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摘 要：本文首先阐述了甲醇的合成方法及工艺，接着分析了合成装置的稳定运行，最后对我国甲醇工业发展建议进行了探讨。
关键词：煤化工；甲醇；稳定性
1.甲醇的合成方法及工艺
1.1 概述
甲醇又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇，用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料，还可以加入汽油掺烧或代替汽油作为动力燃料以及用来合成甲醇蛋白。甲醇合成的原料路线有以煤、天然气、重油为原料几种路线。目前，欧美、中东地区国家主要采用天然气为原料生产甲醇，该工艺具备投资低、无污染的优点，且无需过多考虑副产物销路。但是，我国一次能源结构具有“富煤贫油少气”的特点，在大力发展煤炭洁净利用技术的背景下，当前并且今后较长一段时间内煤炭仍是我国甲醇生产最重要的原料。
在煤制甲醇工艺中，煤与来自空气中的氧气在气化炉内制得高CO含量的粗煤气，按照一定碳氢比加入氢气，经净化工序将多余的CO2和硫化物脱除后得到甲醇合成气，再经过压缩、合成等工序制得含水粗甲醇，最后经过精馏工序精制得到产品甲醇。
甲醇合成反应的化学方程式为：
H2O+COCO2+H2+Q
3H2+CO2CH3OH+H2O+Q
总的反应方程式为：
2H2+COCH3OH +Q
可见，此反应为可逆、放热、体积缩小的反应，且只有在催化剂作用下才能较快地进行。
1.2 甲醇的合成方法
我国目前来说，引进装置大多采用低压法，小规模甲醇生产装置则主要采用高压法。低压法与高压法相比，具有设备费用低、产品纯度高、操作费用低、能量消耗少的优点。所以，在国内采用低压法生产甲醇的企业较多，且还改进了催化剂的性能，取得了较好的发展。
（1）鲁奇渣油联醇法。甲醇生产方法中的鲁奇渣油联醇法是一种较为成熟的生产技术，它的最大特点就是能够将能源进行最大程度的利用，且热利用率较高。在我国，齐鲁石化公司的甲醇生产采用的正是鲁奇渣油联醇法。
（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。我公司正是采用托普索的生产工艺。
（3）ICI低压法。ICI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。
1.3 甲醇的合成工艺
1.3.1 固定床甲醇合成工艺
（1）轴向反应器甲醇合成工艺
当前轴向反应器仍是世界范围内甲醇合成工艺中应用最多的甲醇合成技术，该项合成技术具有较强的稳定性，对煤质有较好的适应性。现阶段各国为了进一步降低能耗，使甲醇生产效益得到提升，都对轴向反应器做了一定的升级和改造。我国对于轴向反应器进行了较多的研究，我国当前常见的对轴向反应器进行改造的方法主要是增设冷管式和复产蒸汽合成塔，这样可以使能耗降低，使煤转化率和甲醇的产量得到进一步提高。
（2）径向反应器的甲醇合成工艺
甲醇合成工艺中的径向反应器有产量大、能耗低、转化率高等特点，并且该项甲醇合成技术当前已经成为我国研究甲醇合成技术的热点。建设大型的径向反应器对产业效益的提升有重要的促进作用，使其规模不断扩大。我国当前對径向反应器研究的主要方向是如何提高径向反应器化学反应与催化剂的效能。
2.有关合成装置的稳定运行探讨
2.1 反应器温度、压力的控制
想要相应的合成装置得到更好的运行，第一必须要做的就是对塔内的触媒给予保护，要充分防止触媒失活等现象的发生。在甲醇具体合成中所使用的是铜基触媒，一般情况下，温度在230-260℃之间就已经开始逐渐起到催化的作用了，很多触媒在进行初期的具体使用时具有很好的活性，其床层的温度也相对较低，系统压力的降低针对触媒来说都能起到十分重要的保护作用。当触媒使用到后半阶段时床层的实际温度相对提高，此时所受到的压力也要不断上升。然而超温是在具体的生产过程中针对触媒的活性所造成的影响是不能忽视的，且超温现象出现的频率也相对频繁，这时需要注意的是：必须要实时关注负荷波动所造成的超温等现象。一旦不能及时处理就会严重影响到催化剂的正常使用寿命，不仅如此在具体的高温条件下也很容易发生条件性反应，并且反应剧烈，而更加严重的是还会直接产生在催化剂的表面上，如果催化剂的具体使用面积一旦减少就会让实际的催化剂活性明显下降。在具体的操作时也要更加严格的依照触媒升温等多种原则进行具体操作，比如低温出水以及低点还原和低负荷生产等。因此在生产过程中要依照更加严格的升温速度，其速率必须控制在不超过25℃/h。
2.2 新鲜合成气的进料比例
合成气的化学计量可以用氢碳比M来表征，其定义式为：
M =（以摩尔质量分率计算）
