中低压甲醇合成工艺论述

中低压甲醇合成工艺论述

张锐

新汶矿业集团内蒙古恒坤化工有限公司 内蒙古鄂尔多斯 016299

摘 要：甲醇无论是作为产品还是作为原料都有着重要的地位，所以甲醇有着碳一化工界中“基石”的美称。由于甲醇的化学性质较为活泼，所以甲醇具有丰富的下游产物，导致甲醇的应用也是特别的广泛，尤其是与人们息息相关的交通运输业、农业、军工界、工业等都是存在一定的支柱性的作用。

关键词:甲醇合成；Lurgi技术；铜基催化剂

引 言

随着我国在甲醇方面的研究与发展越来越迅速，加上甲醇能源在国家能源中占据着战略性地位，致使甲醇的生产量需求增加^[1]。甲醇成为越来越多化工产品的基础原料，也被誉为21世纪最重要的清洁能源之一，被广泛应用到各个行业和各个领域，所以有关甲醇的研究与发展，很值得研究^[2]。

1. 甲醇的物理性质

甲醇英文名methanol。属于饱和醇中最简单的一元醇，分子式CH₃OH。在通常条件下甲醇是一种无色、透明、易燃、有毒、易挥发的液体；熔点：－97.68 ℃，沸点：64.70℃^[3]，燃点: 470℃，爆炸极限: 5.5 – 44 vol% ，密度(25℃)：0.78664g/cm3。

2. 甲醇工业发展现状

2.1 国外大型甲醇气相合成技术

德国Lurgi甲醇合成工艺：

德国Lurgi公司甲醇合成工艺的主要采用的是一步法与两步法两种甲醇合成工艺^[4]。水冷反应器甲醇合成塔是一步法甲醇合成工艺中所主要采用的，但简单的一个水冷型反应器却无法达到单套日产甲醇100万t的生产规模^[5]。而在两步法甲醇合成工艺中最常采用的反应器有2种类型，一种是气冷反应器，二是水冷反应器^[6]。

Lurgi甲醇合成工艺的特点是:反应热可以迅速移出以此维持反应体系的温度的稳定，反应基本为等温反应，可以有效保护催化剂活性，催化剂使用寿命较长^[7]；碳转化率高，合成塔出口甲醇含量高，单程转化率高，在驰放气排放方面少，循环气量小，压缩机功率降低，降耗降低^[8]。

英国戴维甲醇合成工艺：

英国戴维甲醇合成工艺的特点是:列管式轴径向反应器为英国戴维甲醇合成工艺的反应器，甲醇合成催化剂装填在反应器的列管之外，而在反应器的列管内通入的锅炉给水，由反应器中间具有筛孔的管道进入新鲜原料气，反应之后的气体从合成塔两侧出来,由于反应温度高，单程转化率低，循环气体量较大，从而导致循环气压缩机功率高，耗能也高^[9]。

瑞士卡萨利甲醇合成工艺：

卡萨利的甲醇合成塔使用的是板式换热器，合成反应放出的热量通过锅炉给水移走。板式换热器具有比表而积较大的特性，可以高效快速的将合成反应热移走，所以整个合成反应基本为等温反应，可以有效地提高催化剂的使用寿命。

2.2我国大型甲醇气相合成技术

甲醇与合成氨联合共同生产的工艺统称为联醇。既可以生产氨又可以生产甲醇，实现了节能降耗，多种经营，提高了一定的经济效益，增强了企业的市场应变能力，具有我国的特色。

三、甲醇合成工艺

目前，世界上甲醇合成的方法大多数为气相法，气相法又可以分：低压法（5.0~8.0MPa），高压法（19.6~29.4MPa），中压法（9.8~12.0MPa）；其中技术较为成熟且发展较为迅速的是中压法和低压法，这两种生产方法在实际生产当中应用也最为普遍。

