合成氣生產甲醇影響因素的分析探討
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摘 要：甲醇的合成受合成氣成分的影響很大，本文對合成氣成分對合成的影響進行了研究，分析氫碳比、CO的含量、CO2的含量甲醇合成的作用，分析合適合成氣成分。
關鍵詞：合成氣；生產甲醇；影響因素；分析
甲醇的合成環節當中，合成氣的成分對甲醇的生產會造成較大的影響，一般合成氣當中會含有后一氧化碳、二氧化碳和氫氣，并且還有氮氣、氬氣等惰性氣體，以及一些硫和氯等，只有控制好合成氣的成分，才能夠保證甲醇合成的順利進行。
1 氫碳比對甲醇合成的影響
甲醇合成是在6.0MPa，195-225℃的反應條件下，在有銅基催化劑的作用下，CO，CO2與H2反應生成粗甲醇，其化學反應式為：
CO+2H2=CH3OH+Q
CO2+3H2=CH3OH+H2O+Q
同時發生副反應，生成如烴類、高碳醇類、醚類、酯類、酮類等副產物。有與主反應平行的反應，也有串聯反應，對低壓合成甲醇而言總數不超過0.5%。
2 合成氣的成分對甲醇合成的影響研究
2.1 CO含量對甲醇和合成的研究
CO是甲醇生產中的主要成分，所以CO的含量高低將會影響到甲醇的生產效率在，在工業當中對CO的含量進行調整也是最直接的方法，CO含量對合成生產中CO對催化劑活性的影響也是一致的。通常在和呈反應當中，CO的反應速率和CO2的反應速率有很大不同，CO的反應速率比CO2要高出很多，并且變換和你變化的反應并不會很快達到平衡，所以在反應的過程中往往會積累大量的CO2。為此，一般情況下都會讓CO的含量更高，CO2的含量低一些，保證反應的順利進行，尤其是在催化劑使用后期，降低CO2的含量對反應有很大的幫助。在反應的過程中，惰性氣體、H2和CO2-可能會累計，為此可以利用系統壓力調節和松弛放氣的方法讓惰性氣體和有效氣體的成分更加穩定。為了保證塔內氣體組的穩定，并不能僅僅排放惰性氣體，也需要將其中的H2和CO2排出，避免這兩種氣體過剩。
2.2 CO2對甲醇合成的影響
從反應式看，CO2也參與了甲醇合成的反應，合成甲醇的反應機理實際是CO和氫氣的反應，但是在合成所用的銅基催化劑中，會存在二氧化碳和氫氣的變換反應即生成CO和水的反應，所以也可以認為二氧化碳實際參與了反應。CO2與H2反應放出熱量明顯比CO反應要少，所有CO2的存在緩和甲醇反應，調節床層溫度防止超溫，還可以抑制副反應的發生，間接保護催化劑。
2.3 惰性氣體對甲醇合成的的影響
惰性氣體在合成的過程中并不會參與到反應當中，但是會影響到反應的速率。在惰性氣體含量升高時，反應速率會明顯降低，為此都需要更高的單位產量能耗。但如果過度調低惰性氣體的含量，就會導致放空量增加，損失更多的有效氣體。因此，惰性氣體含量控制的高低，需要充分考慮到具體的情況進行動態調整。在催化劑使用的初期，由于催化劑具有較高的活性，所以可以加入較多的惰性氣體，但是隨著反應的進行，催化劑的活性也在降低，因此惰性氣體的含量也需要降低。
2.4 硫對甲醇生產的影響
硫是導致催化劑活性下降的主要因素，也是對甲醇合成影響最大的因素，硫的含量一定程度決定了催化劑的使用壽命。只要有極少量的H2S和COS存在，就會導致銅催化劑表面上形成一層Cu2S，由于該物質十分穩定，催化劑的活性會嚴重的衰退。同時，硫是一種常見的毒物，會導致永久中毒。所以控制好合成氣中中硫的總量，保證H2S和COS的總質量低于0.1mg/kg。由于甲醇的合成會出現系統壓力的上升，所以在其他的工藝比較穩定時，必須要首先對新鮮氣中的硫含量進行控制，并且時刻進行分析，一旦出現了硫含量比較高的情況，就必須要是緊急停止反應，保護催化劑。
3 循環氣中甲醇含量對甲醇合成的影響
如果循環氣體中甲醇的含量比較高，那么就不利于甲醇反應的而進行，而且很容易到導致合成過程中有大量的二甲醚生成，或者出現一些高級副產物。二甲醚的生成速度還和接觸時間以及入塔氣體中甲醇的濃度成正比，為此必須要控制入塔氣體中的甲醇濃度。另一反面，入塔氣體中甲醇含量也和水冷器水冷溫度的關系密切，循環氣體中的甲醇含量也會變低。一般情況下，在水冷器中的溫度低于30度，而且操作壓力在13MPa時，入塔氣體的甲醇含量高會在0.2%-0.3%，這會導致一個規模在100kt/a的廠家每年損失1375噸甲醇，因此為了減少反應中的損失，必須要控制好水冷器的溫度。
4 溫度的對甲醇合成的作用
操作條件對反應影響最明顯的就是溫度，通過提升溫度可以讓反應以更快的速率進行，但也會導致副產物增加，催化劑也會在高溫情況下迅速失活，由化學平衡的角度考慮，溫度增加也會導致平衡常熟降低，甲醇的平衡濃度也會受到影響。然而，降低溫度雖然可以有利于平衡濃度，但是卻降低了反應速度，導致反應不能正常進行。實際生產當中，為了能夠控制好催化劑的活性，初期通常會讓溫度低一些，在后期催化劑活性下降之后，則會提高溫度促進反應進行，保證生產力。
綜上所述，甲醇的合成必須要控制好有害氣體的含量，防止催化劑中毒導致反應無法進行。為了保證反應的持續性，合成氣中必須要有一定量的二氧化碳，但是需要控制好二氧化碳的含量，避免影響反應的進行。反應中要以一氧化碳和氫氣的反應為主，并且在合成后期提高溫度，促進反應的進行。
參考文獻：
[1]劉斌，張利娟.合成氣成分對甲醇合成反應的影響[J].當代化工研究，2018（05）：161-162.
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