甲醇合成工艺的现状及其技术特点分析
甲醇在人们的日常生活中使用广泛，一般使用在化工等方面，还可以作为清洁的原料，或者与汽油混合使用，与此同时甲醇作为燃料电池也即将投人商业使用。甲醇还可以作为裂解原料以及食品添加剂等，并有着巨大的市场潜力。目前在工业甲醇的合成工艺主要使用气相的合成方法，但是气相合成存在很多的问题，因此，人们逐渐改变甲醇的合成工艺，将合成的重点转移到液相的合成方法，进而实现甲醇工业生产的初步现代化。本文就甲醇合成工艺的现状及其技术特点进行分析。
标签：甲醇合成；工艺现状；技术特点
1、甲醇合成方法
1.1高压法。高压法使用锌--铬氧化物作为催化剂。近年来，随着脱硫技术的不断发展，高压法逐渐通过使用铜系催化剂的方法来进行改善，能够有效的改善甲醇合成的条件，甲醇合成的数量。然而，由于高压法所采用的原料以及催化剂的消耗较大，反映温度较高，因此生成的甲醇中杂质的含量也较高，虽然进行了巨大的投资，但是其发现却仍然处于缓慢阶段。
1.2中压法。中压法在工艺过程上与低压法几乎是相同的，区别就在于其在综合指标和投资费用上都要略高于低压法，目前来看，日本三菱瓦斯化学公司、丹麦托普索公司目前都已经在中压法方面取得了较大的进步。
1.3低压法。低压法是当前世界甲醇生产工业所大量被采用的生产方法，这种甲醇生产方法不仅操作可靠，且生产出的产品纯度很高。其生产过程主要为精馏、合成、脱硫、压缩、转化，可以充分利用反应热。低压法所使用的工艺设备在制造方面也较高压法容易的多，降低了投资成本，因此低压法有着比高压法更加优越的特性。但是低压法却只适合于小规模的甲醇生产，随着甲醇工业化生产的规模不断加大，工艺管路和设备也必将向着更加庞大的趋势发展，这就促使了中压法的产生。
2、甲醇合成工艺的现状及其技术特点
2.1固定床甲醇合成工艺
（1）采用径向反应器的甲醇合成工艺。轴向反应器受反应管径的限制，难以实现大型化生产，且与径向反应器中相比具有循环比过大造成单程甲醇产率低，催化床层压降及温差较大，能耗高等缺点。虽然径向反应器克服了轴向反应器的床层压降高、温差大，热回收率低，催化剂用量大及难以大型化等不足。但同时存在结构复杂，催化剂装卸困难；锅炉水需要用泵强制打循环等缺点。径向甲醇生产工艺具有大型化的潜力越来越受到人们的重视，进一步优化现有的径向甲醇合成工艺，降低操作过程中的循环能耗，改善其复杂的结构使其有利于催化
剂的装卸，是目前径向甲醇生产工艺的发展方向和目标。（2）采用轴向反应器的甲醇合成工艺。在现代甲醇生产过程中，轴向反应器的应用极其广泛，从上世纪开始，轴向反应器就以其性能稳定以及对煤类具有优良的适应性等优点脱颖而出，成为最常见的反应器。常见的方法是增设冷管式合成塔等设备增强温差，从而强化传热效应，增加操作弹性，进而提高甲醇产量。（3）自热反应器。自热反应器是为解决传统固定床取热效率低而开发的新工艺，在近几十年引起人们的广泛关注。根据取热方式不同将自热反应器分为两段固定床反应器和强制非稳态反应器。自热固定床工艺是由伊朗Shiraz大学Rahimpour在2007年开发出的新工艺。自热两段固定床工艺由两个串联的固定床组成。在强制非稳态反应器的瞬时状态下能够辅助观察反映情况。
2.2浆态床甲醇合成工艺
