浅析甲醇合成操作条件

200化工管理2013年第6期浅析甲醇合成操作条件孟祥辉(唐山中润煤化工有限公司河北 唐山063611)摘要:本文主要介绍焦炉气制甲醇合成区生产工艺、合成工区反应机理、操作条件,并对其进行了进一步详细介绍关键词:甲醇生产工艺合成操作操作。引言3、合成反应的平衡常数与温度的关系我国是世界.上最大的产煤国家，煤的利用途径主要包括:甲醇的合成反应是气相可逆反应,压力对平衡起重要作用。(1)煤的气化,即煤转化为合成气用于生产甲醇,合成氨等;(2)用气体分压表示平衡常数:原煤的液化,即将煤转化为类似石油的液态燃料产品;(3)原煤KP=PCH30H/PC0*PH22的高温干馏,及将煤转化为苯及苯的同系物等;(4)原煤的焦化，反应温度也是影响平衡常数的一一个重要因素,用温安全●度及将煤转化为冶金焦,利用副产焦炉煤气生产化工原料,特别是表示平 衡常数(仅考虑co与H2的反应)最近几年焦炉煤气制甲醇技术的应用。lgKa=10.02+3921/T-7.9711 lgT+2.499*10- -3T-2.593*10-7T2其中T:反应温度(单位K)一、合成气合成甲醇的反应.在高压下,必须考虑反应混合物的可压缩性,此时应当用逸度表示分压。故有1、甲醇合成的主反应:Ka=Kf=Kv*Kp=KvKnPOnCO+2H2==CH2OH+ 105.5kj/molKv=VCH30HVCOV2H2CO2+3H-==CHzOH+H20+64.5 k/molKf:以逸度表示的平衡常数2、甲醇合成的副反应:Kv:以逸度系数表示的平衡常数C0+4H,==(CH3)20+H20Kp:常压下的平衡常数CO+3H==CH+H2OKa:以温度表示的平衡常数4C0+8H==CH,0H+3H2OKn:以反应物浓度表示的平衡常数CO+H==CO+H2V:反应混合物中各组分的逸度系数二、合成反应的主反应的热力学分析:由于甲醇可压缩性比一氧化碳和氢气大的多,压力越高,其差越大。所以对甲醇而言,Kv值是随压力的增加而下降,Kp和1、合成过程的温度控制:由于合成甲醇是放热反应，反应热必须及时移出否则易使Kf值随着压力的增加而显著增加。因此,甲醇合成的反应在压力催化剂温度升高，不仅会使副反应增加而且会使催化剂因发生增大的条件下可得到较高的转化率。熔结现象而活性下降,尤其是使用铜系催化剂时,铜系催化剂的综上所述:由于两个主要反应均属于放热反应,因此平衡常热稳定性较差，因此严格控制反应温度并及时有效的移出反应数随着温度.上升而下降,反应为体积缩小反应,压力越高甲醇的热是低压合成的关键。合成甲醇是放热反应,同时又是使用活性平衡浓度越高。附表:不同温度压力下甲醇合成的平衡常速,计算原料气组催化剂的反应,降低反应温度有利于平衡，使之向生产甲醇的方成为:向移动,但反应速度则随温度降低而减慢。如果将反应温度和平原料气组成下 YOH2T YOCO| YOMT YON2 Y0CH4T Y0C02 YOH20衡浓度绘成-一组曲线,再把反应温度与反应速度绘成曲线,这两L 摩尔分率上 0.6285 0.1305_ 0 0.0047 0.1406 0.0924 10.0033条曲线的交点是理论的最佳温度点，依据实验工艺操作最佳反温度(C)225T 225T 27应温度在245-255%C左右。医工5MPa 64870102.018210.7026x10.269x101 .112x1022、压力力15 MPa| 12.049x10)3.1634x103 0.9783x102 0.3427x10) .1337x103甲醇合成反应是体积减小的反应。从化学平衡角度考虑,提不同温度和不同压力的平衡常数高压力有利于提高平衡甲醇含量,并能加快反应速度,增加装置350 6.759x10* 8.342x10* 1.013x10+ 1.202x10- 1.387x10+ 1.586x10-生产能力。实验表明:操作压力与活性的反应关系，在3.0~7.0 .400 1.482x10* 1.758x10* 2.109x105 2.324x105 | 2.539x105 2905x10*MPa(G)之间呈正比关系,8.0 MPa(G)以后开始偏离直线。另外压450 l 4.003x10 t 4.675x10* 5.205x10* 5.655x10* 6.630x10° 7.026x10*力的提高对设备的材质、加工制造的要求也会提高,原料气压缩500 L 1.282x10* 」 1.470x10* 1.593x10 1.742x10* 」1.952x10* 2.072x10*功耗也要增加,以及有副反应的增加引起的质量变差。所以工厂对压力的选择要综合考虑技术经济效果。本工段在6.0MPa(G)下(下转第202页)202化工管理2013年第6期参考性指标。