3.1.1 高压法

高压法（19.6－29.4MPa）：是最早生产甲醇的方法，采用锌铬催化剂，反应体系温度360－400℃，压力19.6－29.4MPa。高压法由于在原料和动力方面消耗较大，反应体系温度高，生成粗甲醇中有机杂质含量高，后期产品分离困难且投入较高，目的产物的收率较低，由于反应体系的压力较高，所以对于反应体系的设备及管道的材质要求较高，在材质上投入较大，高压生产时安全隐患居多。

3.1.2 低压法

20世纪60年代后期发展起来的 ，为了减少合成反应中副反应的发生以及便于后期甲醇的分离，采用活性较高的铜基催化剂（Cu-Zn-Cr），同时也提高了目的产物甲醇的质量，在能耗消耗方面有所降低；生产设备的制造相比高压法而言也比较容易，投资降低。后来逐渐发展出了后期的中压法甲醇合成工艺；低压法生产甲醇的工艺流程技术最为成熟应用普遍的是lurgi低压甲醇合成工艺。

Lurgi采用管壳型甲醇合成塔。催化剂装在反应器内置的列管内，合成反应中释放的反应热由管间产生蒸汽带走，并副产中压蒸汽，送入蒸汽管网；全系统热能利用合理。反应体系最佳温度250～260℃，压力5～6MPa，反应过程温和。

这种特殊的合成塔构造使得催化剂床层温度便于控制，有效的延长了催化剂的使用寿命，合成副产物明显减少；动力消耗低。生产操作简单，反应器结构复杂制造困难，反应器对材质依赖度高，催化剂装卸困难等缺点。

3.1.3 中压法

甲醇合成压力为(9.8-12.0Mpa)，随着甲醇市场对甲醇的需求量日益的增多，迫使甲醇生产工业规模走向大型化，为了减小工艺生产设备和管道的尺寸, 在甲醇合成低压法的基础上通过提高合成压力发展起来的甲醇合成技术，高活性的新型铜基催化剂 （Cu-Zn-Al）作为合成的催化剂，是20世纪70年代生产甲醇最为主要的方法，中压法具有的优点和低压法类似，但改变了合成催化剂之后，合成压力会降低，压缩系统得到简化，动力消耗方面与低压法相比有所提高，合成温度则与低压法相同，生产成本得到降低。

四、小结

随着我国在甲醇方面的研究与发展越来越迅速，加上甲醇能源在国家能源中占据着战略性地位，致使甲醇的生产量需求增加，但是根据实际生产情况对工艺进行优化

提高目的产物甲醇产量，减少废弃物排放，将会是甲醇合成工艺的新的研究方向。

参考文献：

[1]熊轶枫.煤化工当前发展研究.甲醇合成技术发[J].2007,11(s1):48-57

[2]田恒水,朱云峰,郝晔.石油资源日益紧缺时代甲醇下游产品的开发策略(中)[J].化工催化剂及甲醇技术. 2010,9(3):15-19

[3]余小春.盐/甲醇溶液的微观结构研究.中国科学技术大学硕士论[D]．2010,19(2):19-23

[4]曹肃锋.醋酸加氢制备乙醇的催化剂研究.华东理工大学硕士论文[D].2014,4(3):08-12

[5]乔柯.新型铜基甲醇合成催化剂的设计、制备及其反应研究.中国石油大学（华东）硕士论文[D].2006,7(3):15-19

[6]房德仁李海洋.近十年甲醇合成技术进展(上)[J].上海化工.2000,2(13)：33-35

[7]吴龙武.固定床内冷却错流传热的研究[D].华东理工大学,2012,11(5):7-13

[8]史宏星.全球甲醇工业生产现状与发展趋势[J].氮肥2007,30(3):145-154

[9]赵晓.基于ASPEN PLUS仿真模拟煤基醇—醚—电多联产系统[D].西安科技大学,2009,4(5):7-13

作者简介：张锐，（1994-），男，甘肃兰州人，汉族，助理工程师，本科