醇、木精,是一種無色、易揮發(fā)的液體,化學(xué)分子式為CH3OH.其分子量為32.04,正常壓力下的沸點為64.7℃。在世界石油資源緊缺以及清潔能源、環(huán)保需求增加的情況下,以天然氣、煤為原料生產(chǎn)甲醇,通過甲醇生產(chǎn)一系列深加工產(chǎn)品,成為“碳一化工”的重要突破口。甲醇在化工業(yè)中是極為重要的基礎(chǔ)化工原料,在煤化工、石油化工和天然氣化工中都是列入主要品種的化工產(chǎn)品。隨著社會的高速發(fā)展,科學(xué)技術(shù)也發(fā)生了日新月異的變化,社會對化工業(yè)的精度要求也越來越高。在各類下游化工產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品的生產(chǎn)中對甲醇的需求量也日益增高。

1 甲醇合成工藝過程分析

1.1 甲醇合成反應(yīng)分析

甲醇合成反應(yīng)是在催化劑的作用下進行的較為復(fù)雜的可逆性反應(yīng),具體是由一氧化碳與氫氣進行放熱反應(yīng),生成甲醇。從化學(xué)平衡原理的角度分析,低溫高壓對甲醇的合成更為有利。一般來說制備甲醇的催化劑包括鋅鎘催化劑、酮基催化劑等,催化劑在催化過程中的吉利包括擴散、吸附、反應(yīng)、解析和擴散五個步驟。

1.2 甲醇合成流程

甲醇作為一種重要的化工原料,其合成反應(yīng)機制一直是甲醇合成反應(yīng)研究中的重點問題。為了切實提高甲醇的生產(chǎn)水平,進而解決甲醇的供求問題,對甲醇合成工藝進行研究具有重要的意義。我國作為資源豐富的煤炭資源大國,在進行甲醇制備時通常采用天然氣和煤炭兩種原料,具體的生產(chǎn)工藝氛圍單產(chǎn)甲醇和量產(chǎn)甲醇。合成甲醇的工藝流程較長,且工藝復(fù)雜,使用不同的原料會導(dǎo)致工藝流程存在一定的差異,具體使用的設(shè)備和催化劑也會各有不同,其中主要包括合成原料、凈化處理、壓縮工藝和合成工藝、精餾粗甲醇的幾個環(huán)節(jié)。制備甲醇的主要工藝特點包括:

(1)采用含較高含量的二氧化碳、氮氣天然氣為制備原料;

(2)采用燃氣包合技術(shù)對含醇廢水進行有效處理;

(3)采用預(yù)轉(zhuǎn)化爐對天然氣中的高耗能氣體進行轉(zhuǎn)化,降低轉(zhuǎn)化爐的負荷;

(4)采用三塔精餾工藝對甲醇進行精餾。

2 甲醇的合成方法

隨著社會經(jīng)濟水平的高速發(fā)展,甲醇的制備也不再局限于單一的方法。當(dāng)前甲醇的工業(yè)制備方法有諸多種類,如合成氣法、聯(lián)醇法等,現(xiàn)代工業(yè)中一般利用合成氣法制備甲醇,具體包括三種方法:高壓法、低壓法和中壓法。

2.1 高壓法

高壓法是一種較為傳統(tǒng)的甲醇生產(chǎn)方式,其數(shù)值在20 到35MPa。普遍使用高壓法制備甲醇時的生產(chǎn)技術(shù)水平還較為落后,在原料和人力投入方面均有較大的浪費。此外,由于高壓法還需在高溫高壓的條件下進行,這導(dǎo)致了生產(chǎn)出的甲醇具有較多的雜質(zhì),因此這一方法目前已逐漸被市場淘汰。

2.2 低壓法

隨著世界能源危機的爆發(fā),高壓法已無法滿足工業(yè)發(fā)展的需求,其在20世紀60年代中后期逐漸被低壓法制備技術(shù)取代。低壓法的壓力數(shù)值在5.0~10.0MPa之間,這種方式能夠在低壓狀態(tài)和特定的條件下進行催化,最終制備出甲醇。在低壓條件下進行反應(yīng)作用具有比高壓狀態(tài)下更多的選擇性,因此大大降低了能源的消耗,同時也降低了資金的投入。

2.3 中壓法

盡管低壓法相對高壓法來說大大降低了能源的損耗,但隨著化工業(yè)對甲醇的需求日益增加,低壓合成法導(dǎo)致了設(shè)備批量增加,進而引起原料和資金的巨大浪費。因此化工業(yè)根據(jù)市場的實際情況對壓力進行合理調(diào)整,將低壓合成法變?yōu)橹袎汉铣煞?,實現(xiàn)了更好的生產(chǎn)模式。從當(dāng)前的應(yīng)用中來看,中壓合成法在工藝流程和資金投入方面都有明顯的優(yōu)勢,且見效快、浪費少,能夠有效推動我國的工業(yè)發(fā)展。

