摘要：甲醇产量是甲醇生产企业永远追求的目标。在保证产品质量、安全生产的前提下，通过不断改进工艺、挖掘设备潜力，从而最大限度地提高甲醇产量。因此，研究影响甲醇产量的各种因素，对调控生产，提高产量具有一定意义。基于此，本文主要对甲醇工艺中影响甲醇产量的因素进行分析探讨。
关键词：甲醇工艺；甲醇产量；影响因素
1、前言
甲醇生产中，在保证安全生产、产品质量满足要求的基础上，需要挖掘设备潜力、科学改进工艺，提高甲醇产量。为此，在生产中要做好甲醇含量影响因素的研究。
2、甲醇生产中产量影响因素
2.1原料气量
在反应条件保持不变的情况下，当具有较多反应物时，也将具有更多的生成物。可以说，原料气量的大小将直接对甲醇产量的获得产生影响。甲醇合成原料气工序主要为，气柜经罗茨风机提压、湿脱硫工段净化气体、活塞往复式焦炉气压缩机提压等。理想气体方程变形式PM=ρRT中，R为理想气体状态参数，为一个常数，在生产气体成分稳定不变的情况下，相对分子质量Ｍ也为一个常数。在焦炉气压当中，一段缸体中具有２个压缩机，当进气体积为定值时，活塞往复运行频率也为定值，且压缩机实际流量同气体密度具有关联。在风机出口压力保持不变的情况下，气体温度越高时，具有更小的气体密度与煤气流量。某企业根据同一天白班、夜班的实验，对反应原料气量在产量方面的影响进行观察，获得结果如表１所示。
表1 原料气量对产量的影响
通过表1可以发现，在煤气压力不存在较大变化且当天气体成分与工艺参数不存在较大变化的情况下，仅仅将脱硫塔入口温度降低，煤气流量增加，就获得了较大幅度的甲醇增产。
2.2气体成分
在甲醇企业生产中，所使用的煤气成分较为复杂，且具有较大的变化范围，焦炉煤气成分同炼焦方式、焦炉热工状况以及配煤成分等因素具有直接的联系。在焦炉煤气成分中，具有较多的杂质种类、较高的H2含量以及有机烃含量。在甲醇工艺方面，合成工段当中所使用的Cu基催化剂在硫方面具有较高的敏感性，很可能因此导致催化剂中毒情况的发生。对此，在湿脱硫以及精脱硫工段需要做好硫的脱除处理，将总硫质量浓度控制在0.1mg/L以内。在该企业中，其焦炉煤气成分主要为：H2体积分数66.25%，CO体积分数6.51%，N2体积分数2.97%，CH4体积分数21.9%，CO2体积分数2.21%。在焦炉煤气当中，由于具有较高的含氢量，通常通过纯氧自热转化工艺的应用实现甲醇的制备。在转化工段经过的原料气当中，一氧化碳以及二氧化碳的含量具有明显的提升。其中，一氧化碳更是甲醇当中的主要组分，在其产量提升方面具有关键的作用。同时，由于原料气当中一氧化碳以及二氧化碳具有一定的含量，因此，为了对反应气中有效气体利用率进行提升，则会通过对循环气进行补入的方式实现气体的循环应用。
在化学计量比基础上，适量氧气将同一氧化碳以及二氧化碳实现恰当的反应，且其氢碳比应当为２。而在实际生产中，由于氢气量较高，对实际反应具有较大的余量，因此，氢碳比在实际生产中则需要略高于２，且氢气过量，无论是对催化剂寿命的延长和羟基铁的减少，还是高级醇的生成都具有积极的作用。通常情况下，对于新鲜原料气，需要将氢碳比控制在2.05～2.15。如果该值过低，则将增加副反应发生；而如果该值过高，则会在增加能耗的同时对产量产生影响，在使催化剂失活速度加快的基础上导致积碳反应的发生。
该企业就分厂气体进行分析，在保证系统入口压力相同、合成塔床层未提温情况下，对其气体成分进行分析，如表２所示。
