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甲醇合成的工艺原理

时间: 2021-11-27 14:56:43来源: 哈尔滨铭馨新能源科技有限公司

　　哈尔滨甲醇合成的工艺原理
　　甲醇合成反应是在催化剂上进行的复杂的、可逆的化学反应。
　　主反应有：
　　CO＋2H2→CH3OH＋102.5kj/mol
　　CO2+3H2→CH3OH+H2O+59.6kj/mol
　　副反应
　　2CO+4H2→CH3OCH3+H2O+200.2kj/mol
　　CO+3H2→CH4+H2O+115.6kj/mol
　　4CO+8H2→C4H9OH+3H2O+49.62kj/mol
　　CO2+H2→CO+H2O-42.9kj/mol
　　nCO+2nH2→(CH2)n+nH2O+Q
　　以氧化铜为基础的三元低温催化剂能有效地抑制副反应的进行，同时加速主反应的进行。甲醇合成反应是按下面五个过程进行的。
　　（一）扩散——气体自气机扩散到气体和催化剂的界面。
　　（二）吸附——各种气体在催化剂的活性表面进行化学吸附。
　　（三）表面反应——化学吸附的反应物在活性表面上进行反应，生成产物。

　　（四）解吸——反应产物脱附。

　　（五）扩散——反应产物气体自催化剂界面扩散到气相去。

　　哈尔滨甲醇以上五个过程，（一）、（五）进行得朂快；（二）、（四）进行的速度比（三）快得多，因此整个反应过程取决于第三个过程，即反应物分子在催化剂的活性表面的反应速度。
　　对于甲醇合成反应，从化学平衡看，分子比H2/CO＝2/1，但由于CO在催化剂的活性中心的吸附速率比H2要快得多。所要以达到吸附相中H2/CO＝2/1，就要使气相中的H2过量一些。一般认为在合成塔入口的H2/CO＝4～5较为合适，而且过量的氢可以减少副反应以及降低催化剂的中毒程度。
　　由于CO2生成甲醇较CO生成甲醇的热效应小，而且在合成甲醇过程中，变换反应处于平衡状态，温度升高时将促进吸热的逆变换反应，温度降低将有利于放热的变换反应。因此CO2的存在，在一定程度上起到了保护催化剂的作用。但如果CO2含量过高，就会因其强吸附性而占据催化剂的活性中心，因此阻反应的进行。而且由于存在大量的CO2，使粗甲醇中的水含量增加，在精馏过程中增加能耗。一般认为CO2在3%左右为宜。
　　惰性气体（如CH4、N2、Ar）存在于合成气体中，降低了有效组分的分压，使反应速率降低，生成单位产品的能耗增大。所以惰性气体的含量越低越好。
　　从哈尔滨甲醇合成的化学平衡来看，温度对低对提高甲醇的产率是有利的。但是，从反应速度来看，提高反应温度能提高反应速度。所以必须兼顾两个条件，温度过低达不到催化剂的活性温度，则反应不能进行。温度太高不仅增加了副反应，消耗了原料气，而且反应过快，温度难以控制，容易使催化剂衰老失活。随着温度逐渐增加，平衡常数逐渐降低，当温度达到一定数值，反应速度达到更大，再继续增加温度，反应速度下降。所以对于一定组成的反应物，具有更大反应速度的温度。称为相应这个组成的更佳温度。更佳温度与组成有关，当甲醇含量低时，由于平衡影响较小，更佳温度就高。随着反应的进行，甲醇含量升高，平衡影响增大，更佳温度就低。
　　甲醇合成反应为分子数减少的反应，因此增加压力有利于反应向甲醇生成方向移动，使反应速度提高，对甲醇合成反应有利。
　　当甲醇合成反应采用较低的空速时，气体接触催化剂的时间长，反应接近平衡，反应物的单程转化率高。由于单位时间通过的气量小，总的产量仍然是低的。由于反应物的转化率高，单位甲醇合成所需要的循环量较少，所以气体循环的动力消耗小。如果采用大空速时与上面的情况刚好相反，而且如果空速过大催化剂床层温度不易维持，对于催化剂XNC－98空速为7000～20000h－1较为有利。

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