3 甲醇合成操作控制的優(yōu)化分析

在甲醇的合成工藝中,一旦操作不當(dāng),則會導(dǎo)致催化劑活性下降、精餾不達標,最終影響產(chǎn)品的合格率,這不僅會增加生產(chǎn)成本,也可能帶來一系列的安全問題。因此必須對甲醇的合成操作控制進行合理的優(yōu)化。

3.1 優(yōu)化合成工藝參數(shù)

在常見的甲醇合成工藝中,壓力大小、催化反應(yīng)劑量的溫度、參與反應(yīng)的氣體、合成過程中的速率控制和循環(huán)比率、碳氫含量等都會對合成結(jié)果的參數(shù)產(chǎn)生影響。其中對參數(shù)影響最大的是壓力的大小,在實際的反應(yīng)過程中,壓力的高低對甲醇的產(chǎn)量比有著最為直接的影響,壓力越大,甲醇的產(chǎn)量就越高。另外,催化反應(yīng)的溫度也會對甲醇合成工藝參數(shù)產(chǎn)生影響,在反應(yīng)過程中催化反應(yīng)劑要控制在一個相對較低的范圍內(nèi),避免反應(yīng)劑由于溫度過高而導(dǎo)致表面出現(xiàn)結(jié)晶,進而影響催化結(jié)果;但需要注意的是,適當(dāng)?shù)恼{(diào)整催化劑的溫度能夠提升合成率,但不能大幅度提升其溫度,否則不僅無法達到提升合成率的效果,還會對正常的合成產(chǎn)生影響,最終影響產(chǎn)率。參與反應(yīng)的氣體是第三類對工藝參數(shù)產(chǎn)生影響的因素,在進行工藝參數(shù)優(yōu)化時應(yīng)實時的排放惰性氣體,從而提高甲醇濃度。除此之外,其他多項因素也會對甲醇合成的工藝參數(shù)產(chǎn)生影響。

3.2 優(yōu)化合成生產(chǎn)設(shè)備

對于甲醇的制備而言,最關(guān)鍵的是合成反應(yīng)器這一制備裝置,反應(yīng)器的性能參數(shù)對甲醇的合成效果起到直接的決定性作用。在對甲醇合成工藝的操作進行優(yōu)化時,要切實提高對合成反應(yīng)器的重視程度。在實際反應(yīng)過程中,如若制備甲醇的反應(yīng)器未達到合適的溫度,甲醇制作壓縮機中的壓差會有所增加,進而導(dǎo)致反應(yīng)設(shè)備出現(xiàn)超過標準壓力的情況,這會增加設(shè)備的損耗率,增加甲醇制備成本,甚至引發(fā)設(shè)備故障。

3.3 優(yōu)化控制方法

隨優(yōu)化甲醇合成工藝的控制方法包括兩個方面:科學(xué)掌握甲醇合成的主動性和合理使用催化劑。

(1)科學(xué)掌握甲醇合成的主動性。把握甲醇合成的主動性能夠切實提高甲醇的品質(zhì)。在實踐過程中,催化劑的使用在甲醇合成反應(yīng)中產(chǎn)生了較大的影響,因此,掌握甲醇合成的主動性,確保參數(shù)合理準確,能夠有效提升生產(chǎn)甲醇的效率,確保產(chǎn)品質(zhì)量與相應(yīng)的標準要求相符合。

(2)合理使用催化劑。在實際反應(yīng)過程中如果是的第一次使用催化劑,需要先將其進行還原處理,并根據(jù)溫度還原控制的方法提高反應(yīng)效果。在還原過程中,其反應(yīng)原理是往氮氣中添加一定的氫氣或其他合成氣體,進而使催化劑在系統(tǒng)當(dāng)中實現(xiàn)循環(huán)。此外,應(yīng)合理控制氣體含量。

4 結(jié)語

在甲醇在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著重要的地位,是基礎(chǔ)原材料和精細化工領(lǐng)域的重要原料,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活領(lǐng)域有非常高的市場使用率。從全球發(fā)展的大環(huán)境來看,目前發(fā)達國家已經(jīng)掌握了成熟的甲醇合成技術(shù),也擁有較為先進的合成設(shè)備。近期國際化工界高度關(guān)注甲醇羰基合成技術(shù),其研制開發(fā)逐步成熟,應(yīng)用逐步推廣擴大。其具有甲醇轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)物產(chǎn)率高等優(yōu)點,更加開拓了甲醇在基礎(chǔ)化學(xué)原料領(lǐng)域的重要技術(shù)和經(jīng)濟前景。而我國對甲醇生產(chǎn)與應(yīng)用相關(guān)的化工研究則起步較晚,目前的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備等還較為落后,導(dǎo)致當(dāng)前的生產(chǎn)工藝很難滿足巨大的市場需求。通過對甲醇的生產(chǎn)過程進行合理優(yōu)化,既能夠提升甲醇合成的品質(zhì),也能提高產(chǎn)能,降低雜質(zhì)含量。

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