从现有的工艺水平和生产经验来看,杂质含量几乎和 完善类似的测量方法和指标，作为车间管理者来说，对过程的没有出现过不合格情况,密度的热稳定性也能较好的满足要求，了解就会是模糊不清和似是而非的，既难以确定过程偏差产生而密度相对较易出现偏向或超出技术条件的情况，表面缺陷中的根本原因,也难以采取有针对性的措施消除过程偏差,管理就以掉盖和端部裂纹最为普遍，外形尺寸中的端部碟形尺寸由芯会处于一 种跟着感觉走的、被动反应式的状态,而不是科学的、块模具所决定,没有出现过不合格情况,而芯块直径由磨削过程预防控制的状态,从而影响车间和企业的管理绩效提高。控制,比较容易出现超差情况,技术条件中对它的要求也非常严2.3、实 施和改进过程格实施过程，就是运用如上面所分析建立的绩效测量方法和因此,对于芯块制造车间来说,那些要求容易满足的性能形指标,监视和控制过程的波动,收集相关数据,评价过程的有效成过程，或只作参考的性能的形成过程是非关键的价值创造过性和效率,识别出改进机会,拟定改进的具体措施,开展对过程程,而密度、表面缺陷和芯块直径这些性能形成过程复杂,或相的改进工作,从而不断提高车间的生产管理绩效。而过程改进的对更难于控制和用户要求又高，与这些性能形成有关的工艺过结果经过标准化 模块化后,列入企业的知识体系中,可以在其程就是关键的价值创造过程，因为车间的管理绩效主要取决于它车间和管理部门得到经验分享，从而全面提高企业的总体绩对这些过程的管理能力高低。效芯块制造的整个工艺过程进行更为具体的分析。可知,在芯块各工艺过程中，芯块成型和芯块烧结与车间绩效的关联度最三、 结束语高,是关键的价值创造过程,粉末准备与芯块磨削与车间绩效关如果系统而科学地应用各种质量技术，识别关键的过程要联度较高,属较关键的价值创造过程,粉末制粒和芯块装箱入库求，设计合理的过程，建立过程的关键绩效测量方法和指标体.不属于价值创造过程。系,不断监测视和改进过程,从而实现对各种大大小小的生产和2、芯块成型的过程要求确定及过程设计通过对过程进行识别，明确了芯块成型是关键的价值创造管理过程进行动态、稳定的控制,更主动地保证产品质量。过程之一，以下就以该过程为例,分析如何进行过程要求的确定参考文献以及如何设计过程。过程要素包括:人员、设备、原料、工艺、环.[1]焦叔斌译《卓越绩效准则一美国鲍德里奇国家质量计划》.境、测量、成本、时间;分析过程要求、过程关键要求;设计主要绩中国人民大学出版社,2005.[2][台湾]王忠宗著《目标管理与绩效考核》。广东经济出版效测量方法;设计主要绩效指标。要进行有效的过程管理，关键是针对过程要求建立绩效测社,2002.量方法和指标,以便对过程绩效加以监视和控制。如果没有建立(上接第200页)量并提高反应的速度,能抑制生成甲烷几酯的副反应,并有利于三、合成甲醇反应的主要催化剂导出反应热。合成气合成甲醇的催化剂采用铜系催化剂即CnO--Zn0-3.合成气中的Co过量: .Al203。该催化剂的活性高、催化性能好.反应的平衡转化率高，当合成气中的CO过量时(H2:CO值减小),会起反作用。不但是该催化剂的热稳定性差，其适宜的温度为210-70C,压力仅对温度控制有害 ,而且能引起羰基碳在催化剂上的积累,使催为5~10MPa(G),下表列出了不同时期的合成催化剂的对比:化剂失去活性,所以CO的含量低有助于避免上述困难。60年代中期4.合成气中CO2含量的确定催比剂成分_Zn0)-Cn0. Cu0- Zn0-A120元三元锅系能化剂当合成气中含有一定量的CO2时,可以降低峰值温度,对于催化剂适宜的压力(MPa)20-30_5-10_合成类型高压法低压法中低压法低压合成(约5MPa()甲醇,CO2%为5%(体积)时甲醇的产率最催化剂适宜的温度(C)380-4000230-270230-280好,此外少量的CO2的存在可使合成反应过程易控制,并且也可能化制的优点技术成熟.催化剂的活性高动力消耗低催化剂的性能好节省傴化剂以抑制其它副产物的产生，所以对于碳转化的原料气必须进行反应的平衡转化率高净化处理以降低CO2的含量。催化剂的缺点副反应多对硫敏感(已解决)「反应容 器体积庞大甲醇产率低5.合成过程的空速投资费用大热稳定差(冷微设 备)合成甲醇的空速小将致使其选择性和转化率一般，接触时动力消耗大间太长是不适宜的,不仅有利于副反应的发生,生成高级醇类，做化剂的寿甸(年)合成甲醇的反应为放热反应，因此严格控制反应温度及时且使催化剂的生产能力降低。在高空速下可提高合成反应的生产能力,减少副反应的发生,提高甲醇产品的纯度。但空速不能有效的移走反应热是低压法合成甲醇的关键。太高,因为这样甲醇合成反应的单程转化率低甲醇浓度低,甲醇.四、合成甲醇反应的工艺参数难于从反应气中分离出来。1.合成气的计量确定:.结论:通过反应式看出合成甲醇的原料气以氢碳比(H2:CO)的比值增大，尾气中的甲醇含量也越大。实际生产中,合成甲醇的原在反应气组分一定的情况下随着温度的升高反应速度增加,随着温度的降低反应速度下降。依据实验可知,工艺操作温料气的比值为2.05~2.15的范围内为最佳。度在245~255C左右。压力5MPa(G)。 合成甲醇的原料气(H2:CO)2.合成气中的H2过量当合成气中的H2过量时(H2:CO值增大),可改善甲醇的质的比值为2.05-~2.15的范围内为最佳。反应的空速要合理控制不能过大也不能过小。