桨态床甲醇合成工艺具有很强的可操作的性能，与此同时具有合成气适应性能较好的特点，同时这种方法还解决当高浓度催化剂以及高气速这两种条件下，固态起床存在不稳定，以及甲醇的产量不足的这种缺陷，这种技术起源在美国，因此这种技术目前在我国研究的比较少，目前研究也只是处于应用的阶段。
2.3滴流床甲醇合成工艺
滴流床反应器与传统固定床反应器的结构类似，由颗粒较大的催化剂组成固定层，液体以液滴方式自上而下流动，气体一般也是自上而下流动，气体和液体在催化剂颗粒间分布，反应生成的甲醇被液体吸收。滴流床兼有浆态床和固定床的优点。它的催化剂装填量大且无磨损，床层中的物料流动接近于活塞流，无返混现象，同时它具备浆态床高转化率、等温反应的优点。更适合于低氢碳比的合成气。对滴流床中合成甲醇的传热研究表明，与同体积的浆态床相对比，滴流床合成甲醇的产率几乎增加了一倍。
2.4超临界相介质中甲醇合成工艺
超临界相技术是甲醇合成的新型的合成工艺，这种技术的原理是通过克服不同介质之间在传递过程的阻力，进而达到降低能量消耗的目，从而进一步提高甲醇的转化率、反应进行的效率以及反应的充分性，这种条件一般达到临界的条件，因此在这种超临界状态下合成甲醇的这种工艺被称为超临界相介质甲醇合成。分析可以看出使用超临界相介质合成有利于降低有机溶剂的温度，降低能源的消耗等优点。这种技术在我国甲醇的合成工艺中，使用开展时间较早，因此在这项技术发展下，进行了技术的积累。这种技术已经被应用到桨床方面，随着目前超临界相介质发展，目前这种技术被广泛应用到研究气液的性质、超临界流体、二氧化硫介质等方面。
2.5膜反应工艺
膜反应器是近年才发展起来的新技术。用于甲醇合成的膜反应器有两种类型。一种是采用致密膜，通过控制氢气的通过量来调节催化剂表面的反应物组成
达到最佳摩尔比。另一种是通过将产物及时移出反应器改变化学平衡来提高转化率。Rahimpour和Ghader用Pd-Ag膜反应器进行了甲醇合成的实验研究。实验结果表明，通过Pd膜控制氢气的通入量可以打破反应的热力学平衡，提高CO 的转化率。第二种膜反应器在国内外研究较多，反应器为管式結构，管中心为合成气的通道，催化剂装在夹层内，最外层为吹扫气通道，吹扫气通道与催化剂层用膜隔开。反应生成的甲醇和水通过膜被高速吹扫气带走，从而改变了化学平衡，合成气的转化率得到提高。Struis将Nafion膜用于CO2合成甲醇，Nafion膜对甲醇和水的高选择性有利于提高甲醇产率。除此之外，人们还分别对硅胶/陶瓷、陶瓷、沸石等膜反应器进行了研究。实验结果表明，膜反应器中CO2的转化率明显高于传统反应器。但膜受温度影响比较大，只能在低于200℃条件下进行操作，其应用受到了限制。总的来说，膜反应器具有转化率高，选择性好，反应速度高等优点。目前，市面上用得较多的是由有机聚合物制成的膜，虽具有高选择性和易于制造的优点，但在高温高压及有机溶剂中稳定性差。
3、结束语
随着甲醇合成技术的不断发展，其在我国的应用也越来越广泛，我们应当坚持科学发展的理念，在合成工艺、原材料等方面不断的改进与创新，使甲醇生产成本得到有效的降低，促进我国甲醇合成工艺的不断进步。
参考文献：
[1]甲醇合成的工艺过程分析及控制分析点优化[J].王海燕.化工管理.2018（15）.
[2]甲醇合成系统的优化运行总结[J].张忠喜，杨凤英，张永军.氮肥技术.2016（05）.
