甲醇合成工艺过程及优化分分析

甲醇合成工艺过程及优化分分析

雷园园

陕西神木化学工业有限公司陕西 榆林 719319

摘要：我国幅员辽阔，属于人口大国，对能源的需求量极大，而我国的能源与资源较为匮乏，同时随着经济发展速度的日益加快，也不断提高了对各种能源的需求量。基于此形势，我国必须立足于现阶段的实际情况，对我国丰富的煤炭资源进行合理开发与利用，以使人们的生产生活需要得到满足。现阶段，煤炭资源较为丰富，所以立足于煤炭资源对其他能源进行制备与开发是最佳选择，而我国缺少充足的石油资源，已经不能使工业生产中其他能源制备中的消耗得到满足。只有借助煤制甲醇，才可以使能源短缺问题得到有效缓解。

关键词：甲醇合成；工艺过程；优化

引言

醚类化合物中对苯二甲基二甲醚是一种重要的精细化学品中间体，以其为原料生产的耐高温树脂可用于高速赛车及高档汽车领域，对苯二甲基二甲醚还可作为酚醛树脂的改性剂，用于提高树脂的耐热性。目前工业上主要是以对二甲苯为起始原料，经氯化后生成对二氯苄，对二氯苄与甲醇钠反应生成对苯二甲基二甲醚。反应过程中引入的卤素转化成化学计量的氯化钠，环境污染大，后处理成本较高。对苯二甲基二甲醚的市场应用前景广阔，因此开发出一条绿色、高效的对苯二甲基二甲醚生产工艺，具有重大的研究意义和经济价值。

1 甲醇合成工艺过程

甲醇合成是在一定温度、压力和催化剂作用下，C0、CO2与H,反应，主要生成CH_0H和H20的放热可逆复杂反应过程。其主要反应方程式如下:

C0+2H2=CH.OH+Q

CO2+3H2=CH_OH+H20+Q

两反应都是强放热反应。为了使反应性能最佳，同时，避免催化剂的加速老化甚至损坏，反应产生的热量需要迅速移走。尽管铜基甲醇催化剂具有很高的选择性，但依然会生成--些副产物，如二甲醚、甲酸甲脂、乙醇、水等多种杂质，且副产物的量会因运行时期不同、工况不同或催化剂的性能差异而有所不同。主要副反应:

CO+H2=HCH0

CO2+H2=C0+H20

2CH.0H=CH.OCH.+H2O

2C0+4H2=CHfOH+H2O

2工艺技术特点

甲醇合成工艺流程为大甲醇工艺，反应器采用2台水冷反应器并联加1台气冷反应器串联构成甲醇合成系统。水冷反应器是整个合成第一步的主反应区，为管壳式等温反应器，换热管内装催化剂。管外利用热虹吸循环汽包锅炉水，副产蒸汽移除反应热、副产高压饱和蒸汽。该反应器传热效率高，反应时催化剂床层温差较小，达到接近等温反应的目的，使合成反应几乎是在等温条件下进行，不会发生催化剂过热的现象，副产蒸汽压力3.9MPa，蒸汽品位高，利于降低装置的能耗，提高装置操作的经济性。气冷反应器同样为管壳式反应器，但催化剂装填在换热管外。反应热通过加热循环工艺气移除。气冷反应器操作温度接近反应平衡温度，有利于反应充分完成，进一步提高甲醇转化率。水冷反应器并联再串联气冷反应器的甲醇合成工艺反应温度稳定、控制简单。反应单程转化率较高，出口甲醇含量高；循环比低，循环气量少，降低了压缩机功耗。

3.1生产过程优化

生产过程优化包括设备保护和开停车次数控制，在甲醇生产中，需要监控合成反应器各个参数在催化剂不同时期的变化并根据工况及时进行调整。生产过程中，要防止超温、超压、负荷过大等现象出现。另外，系统频繁开停车过程中如果处置不当将会使催化剂活性受到损害。因此，在经历紧急停车后，应做以下处理：（1）应立即用氮气将系统置换合格。（2）当床层温度下降时，如果有蒸汽的情况下应适当开大合成塔开工喷射器，并减少循环量，将床层温度维持210℃，将系统压力缓慢降低至0.2MPa。（3）若是系统长期停车，将系统用氮气置换，防止系统中的残余的CO在低温的情况下与Fe＼Ni生成羰基化合物，造成甲醇催化剂的失活。