对于甲醇反应，M值一般为2.0。事实表明，反应器在氢碳比高于2.0的条件下操作效率更高，也就是说，氢气要过剩。而在回路操作条件发生变化时，氢碳比最优值会发生变化，因为最优氢碳比值间接地取决于温度、压力、循环速率、驰放气排放量和氢回收单元的性能。所以说，合成塔入口合成气氢碳比为：运行初期 100%工况为2.57，对于运行末期工况为2.61；相对应的新鲜合成气氢碳比（在与循环气混合以前）：运行初期100%工况为2.01，对运行末期工况为2.00。反应器入口处合成气中氢是过量的，因为这会提高甲醇产量。然而，氢碳比也不是越大越好，过高的氢碳比加剧副产物的形成，回路中过多量的氢会担当惰性组分的角色，增加回路压力，同时增加反应物放火炬的量，造成碳效率损失。
2.3 硫含量
应按规定定期检测、分析原始和脱硫后的新鲜合成气中的硫含量。原始的新鲜合成气中硫的含量不应超过100ppb vol，经脱硫的新鲜合成气硫含量应低于5ppb vol。这样的话，催化剂就不会中毒，也是对催化剂的一种保护。
3.我国甲醇工业发展建议
我国发布的相关通知中关于煤化工产业准入标准的明确规定为规范甲醇行业发展发挥了重要作用。从我国目前甲醇发展趋势来看，不仅要积极发展超大化装置降低生产成本，更重要的是使用新型节约型高效反应器与工艺技术可以有效实现甲醇行业的可持续发展。第一，就我国目前的甲醇装置技术与生产设备大部分都依靠进口，日后我国甲醇合成多一煤为主要原料特点，应当加强甲醇反应器的开发力度，从进口到本国自产；第二，我国催化剂与国外催化剂在活性、选择性、稳定性上相比均具有较高水准且价位合理，日后我国应当研制适应大型装置的催化剂并改善其外观；第三，我国应当进一步加强甲醇与其他生产工艺结合，不仅可以有效提高集成工艺设计更能够有效的实现节能减排；第四，我国提倡可持续发展，站在这个角度来看，新型甲醇合成工艺，例如：二氧化碳加氢、甲烷部分氧化及生物发酵等均可以作为研究发展方向。
结束语
总之，若想使甲醇合成装置稳定运行，最为关键的就是对触媒进行保护，严格控制进料比例、操作压力与操作温度和触媒床层温度等因素则可以有效达到稳定运行的效果。我国在未来发展甲醇合成技术的道路上只有不断的将化工新材料、化工设备、新能源开发进行不断研究与发展，才能够有效提高甲醇就近转化率与国际企业竞争力，最终逐步推进甲醇工业总体技术水平不断达到国际标准水平。
参考文献
[1]煤化工协调委员会确定今年工作重点[J].中国煤炭.2019（04）
[2]原小瑛.煤化工“未批”也疯狂[J].气体分离.2017（04）
关键词：煤化工；甲醇；稳定性
1.甲醇的合成方法及工艺
1.1 概述
甲醇又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇，用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料，还可以加入汽油掺烧或代替汽油作为动力燃料以及用来合成甲醇蛋白。甲醇合成的原料路线有以煤、天然气、重油为原料几种路线。目前，欧美、中东地区国家主要采用天然气为原料生产甲醇，该工艺具备投资低、无污染的优点，且无需过多考虑副产物销路。但是，我国一次能源结构具有“富煤贫油少气”的特点，在大力发展煤炭洁净利用技术的背景下，当前并且今后较长一段时间内煤炭仍是我国甲醇生产最重要的原料。
在煤制甲醇工艺中，煤与来自空气中的氧气在气化炉内制得高CO含量的粗煤气，按照一定碳氢比加入氢气，经净化工序将多余的CO2和硫化物脱除后得到甲醇合成气，再经过压缩、合成等工序制得含水粗甲醇，最后经过精馏工序精制得到产品甲醇。
甲醇合成反应的化学方程式为：
H2O+COCO2+H2+Q
3H2+CO2CH3OH+H2O+Q
总的反应方程式为：
2H2+COCH3OH +Q
可见，此反应为可逆、放热、体积缩小的反应，且只有在催化剂作用下才能较快地进行。
1.2 甲醇的合成方法
我国目前来说，引进装置大多采用低压法，小规模甲醇生产装置则主要采用高压法。低压法与高压法相比，具有设备费用低、产品纯度高、操作费用低、能量消耗少的优点。所以，在国内采用低压法生产甲醇的企业较多，且还改进了催化剂的性能，取得了较好的发展。
（1）鲁奇渣油联醇法。甲醇生产方法中的鲁奇渣油联醇法是一种较为成熟的生产技术，它的最大特点就是能够将能源进行最大程度的利用，且热利用率较高。在我国，齐鲁石化公司的甲醇生产采用的正是鲁奇渣油联醇法。
（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。我公司正是采用托普索的生产工艺。
（3）ICI低压法。ICI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。
1.3 甲醇的合成工艺
1.3.1 固定床甲醇合成工艺
