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甲醇合成催化剂的结构特性及工艺条件对合成过程的影响研究

何海军  
【摘要】:甲醇是一种重要的有机化工原料,是C1化工的基础,同时又是一种很好的有机溶剂和液体燃料。近两年我国甲醇生产能力增长都在100万t/a以上,未来几年,这种增速可能进一步加快。然而,与我国甲醇生产能力增长不相适应的是,生产技术落后,自动化水平低,生产过程常根据定性判断来指导操作,致使工况运行较差,产品能耗、成本升高,企业效益和竞争力下降。 本文在C307与C9催化剂结构特性研究的基础上,研究了工艺条件对甲醇合成原料转化率、产率以及甲醇选择性的规律性影响;计算了循环比对甲醇生产能力的影响以及探索了循环比的实际可调节范围;结合催化剂的市场需求,分析了甲醇催化剂的未来发展。 研究结果表明: 与C9型催化剂相比,C307型催化剂的铜锌组分分散度较高、活性位较多、晶粒粒度较小,表现特性为活性、选择性、稳定性均较好。 甲醇合成存在最佳的温度操作范围,温度过高或者过低均对甲醇合成不利;提升反应压力,有利于甲醇合成转化率和产率的提高,但甲醇选择性会有所降低;空速升高,原料气转化率下降,但产品产率和甲醇选择性将会增加;甲醇合成原料气(H_2-CO_2)/(CO+CO_2)摩尔比应控制在2.0~2.2,最佳比例为2.05;CO_2含量为6%时,原料气转化率和时空产率最大,浓度过高、过低都不合适;通过工艺条件对甲醇合成反应敏感性分析后认为,在设定的范围内,温度对甲醇合成时空产率影响最为显著,CO_2浓度对产物中甲醇选择性影响最为显著。 通过计算分析,循环比对甲醇合成过程具有较大的影响。新鲜原料气空速随着循环比的升高而迅速下降,即甲醇合成装置的利用效率降低;循环比增大,总转化率升高,单位原料气的甲醇产量增大,但随着循环比的增大,产量增大的速率或者说总转化率升高的趋势逐渐变得缓慢;为保证反应器进口混合物料组分处于最佳的摩尔组成,可以通过计算程序反推新鲜原料气组成,进而确定粗原料气的变换力度,使整体系统运行效率达到最优化。


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