甲醇生产工艺参数确定

知识目标

1．了解甲醇生产中的各种影响因素；

2．理解各种影响因素对甲醇生产的影响。

能力目标

能对工艺参数进行分析、确定。

素质目标

1．一丝不苟、实事求是的工作态度；

2．安全生产、清洁生产的责任意识。

（一）布置任务

分析各种参数对合成气合成法制甲醇生产过程的影响。

（二）任务总结

1．反应温度的确定。

由合成气合成甲醇的反应为可逆放热反应，其总速度是正、逆反应速度之差。随着反应温度的增加，正、逆反应的速度都会增加，但是吸热方向（逆反应）反应速度增加的更多。因此，可逆放热反应的总速度的变化有一个最大值，此最大值对应的温度即为“最适宜温度”，它可以从反应速度方程式计算出来。

实际生产中的操作温度取决于一系列因素，如催化剂、压力、原料气组成、空间速度和设备使用情况等，尤其取决于催化剂。

高压法锌铬催化剂上合成甲醇的操作温度是低于最适宜温度的。在催化剂使用初期为640K～650K，后期提高到650K～680K。温度太高，催化剂活性和机械强度很快下降，而且副反应严重。

低、中压合成时，铜催化剂特别不耐热，温度不能超过570K，而470K以下反应速度又很低，所以最适宜温度确定为500K～540K。反应初期，催化剂活性高，控制在500K，后期逐渐升温到540K。

2．反应压力的确定。

与副反应相比，主反应是物质的量减少最多而平衡常数最小的反应，因此增加压力对合成甲醇有利。但是，增加压力要消耗能量，而且受设备强度的限制，因此需要综合各项因素确定合理的操作压力。

用ZnO－Cr2O3做催化剂时，反应温度高，由于受平衡限制，必须采用高压25M～35 MPa，以提高其推动力。

而采用铜基催化剂时，由于其活性高，反应温度较低，反应压力也相应降至5M～10MPa。

3．原料气的组成确定。

甲醇合成原料气化学计量比为H2∶CO＝2∶1。

如果CO过量，不利于温度的控制，引起羰基铁在催化剂上的积聚，使催化剂失活，因此，生产中一般采用氢气过量。

氢气过量，可以抑制高级醇、高级烃和还原性物质的生成，提高甲醇的浓度和纯度；而且，氢的导热性好，有利于防止局部过热和催化剂床层温度控制。但是，氢气过量太多，会降低反应设备的生产能力。

一般情况下，采用Zn－Cr2O3做催化剂时，选择H2／CO为4．5左右；采用铜基做催化剂时，选择H2／CO为2．2～3．0。

4．原料气的纯度。

原料气中有一定含量的二氧化碳时，可以降低反应峰值温度。对于低压法合成甲醇，二氧化碳含量体积分数为5%时甲醇收率最好。此外，二氧化碳的存在也可抑制二甲醚的生成。

原料气中有氮及甲烷等惰性物存在时，使氢气及一氧化碳的分压降低，导致反应转化率下降。反应系统中的惰性气体含量应保持在一定浓度范围内。工业生产上一般控制循环气量为新鲜原料气量的3．5～6倍。

原料气中硫化氢存在时，会使铜催化剂中毒。

5．空间速率。

空间速率影响选择性和转化率，直接关系到生产能力和单位时间的放热量。

适宜的空间速率与催化剂的活性、反应温度及进塔气体的组成有关。

ZnO－Cr2O3：35000～40000h－1

CuO－ZnO－Al2O3：10000～20000h－1

增加空间速率在一定程度上能够增加甲醇产量，有利于反应热的移出，防止催化剂过热，但空间速率太高会引起转化率降低、循环气量增加，从而增加能量消耗；增加分离设备和换热负荷，引起甲醇分离效果降低；带出热量太多，造成合成塔内的催化剂温度难以控制。