3.2气流床煤气化选择

流化床工艺技术具有一定优势，但其气化温度普遍不高。为了使此问题得到有效解决，气流床工艺逐渐形成，其能在温度较高的环境中实施工艺，同时相较于流化床工艺，其对煤化反应的要求不高。主要具有下述优势：首先，在应用气流床工艺的过程中，无需使用粒度小于0.2mm的煤粉；其次，其气化温度在1400℃以上，但不超过1600℃，工艺具有较强的环保性，在生产中，不会产生诸多焦油和酚等物质，各种硫化物具有单一的形态，显著加强了工艺环保性；再次，在其气化工艺中，其压力始终在3.5MPa以上，但不超过6.5MPa，在大型煤制甲醇中十分适用，可以使压缩功的使用显著减少，最大化控制生产制造工艺的成本消耗；最后，运用气流床煤气化工艺的产品具有更高的转化率，其产品转化率通常在95%以上，工艺生产中的能耗不高，在大型工业生产中十分适用

3.3控制方法优化

首先，是对控制系统进行更新换代。其次，是根据装置实际运行情况主动对系统参数、PID参数进行优化调整，严格按照操作规程操作。最后，要做好合成催化剂还原处理，合成催化剂只有经过还原才具有活性。甲醇合成铜基催化剂还原反应：CuO+H2=Cu+H2O（△H25H基催化剂还原反应mol）。甲醇合成催化剂还原注意事项：三低（低温出水、低氢还原、还原结束后有一个低负荷运行期）；三稳（提温稳、补氢稳、出水稳）；三不（提氢与提温不同时进行、水分不带入塔体、高温出水时间不能太长）。

3.4完善煤制甲醇合成流程

大型煤制甲醇的合成流程主要涉及下述内容：合成压力和反应温度分别为7MPa~10MPa、210℃~280℃；如，在固定床气化中，固定床的甲醇合成转化率不高，所以需要循环利用其中未反应的气体，此方式对反应物质利用效率的提高极为有利，同时，还可以有效节省反应成本；在对合成塔连接方式进行选择时，需要与实际大型煤制甲醇情况相结合从而合理选择，合成塔串联的方式，可以促进大型煤制甲醇中单程碳的转化率提高，促使反应中的循环量降低。合成塔回路串联为两级，分离第一级合成的甲醇后，形成的循环气需要进入二级再进行处理，此方式对大型煤制甲醇应用效率的提高极为有利。

3.5高碱值磺酸钙的合成

高碱值磺酸钙的制备工艺流程主要有中和化学反应和碳酸化反应，将足够量的磺酸，基础油，适量Ｔ９０１抗泡剂加入四口烧杯，然后再添加足够量的清水，与氢氧化钠溶液，氯化钙，氢氧化钙发生中和反应获得磺酸钙正盐（中性盐），再取足够量的中性盐，经升温预热和均匀混合后，投入甲苯，氢氧化钙，氧化钙，甲醇，无水氯化钙，反应一定时间之后加水、通入ＣＯ２进行碳酸化反应得到Ｔ１０５，最后反应生产的碳酸钙微粒进入到磺酸钙正盐胶束中心形成稳定的胶团，脱溶抽滤得到Ｔ１０６。

结束语

现阶段，我国经济发展速度日益加快，在此形势下，人们越来越关注环境污染问题，在各种环境污染中，最为严重的当属化学工业产业的废渣与废气的污染。当前，人们不断增强环保意识，同时更加期待新能源的开发与利用，而对大型煤制甲醇的气化与合成工艺进行选择，正是探索与开发新能源的有效途径，这对整个人类社会而言，具有重大意义。

参考文献

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