通过表２数据可以发现，在２天夜班当中，新鲜气的组分基本相同，仅第２天新鲜气中的甲烷含量相对较高，表明在转化工段氧气量不是特别充足，并因此使ＣＯ２含量有一定的降低。同时，第２天夜班当中，惰性气体同前一天相比较高，说明为了保证系统压力，在弛放气量排放方面存在一定的不足，并因此使第２天惰性气体含量较高。由此可知，在甲醇合成当中，惰性气体并不会参与到实际反应当中，而其存在的意义则是，在对合成器当中组分分压进行降低的基础上降低反应速率，在对装置能耗进行增加的基础上降低总碳转化率以及单程合成率。
2.3系统压力
在实际甲醇生产中，通常通过弛放气排放量的方式实现合成合理的控制。而合成工段系统压力还将受到来自转化系统压力、焦炉气压缩机以及不同工段阻力的影响。该企业在同一天夜班、白班数据为参考的基础上，对合成系统压力的影响进行了分析，见表３。
表3 甲醇分厂气体成分
根据表３数据，在新鲜气成分没有发生较大变化的情况下，系统压力、CO以及CO2的单程合成率都具有一定量的提升。从化学反应方程式中也可以了解到，在对系统压力进行提升的情况下，对正反应方向具有有利的作用，更有利于提升甲醇含量。通过前系统阻力的适当降低，能够有效实现合成系统压力的提升。对此，在实际生产当中，需要多采取清洗更换压缩机进气排气阀门、更换精脱硫工段前面过滤器内焦炭、脱硫剂等方法降低系统阻力来提高合成系统压力，从而提高甲醇合成能力。
2.4合成反应温度的影响
甲醇合成反应为强放热反应，必须用冷却介质带走其热量，以确保触媒温度不过高，导致催化剂烧结。甲醇分厂采用的合成塔为Lurgi型管束式合成塔，此合成塔类似于列管式换热器，列管内装入催化剂，壳程充满水，合成反应放出的大量热很快被沸腾的水带走，沸腾的水与汽包维持自然循环，通过控制沸腾水上方的蒸汽压力，可保证恒定的反应温度，此设备很大程度上保护了催化剂。根据化学反应平衡原理，温度升高使反应速率提高的同时也使平衡常数降低，不利于甲醇合成反应平衡向正反应方向进行。甲醇合成反应温度越高，副反应增多，生成的粗甲醇中有机杂质等组分的含量也增多，给后期粗甲醇的精馏加工带来困难。但是温度降低，反应速率会降低，因此使用催化剂提高反应速率，合成反应在较低温度下进行有利于反应平衡向生成甲醇的方向进行。随着催化剂研究的不断深入发展，铜基催化剂研制成功，其低温活性越来越好，甲醇分厂采用的为RK－05型铜基催化剂，其使用温度为190～280℃，最佳使用温度为205～280℃。为了防止催化剂迅速老化，在催化剂使用初期，反应温度易维持在较低的数值，甲醇分厂投用催化剂初期温度为210℃，可以达到85％的CO单程合成率。随着使用时间的增加，逐步提高反应温度来保证高CO合成率，尤其要注意提温时间间隔不宜过短，且每次提温幅度为1～2℃。
3、结语
在甲醇生产中，对其产生影响的因素有很多，作为甲醇企业，在实际生产当中需要联系实际科学应用，实现甲醇产量的提升。其中，提升氧气量与煤气量是甲醇分厂扩能改造的关键内容。而在生产控制方面，保证气体净化效果、防止催化剂中毒、防止煤气中的焦油等杂质带入催化剂槽中增加系统阻力等都是提升甲醇产量的重要方式，需要在实际生产中恰当控制。
参考文献：
[1]李建锁，王宪贵，王晓琴.焦炉煤气制甲醇技术[Ｍ].北京：化学工业出版社，2009:72.
[2]赵建军.甲醇生产工艺[Ｍ].北京：化学工业出版社，2008：149.
论文作者:郑丽,程传功,陈宁,原军,陈梦会
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/21
标签：甲醇论文; 催化剂论文; 气体论文; 焦炉论文; 产量论文; 工段论文; 温度论文; 《防护工程》2018年第31期论文;