影响甲醇合成反应及提氢效能的综合分析

影响甲醇合成反应及提氢效能的综合分析

王超

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   摘要：据报道，合成气中氢含量高可以减少副反应以及降低催化剂的中毒程度。二氧化碳在系统中的作用，都认为存在二氧化碳对甲醇合成有益，但不少研究者也指出含量太高时，由于二氧化碳的强吸附性，会阻碍反应的进行，一般认为维持在2~6%即可。鉴于2015年9月甲醇补碳至今已数月有余，特对甲醇开工以来数据进行分析对比，以摸索最佳补碳量，及驰放气提氢之间内在关系。

关键词：甲醇、催化剂、氢含量

首先我们对影响甲醇合成反应过程的工艺条件进行分析：一、合成反应温度是用来调节甲醇合成反应过程的重要工艺参数之一，温度对于反应混合物的平衡和速率有着很大的影响，但是对于正常生产来说，没有人员较大操作失误，温度一般不会有大幅波动，故温度因素暂不作为本次分析的主要因素。二、合成反应压力也是甲醇合成反应过程的重要工艺条件之一，甲醇合成时分子数减少，因此增加压力对平衡有力，由于压力提高，组分的分压提高，催化剂的生产强度也提高。因此，在设备允许压力下压力越高，甲醇产量也会相应提高。而三月份合成压力波动不大，基本在4.9~5.2 MPa。三 、气体组成 合理的氢碳比及惰性气体含量，对甲醇合成有益。因此，调整合理的补碳量，进而控制氢碳比。而合成气中惰性气体含量在催化剂前期可以控制相对高一点，因为这时的催化剂活性好，而在后期，其含量要低一点。 四、空速 我厂的甲醇合成塔及催化剂装填量已定型，在二合一转速稳定情况下，固定的转化气量对应的空速也趋于定值。 六、同时还要考虑操作稳定性和参数灵敏性问题，操作的不稳定造成灵敏参数的变化，会极大影响合成塔的合成效率，进而对甲醇产量产生极大影响。在平时操作中应避免转化气量频繁加减量以及加减量的幅度，以保证系统稳定性，使催化剂及吸附剂发挥最大效能。

为了有更直观的认识，我们对2015年未补碳前4-8月合成气及循环气组分的平均数列表如下：

4-8月补碳前合成气及循环气各组分的平均数

对于补碳后几个月合成气及循环气各组分的数据分析，个人认为2016年3月份（由于时间原因，只采集到1~26号的数据）的数据更有代表性，因为：1.合成压力大致在4.9~5.2 MPa 。2.合成温度控制在231℃，比较稳定。3.合成气中CO2含量变化区间比较大有助于分析不同变化区间对一氧化碳转化率影响，所以我们可以就CO2的变化量作为变量加以分析。下面是三月份合成气及循环气各组分平均数，列表如下：

三月份补碳后合成气中CO2含量对一氧化碳转化率的影响，列表如下：

从折线图中，我们可以直观的看到CO2含量太高时，由于二氧化碳的强吸附性,阻碍反应的进行, 三月CO的平均单程转化率为56%。

1.当CO2含量＞7%时，CO转化率降到50%以下。

2.当6%＜CO2含量＜7%时，50%＜CO转化率＜55%。

3.当5%＜CO2含量＜6%时，55%＜CO转化率＜60%。

4.当4.5%＜CO2含量＜5%时,60 %＜CO转化率＜65%。

因此,为使补碳效能最大化，补碳量的控制应以合成气中一氧化碳和二氧化碳的综合转化率最高为宜，综合三月份数据来看，合成气中的二氧化碳含量控制在4.5%~5%区间内时的补碳量应为最佳补碳量。

    对于提氢工序，影响氢收率的因素大致有1.吸附压力，压力越高，收率越高。2.吸附时间长短,吸附时间越长氢收率越高。3.工况的稳定性,即吸附压力越稳定收率越高。而这些都是可以通过加强日常操作可以实现的。

而为了提高产品氢产量：1.增加驰放气量。2.提高驰放气中氢含量。3.提高氢收率。综合甲醇开工及补碳以来的各个月数据，显示补碳以后，驰放气中的氢含量有所下降。如果单从增加氨产量方面考虑，停止补碳，会提高驰放气中氢含量，是增加产品氢产量的有效途径。

由于影响合成反应的因素较多，以上分析有不太详尽或者欠妥之处，还望多多指正。