[甲醇合成方程式]甲醇合成工艺概述

来源:医药类 发布时间:2019-06-25 点击:

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  摘 要:甲醇是C1化学的支柱产品,是重要的化工原料。在农药,医药,染料,香料,涂料以及三大合成材料生产中都需要甲醇作为原料或作为溶剂。因此,甲醇是一种有着广泛用途的重要的有机化工原料,甲醇工业生产对其他相关工业和国民经济的发展都有着重要意义。由此,甲醇合成的工艺也显得尤为重要。
  关键词:甲醇;工艺;合成塔
  1 合成气(CO+H2)生产甲醇的方法
  以一氧化碳与氢气为原料合成甲醇的方法有高压、中压、低压三种方法。
  (1)高压法(20 MPa――35 MPa)
  这是最初生产甲醇的方法,即用一氧化碳与氢在高温高压下用锌-铬催化剂合成甲醇。反应温度为360――400℃,压力19.6――29.4 MPa。随着脱硫技术的发展,高压法也在逐步采用活性高的铜系催化剂,以改善合成条件,达到提高效率和增产甲醇的效果。高压法虽然有60多年的历史,但是,由于原料及动力消耗大,反应温度和压力高,生成粗甲醇中有机杂质含量高,而且投资大,成本高,当今已属于被淘汰的方法。
  (2)低压法(5.0 MPa――10.0 MPa)
  这是20世纪60年代后期发展起来的甲醇合成技术,即用一氧化碳与氢气为原料在低压(5.0 MPa)和275℃左右的温度下,采用高活性的铜基催化剂合成甲醇。铜系催化剂活性明显高于锌铬系催化剂,在较低的压力下可获得较高的甲醇收率,而且选择性好,减少了副反应,改善了甲醇质量,降低了原料的消耗。此外,由于压力低,不仅动力消耗比高压法降低很多,而且工艺设备的制造也比高压法容易,投资得以降低,总之低压法比高压法有显著的优越性。
  (3)中压法(10.0 Mpa――20.0 MPa)
  随着甲醇单系列规模的大型化(目前最大单系列装置己达日产5000吨),如采用低压法,势必导致工艺管道和设备非常庞大,因此在低压法的基础上,适当提高合成压力,即发展成为中压法。该法的关键在于使用了一种新型铜基催化剂,综合利用指标要比低压法更好。结合我国中小氮肥的特殊情况,自行开发成功了在合成氨生产流程中同时生产甲醇,即合成氨-甲醇联合生产的联醇工艺流程。联醇工艺的特点是在铜洗之前经过甲醇合成。采用铜基催化剂,合成压力在10.0 Mpa――13.0 MPa,合成温度在235――315℃。在联醇工艺中,铜基催化剂易中毒,要求合成甲醇的原料气中含硫总量应小于1mL/m3.该法不但流程简单,而且投资省,建设快。可以大中小同时并举,对我国合成甲醇工业的发展具有重要意义。
  2 典型甲醇合成塔
  (1)冷激型甲醇合成塔
  该塔由一个利用气体分布系统将催化剂床层分成3――6段的连续催化剂床层的绝热反应器构成,热的或冷激气喷射入气体分布系统以控制催化剂床层的温度。激冷气沿着喷射管钻的孔均匀地通过床层各个部分,这些分布器沿水平有附有小孔的菱形结构,它铺设在连续催化剂床层内。气体在反应器内向下流动,优先通过菱形分布器,在菱形分布器内激冷气体的喷射能量促进了混合。在压力8.4MPa和12000hq空速下,当出塔气甲醇浓度为4%时,一、二两段温升约50℃。
  ICI冷激塔结构简单,设备用材要求不高,易于大型化。但由于靠冷原料气喷入各段催化剂之间以降低反应气温度,从而造成在降温的同时也降低了反应气中甲醇的含量,降低了催化剂利用率。为了防止催化剂过热,采用较大空速,则出塔气中甲醇含量较低,反应副产物较多,循环气压缩功耗较大,而且合成反应热只能在合成塔出口设低压废热锅炉回收低压蒸汽,不能利用回收有动力价值的中压蒸汽而逐渐被淘汰。
  (2)Lurgi型甲醇合成塔
  Lurgi甲醇合成塔类似一台立式管壳式固定管板换热器。管内装催化剂,管外充满中压沸腾水蒸发带走反应热,是近年来国内外使用较多的一种先进塔型,其主要特点是:单位体积催化剂床层的传热面积较大(可达30m2/cm3床层),管内中心线与沸腾水之间的最大温差可达10~12℃,反应时催化剂层温差小,几乎是在等温条件下进行,反应器能除去有效的热量,操作平稳。可通过蒸汽压力的调节,简便地控制床层温度,使催化剂寿命延长。还可允许较高CO含量气体,采用低循环气量,使反应等温进行,单程转化率高,杂质生成少,循环压缩功消耗低,而且合成反应热副产中压蒸汽,便于综合利用。
  可以看出,Lurgi公司正是根据甲醇合成反应热大和现有铜基催化剂耐热性差的特点,而采用列管式反应器。管内装催化剂,管间用循环沸腾水,用很大的换热面积来移去反应热,达到接近等温反应的目的,故其出塔气中甲醇含量和空时产率均比ICI冷激塔高,催化剂使用寿命也较长。
  3 结语
  节能降耗及装置超大型化是今后甲醇发展的方向。设计合理的甲醇合成塔应做到催化剂床的温度易于控制,调节灵活,合成反应的转化率高,催化剂生产强度大,能从较高位能回收反应热,床层中气体分布均匀,低压降。在结构上要求简单紧凑, 高压空间利用率高,高压容器及内件无泄露,催化剂装卸方便。国内应加强大型甲醇合成技术开发力度,逐步缩小与国外的差距。
  参考文献
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  作者简介
  王济阳(1995-),男,汉族,河南省济源市人,学生,本科在读,河南省郑州大学化工与能源学院化学工程与工艺专业。

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