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[工艺技术]甲醇合成的工艺过程分析与操作控制优化

时间:2022/04/06  点击:573


       

本文发表于《中国化工贸易·中旬刊》 2020年7期

孟庆迅

摘 要:同其他原料相比,甲醇的生产具有一定特殊性,其合成工艺上存在较大差别,但是都是用同一的生产原理,想要保证较高的生产合成率就必要对整个合成工程进行有效控制。甲醇生产流程包含原材料制作、净化处理材料气体及压缩等环节,本文通过深入分析,希望能够从控制成本、完善工艺、优化过程等方面促进甲醇生产水平的不断提升。

关键词:甲醇;合成;工艺过程;操作控制

在当前工业生产过程中甲醇这一原材料有着非常重要的地位,所以对于甲醇的生产效率和生产质量十分重视,而想要保证其生产效率和质量就必须要从研究其合成工艺入手,通过有效措施对其合成工艺进行优化和完善。我国在甲醇合成生产方面的研究已经有多年经验,随着研究经验的积累整个合成工艺已经处于较为成熟的阶段。同发达国家相比我国甲醇合成技术和工艺还有待提高,设备老化、落后,合成率较低的问题急需解决,以此来满足市场不断提升的需求量。

1 分析甲醇合成工艺整体过程

1.1 甲醇材料合成的基本原理

整个甲醇合成反应,需要依附于催化剂才能实施,通过二者的相互作用发生具有复杂性、可逆性化学变化。甲醇合成反应的根本原理是将氢气加入到一氧化碳元素当中,二者反应之后产生甲醇材料。在两种元素发生反应的过程中会有大量热量产生,经过化学原理角度展开分析,其结果就是当温度处于相同值得情况下,压力值不断提升,活荷载标准值也会逐渐上升,因此所合成的甲醇总量也会增加[1];但是当温度不断上升时,活荷载标准值会逐渐下降,导致甲醇总量大幅度下降,通过这种情况可以看出低温高压的环境下甲醇的合成效果最为理想。目前使用最为频繁的甲醇合成催化剂类型包括铜基催化剂与锌铬催化剂,虽然催化剂类型有差异但是催化的过程、流程是相同的,都需要通过扩散、吸附、表面反应、解析和扩散这几个工艺。整个过程需要首先通过气相把气体输送至催化剂,接下来催化器同进入的气体进行反应,并在活性表面出现相应的吸附反应,在吸附反应物产生后,其脱附过程完成后出现新的气体,这类新气体经过催化剂后在回到气相中,完成整个合成过程。

1.2 甲醇合成流程

当前我国甲醇合成过程中,较为常用的方法之一就是合成气制甲醛,这种方法虽然能够有效合成甲醇原料,但是这种方式的缺点在于合成过程较为繁琐,而且复杂性强,需要花费较长的时间来完成整个合成过程[2]。甲醇合成四个环节具体介绍如下:首先合成原料气是开始甲醇合成的基础环节,也就是要在合成开始之前将碳、氢等氢化物原料准备好,除此之外,这一环节还需要煤炭和石油材料,采取合理的蒸气反应或氧化反应将准备好的材料进行化学转化,转化之后所产生的混合型气体中还有一氧化碳、二氧化碳和氢,在这一环节当中最关键的是要保证氢气与二氧化碳的差是一氧化碳和二氧化碳和的2.1倍;其次,合成甲醇环节,要根据实际情况来选择需要的催化剂并控制好相应的压力,一般情况下该环节的温度会控制在240度到270度之间或者360度到400度之间,在这样的温度环境中催化剂发挥其催化作用,经过相应的化学反应过后大量甲醇原料产生。但是催化剂不仅能够合成甲醇原料,可能会回产生其他的附属产物,这就是我们所说的粗甲醛,也就是所产生的溶液物质中不仅含有甲醇物质,还有一些其他多种有机物;接下来的环节为净化处理环节,这一步的关键作用就是将含有多种有机物和甲醇的溶液进行净化,最后过滤杂质获得甲醇物质。净化处理通常分为化学净化方法和物理净化方法,物理净化比较简单,只需要将其中的杂质进行过滤即可,化学净化方法是将溶液中无法分离的杂质以碱净化蒸馏方式进行处理;最后,进入精馏粗甲醛环节,通俗来讲就是把溶液当中的乙醇、水、高碳醇和二甲醚等难以挥发的物质进行去除[3]。