（1）轴向反应器甲醇合成工艺
当前轴向反应器仍是世界范围内甲醇合成工艺中应用最多的甲醇合成技术，该项合成技术具有较强的稳定性，对煤质有较好的适应性。现阶段各国为了进一步降低能耗，使甲醇生产效益得到提升，都对轴向反应器做了一定的升级和改造。我国对于轴向反应器进行了较多的研究，我国当前常见的对轴向反应器进行改造的方法主要是增设冷管式和复产蒸汽合成塔，这样可以使能耗降低，使煤转化率和甲醇的产量得到进一步提高。
（2）径向反应器的甲醇合成工艺
甲醇合成工艺中的径向反应器有产量大、能耗低、转化率高等特点，并且该项甲醇合成技术当前已经成为我国研究甲醇合成技术的热点。建设大型的径向反应器对产业效益的提升有重要的促进作用，使其规模不断扩大。我国当前對径向反应器研究的主要方向是如何提高径向反应器化学反应与催化剂的效能。
2.有关合成装置的稳定运行探讨
2.1 反应器温度、压力的控制
想要相应的合成装置得到更好的运行，第一必须要做的就是对塔内的触媒给予保护，要充分防止触媒失活等现象的发生。在甲醇具体合成中所使用的是铜基触媒，一般情况下，温度在230-260℃之间就已经开始逐渐起到催化的作用了，很多触媒在进行初期的具体使用时具有很好的活性，其床层的温度也相对较低，系统压力的降低针对触媒来说都能起到十分重要的保护作用。当触媒使用到后半阶段时床层的实际温度相对提高，此时所受到的压力也要不断上升。然而超温是在具体的生产过程中针对触媒的活性所造成的影响是不能忽视的，且超温现象出现的频率也相对频繁，这时需要注意的是：必须要实时关注负荷波动所造成的超温等现象。一旦不能及时处理就会严重影响到催化剂的正常使用寿命，不仅如此在具体的高温条件下也很容易发生条件性反应，并且反应剧烈，而更加严重的是还会直接产生在催化剂的表面上，如果催化剂的具体使用面积一旦减少就会让实际的催化剂活性明显下降。在具体的操作时也要更加严格的依照触媒升温等多种原则进行具体操作，比如低温出水以及低点还原和低负荷生产等。因此在生产过程中要依照更加严格的升温速度，其速率必须控制在不超过25℃/h。
2.2 新鲜合成气的进料比例
合成气的化学计量可以用氢碳比M来表征，其定义式为：
M =（以摩尔质量分率计算）
对于甲醇反应，M值一般为2.0。事实表明，反应器在氢碳比高于2.0的条件下操作效率更高，也就是说，氢气要过剩。而在回路操作条件发生变化时，氢碳比最优值会发生变化，因为最优氢碳比值间接地取决于温度、压力、循环速率、驰放气排放量和氢回收单元的性能。所以说，合成塔入口合成气氢碳比为：运行初期 100%工况为2.57，对于运行末期工况为2.61；相对应的新鲜合成气氢碳比（在与循环气混合以前）：运行初期100%工况为2.01，对运行末期工况为2.00。反应器入口处合成气中氢是过量的，因为这会提高甲醇产量。然而，氢碳比也不是越大越好，过高的氢碳比加剧副产物的形成，回路中过多量的氢会担当惰性组分的角色，增加回路压力，同时增加反应物放火炬的量，造成碳效率损失。
2.3 硫含量
应按规定定期检测、分析原始和脱硫后的新鲜合成气中的硫含量。原始的新鲜合成气中硫的含量不应超过100ppb vol，经脱硫的新鲜合成气硫含量应低于5ppb vol。这样的话，催化剂就不会中毒，也是对催化剂的一种保护。
3.我国甲醇工业发展建议
我国发布的相关通知中关于煤化工产业准入标准的明确规定为规范甲醇行业发展发挥了重要作用。从我国目前甲醇发展趋势来看，不仅要积极发展超大化装置降低生产成本，更重要的是使用新型节约型高效反应器与工艺技术可以有效实现甲醇行业的可持续发展。第一，就我国目前的甲醇装置技术与生产设备大部分都依靠进口，日后我国甲醇合成多一煤为主要原料特点，应当加强甲醇反应器的开发力度，从进口到本国自产；第二，我国催化剂与国外催化剂在活性、选择性、稳定性上相比均具有较高水准且价位合理，日后我国应当研制适应大型装置的催化剂并改善其外观；第三，我国应当进一步加强甲醇与其他生产工艺结合，不仅可以有效提高集成工艺设计更能够有效的实现节能减排；第四，我国提倡可持续发展，站在这个角度来看，新型甲醇合成工艺，例如：二氧化碳加氢、甲烷部分氧化及生物发酵等均可以作为研究发展方向。
结束语
总之，若想使甲醇合成装置稳定运行，最为关键的就是对触媒进行保护，严格控制进料比例、操作压力与操作温度和触媒床层温度等因素则可以有效达到稳定运行的效果。我国在未来发展甲醇合成技术的道路上只有不断的将化工新材料、化工设备、新能源开发进行不断研究与发展，才能够有效提高甲醇就近转化率与国际企业竞争力，最终逐步推进甲醇工业总体技术水平不断达到国际标准水平。
参考文献
[1]煤化工协调委员会确定今年工作重点[J].中国煤炭.2019（04）
[2]原小瑛.煤化工“未批”也疯狂[J].气体分离.2017（04）