合成气生产甲醇影响因素的分析探讨

作者:未知

  摘 要:甲醇的合成受合成气成分的影响很大,本文对合成气成分对合成的影响进行了研究,分析氢碳比、CO的含量、CO2的含量甲醇合成的作用,分析合适合成气成分。
  关键词:合成气;生产甲醇;影响因素;分析
  甲醇的合成环节当中,合成气的成分对甲醇的生产会造成较大的影响,一般合成气当中会含有后一氧化碳、二氧化碳和氢气,并且还有氮气、氩气等惰性气体,以及一些硫和氯等,只有控制好合成气的成分,才能够保证甲醇合成的顺利进行。
  1 氢碳比对甲醇合成的影响
  甲醇合成是在6.0MPa,195-225℃的反应条件下,在有铜基催化剂的作用下,CO,CO2与H2反应生成粗甲醇,其化学反应式为:
  CO+2H2=CH3OH+Q
  CO2+3H2=CH3OH+H2O+Q
  同时发生副反应,生成如烃类、高碳醇类、醚类、酯类、酮类等副产物。有与主反应平行的反应,也有串联反应,对低压合成甲醇而言总数不超过0.5%。
  2 合成气的成分对甲醇合成的影响研究
  2.1 CO含量对甲醇和合成的研究
  CO是甲醇生产中的主要成分,所以CO的含量高低将会影响到甲醇的生产效率在,在工业当中对CO的含量进行调整也是最直接的方法,CO含量对合成生产中CO对催化剂活性的影响也是一致的。通常在和呈反应当中,CO的反应速率和CO2的反应速率有很大不同,CO的反应速率比CO2要高出很多,并且变换和你变化的反应并不会很快达到平衡,所以在反应的过程中往往会积累大量的CO2。为此,一般情况下都会让CO的含量更高,CO2的含量低一些,保证反应的顺利进行,尤其是在催化剂使用后期,降低CO2的含量对反应有很大的帮助。在反应的过程中,惰性气体、H2和CO2-可能会累计,为此可以利用系统压力调节和松弛放气的方法让惰性气体和有效气体的成分更加稳定。为了保证塔内气体组的稳定,并不能仅仅排放惰性气体,也需要将其中的H2和CO2排出,避免这两种气体过剩。
  2.2 CO2对甲醇合成的影响
  从反应式看,CO2也参与了甲醇合成的反应,合成甲醇的反应机理实际是CO和氢气的反应,但是在合成所用的铜基催化剂中,会存在二氧化碳和氢气的变换反应即生成CO和水的反应,所以也可以认为二氧化碳实际参与了反应。CO2与H2反应放出热量明显比CO反应要少,所有CO2的存在缓和甲醇反应,调节床层温度防止超温,还可以抑制副反应的发生,间接保护催化剂。
  2.3 惰性气体对甲醇合成的的影响
  惰性气体在合成的过程中并不会参与到反应当中,但是会影响到反应的速率。在惰性气体含量升高时,反应速率会明显降低,为此都需要更高的单位产量能耗。但如果过度调低惰性气体的含量,就会导致放空量增加,损失更多的有效气体。因此,惰性气体含量控制的高低,需要充分考虑到具体的情况进行动态调整。在催化剂使用的初期,由于催化剂具有较高的活性,所以可以加入较多的惰性气体,但是随着反应的进行,催化剂的活性也在降低,因此惰性气体的含量也需要降低。
  2.4 硫对甲醇生产的影响
  硫是导致催化剂活性下降的主要因素,也是对甲醇合成影响最大的因素,硫的含量一定程度决定了催化剂的使用寿命。只要有极少量的H2S和COS存在,就会导致铜催化剂表面上形成一层Cu2S,由于该物质十分稳定,催化剂的活性会严重的衰退。同时,硫是一种常见的毒物,会导致永久中毒。所以控制好合成气中中硫的总量,保证H2S和COS的总质量低于0.1mg/kg。由于甲醇的合成会出现系统压力的上升,所以在其他的工艺比较稳定时,必须要首先对新鲜气中的硫含量进行控制,并且时刻进行分析,一旦出现了硫含量比较高的情况,就必须要是紧急停止反应,保护催化剂。
  3 循环气中甲醇含量对甲醇合成的影响
  如果循环气体中甲醇的含量比较高,那么就不利于甲醇反应的而进行,而且很容易到导致合成过程中有大量的二甲醚生成,或者出现一些高级副产物。二甲醚的生成速度还和接触时间以及入塔气体中甲醇的浓度成正比,为此必须要控制入塔气体中的甲醇浓度。另一反面,入塔气体中甲醇含量也和水冷器水冷溫度的关系密切,循环气体中的甲醇含量也会变低。一般情况下,在水冷器中的温度低于30度,而且操作压力在13MPa时,入塔气体的甲醇含量高会在0.2%-0.3%,这会导致一个规模在100kt/a的厂家每年损失1375吨甲醇,因此为了减少反应中的损失,必须要控制好水冷器的温度。
  4 温度的对甲醇合成的作用
  操作条件对反应影响最明显的就是温度,通过提升温度可以让反应以更快的速率进行,但也会导致副产物增加,催化剂也会在高温情况下迅速失活,由化学平衡的角度考虑,温度增加也会导致平衡常熟降低,甲醇的平衡浓度也会受到影响。然而,降低温度虽然可以有利于平衡浓度,但是却降低了反应速度,导致反应不能正常进行。实际生产当中,为了能够控制好催化剂的活性,初期通常会让温度低一些,在后期催化剂活性下降之后,则会提高温度促进反应进行,保证生产力。
  综上所述,甲醇的合成必须要控制好有害气体的含量,防止催化剂中毒导致反应无法进行。为了保证反应的持续性,合成气中必须要有一定量的二氧化碳,但是需要控制好二氧化碳的含量,避免影响反应的进行。反应中要以一氧化碳和氢气的反应为主,并且在合成后期提高温度,促进反应的进行。
  参考文献:
  [1]刘斌,张利娟.合成气成分对甲醇合成反应的影响[J].当代化工研究,2018(05):161-162.
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