1.3 甲醇合成的方法介绍

我国目前阶段的工业生产过程中应用最为频繁和广泛的甲醇合成方法即合成气法,这种方法还包含了高压、中压和低压三种方式。高压法是三种方法中最为传统的甲醇合成方法之一,在合成过程中将压力控制在20MPa-35MPa之间。过去我国还处于甲醇生产的初步阶段,其生产水平和工艺都较为传统和落后,在这种大背景下高压法合成甲醛應用十分普遍,这种方法的缺点在于需要投入大量的人力、物力和财力,所需投入成本较高,所合成的甲醇材料纯净度不足,参杂了较多的其他物质,无法达到对合成效率和合成质量要求;低压法是在高压法基础上加以完善的新方法,其整个合成过程处于5MPa-10MPa之间,以持续低压环境及特殊条件的环境中,展开甲醇的催化合成。同传统的高压甲醇合成方法比较来看,低压条件能够给予反应作用不同选择,从一定程度上降低了成本投入,减少了对各种能源的消耗量,在经济性方面的优势较为明显;中压法的出现是推动我国工业发展的重要节点,我国近年来经济及社会发展十分寻思,对于甲醇这一重要原料的需求量大大增加,如果采取低压法合成甲醇,需投入的资金额越来越大。为了既能够降低成本还能够满足实际需求,相关行业对低压法进行了适当的优化,尝试通过调整压力来改变生产模式,这种方法经过实践和应用后期效果十分理想,最为突出的优点是能够减少资金投入,控制投资成本,并且早保证合成效率和合成质量的基础上[4]。

2 优化甲醇合成工艺及操作控制的相关建议

2.1 优化工艺参数

第一,对合成过程的压力进行优化,适当的压力能够对合成过程起到促进作用,在进行甲醇合(下转第86页)(上接第84页)成期间可以根据实际情况适当调整压力,使甲醇生产了得到一定程度提升;第二,对气体组合工艺参数进行适当优化,排除惰性气体是甲醇合成过程中比较重要的内容之一,其目的是能够促进反应更快完成,如果适当提高合成过程中反映气体的浓度,可以提升甲醇的生产质量;第三,对循环气体的惰性气体浓度进行适当调整,其调整要根据实际工艺需求来进行,经过相关研究能够了解,一般处于低负荷条件下,对蹲星气体浓度进行适当提高对甲醇产量的提升有辅助作用。

2.2 优化合成设备

对生产设备进行适当优化,合成工艺参数优化只是整个优化措施的一部分,想要保证甲醇生产质量,还需要对其生产设备进行优化,避免在合成过程中由于设备的问题影响其反应,其中最该加强重视的部分为合成反应器,这是生产和车鞥设备中的核心装置,当反应器达不到标准温度,甲醇合成压缩机进出口会产生较大的压差,反应设备在这种情况下会产生超压现象,增加生产装置的能源效率量,增加整个合成、生产的投入成本,提高设备故障发生的机率。与此同时也要关注甲醇分离器,避免由于阻力大、效率差等问题影响系统运行情况。合成系统中各塔之间的压力会有差别,在这种情况下需要科学匹配循环气,降低因为符合过大影响催化剂活性问题出现的概率。

2.3 保证催化剂使用合理性,把握甲醇合成主动性

对于首次是使用催化剂的情况来说,必须要进行相关的还原操作,通过相应的控制操作能够催化剂的应用效果起到提升作用。还原机理为将氢气及其他气体注入氮气当中,这种方式可以实现催化剂在系统中处于循环状态。而把握甲醇合成主动性是为了提高粗甲醇的质量,催化剂在整个合成过程中起到非常关键的作用,也是提高其生产效率、保证生产质量的控制重点。

3 结束语

我国当前诸多领域都广泛应用了甲醇这一原料,并通过适当的合成或制作产生的衍生品也普遍应用于人们生活生产中,成为可以代替传统燃料的新型能源材料。如今对其合成技术及合成设备采取了合理的优化,从根本上提高的甲醇原料合成率和合成质量,为我国化工业发展提供了有力支持,这也更加符合当前我国节能减排、可持续发展的整体趋势。

参考文献:

[1]王晓欣.甲醇合成的工艺过程分析与操作控制优化问题探讨[J].中国石油和化工标准与质量,2016,36(11):63-63+65.

[2]李志宇.浅析甲醇合成的工艺过程及操作控制优化问题[J].化工管理,2017(27):103.

[3]蔺延新,乔晓斌,张二兴.甲醇合成工艺过程与操作控制优化的分析[J].中国化工贸易,2017,9(4):207.

[4]李钦涛.甲醇合成反应稳态工艺过程模拟研究[J].山西化工,2019,39(2):63-65.


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2022/04/06

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