阮子恒，刘雷，王灵清，石志哲，杨健，王迪
（河北金牛旭阳化工有限公司，河北 邢台054000）
［摘 要］河北金牛旭阳化工有限公司200 kt/a焦炉气制甲醇装置合成系统（原合成塔）设计操作压力为6.9 MPa，于2009年6月投产；2011年8月大修期间，新增设1台甲醇合成塔（小合成塔）等，与原合成塔串联，年可增产甲醇6 000 t；2017年大修期间，新增1台甲醇合成塔（新合成塔）等，与原合成塔并联，其后甲醇合成系统实现了满负荷运行，操作压力降为6.0 MPa，合成气压缩机组汽轮机蒸汽消耗量稳定在37 t/h。为降低系统能耗等，验证2.6～3.6 MPa低压甲醇合成的可行性，依托现有小合成塔开展低压甲醇合成侧线试验，据试验数据分析与探讨新鲜气气量、合成压力、循环比及甲醇合成催化剂装填高度等对系统运行效能的影响，取得了阶段性的试验成果——甲醇合成工艺参数优化值为反应温度220 ℃、操作压力3.5 MPa、原料气空速4 000～8 000 h-1、H2/CO（摩尔比）2.15，优化工艺条件下总碳转化率可保持在90%左右、合成气压缩机能耗可降低约28.21%；但此举会导致系统负荷率较低等，后续尚需不断探索与完善，亟待开发高效甲醇合成催化剂。
［关键词］低压甲醇合成系统；2.6～3.6 MPa侧线试验；影响因素；新鲜气气量；压力；循环比；催化剂装填高度；合成气压缩机能耗
［中图分类号］TQ223.12+1 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）04-0047-04
0 引 言
甲醇合成工艺有高压法、低压法和中压法，目前高压法因存在诸多缺点基本上已被淘汰。低压法采用铜基催化剂，在温度235～285 ℃、压力5～10 MPa下合成甲醇，铜基催化剂活性高于锌铬系催化剂，反应条件温和，可获得较高的转化率与选择性，减少后续精馏系统能耗，提高产品甲醇质量，降低原料消耗，且动力消耗明显降低、工艺设备制造要求较低、设备投资成本低。近年来，甲醇装置大型化趋势明显，鉴于低压法甲醇合成系统工艺管道与设备规格较大，中压法应运而生，中压法仍采用铜基催化剂，反应温度与低压法相同，但提高了反应压力（9～12 MPa），系统动力消耗有所增加。目前，甲醇合成催化剂研究方向之一为使用贵金属催化剂，并加入多种活性组分，反应温度与压力较低，产量较高，但存在催化剂成本高、稳定性差等缺点，各研究单位着重对高效、廉价的甲醇合成催化剂进行探索与试验；据相关研究分析认为，通过调节催化剂活性组分等，可降低甲醇合成压力。
河北金牛旭阳化工有限公司（简称金牛旭阳）200 kt/a焦炉气制甲醇装置合成系统（原合成塔）设计操作压力为6.9 MPa，甲醇合成催化剂装填量为40 m3（装填高度为7 m，业内甲醇合成催化剂平均装填高度为6 m）。本装置于2009年6月投产，运行初期甲醇合成系统负荷90%，操作压力为6.9 MPa；2011年8月甲醇装置大修期间增设了1台甲醇合成塔（小合成塔，配套循环机）等，其甲醇合成催化剂装填量为4 m3（装填高度为4 m），与原合成塔串联，弛放气外送前利用小合成塔再进行一次甲醇合成反应，从而提升系统总碳转化率，年可增产甲醇6 000 t；2017年甲醇装置大修期间，新增1台甲醇合成塔（新合成塔）等，其甲醇合成催化剂装填量为20 m3（装填高度为6 m），与原合成塔并联，其后甲醇合成系统实现了满负荷运行，且操作压力降为6.0 MPa；6.0 MPa工况下，系统能耗主要集中于合成气压缩环节，合成气压缩机（核心耗能设备，新鲜气+循环气联合压缩）采用汽轮机驱动，运行过程中蒸汽消耗量稳定在37 t/h，以蒸汽生产成本140元/t、年运行时间8 000 h计，全年合成气压缩机组蒸汽费用约4 144万元。为降低系统能耗，金牛旭阳依托现有小合成塔，搭建低压侧线试验装置，开展低压甲醇合成侧线试验，验证2.6～3.6 MPa下低压甲醇合成的可行性。以下对有关情况作一介绍。
1 甲醇装置与甲醇合成系统工艺流程概述
金牛旭阳200 kt/a焦炉气制甲醇装置简略流程：焦炉气→气柜→预处理（粗脱硫）→焦炉气压缩机→精脱硫→转化（两段转化）→合成气压缩机→甲醇合成（部分弛放气送一段转化炉烧嘴掺烧、部分弛放气作为燃料气外送）→甲醇精馏→产品罐区→精甲醇外售。
甲醇合成系统工艺流程：转化系统送来的新鲜气（转化气）经合成气压缩机低压缸一段、二段与高压缸一段压缩（新鲜气段）后，与来自甲醇合成系统的循环气混合，经合成气压缩机高压缸二段（循环段）增压，入塔气压力为6.0 MPa、温度约60 ℃，入塔气先经入塔气预热器与甲醇合成塔出口反应气（出塔气）换热升温至200～230 ℃，然后进入合成塔催化剂床层进行反应；甲醇合成塔出塔气温度约为220～260 ℃，入入塔气预热器与入塔气换热后温度降至90～100 ℃，再经空冷器进一步冷却降温至40 ℃以下，合成反应生成的大部分甲醇在此冷凝；之后，气液混合物进入甲醇分离器进行分离，分离出的未反应气体（即循环气）返回合成气压缩机（高压缸二段）增压循环使用，据系统惰性气含量将部分气体（即弛放气）外送，分离出的粗甲醇经减压后进入闪蒸槽，闪蒸后的粗甲醇进入精馏系统。
2 低压甲醇合成侧线试验装置及测试方法
2.1 低压甲醇合成侧线试验装置简介
金牛旭阳依托现有小合成塔搭建低压甲醇合成侧线试验装置（流程示意如图1），主要设备包括合成气压缩机、入塔气预热器、甲醇合成塔、水冷器、洗醇塔（水洗塔）、洗醇水泵、合成汽包及公用工程系统。低压甲醇合成侧线试验装置流程与工业化甲醇装置合成系统流程相同，低压甲醇合成侧线试验装置上游净化、加压等系统均依托现有甲醇装置。低压甲醇合成以铜基催化剂（Cu-Zn-Al2O3系催化剂）为核心，通过CO、CO2与H2的催化加氢反应生成甲醇，副反应主要生成乙醇、甲烷、二甲醚及烷烃等，需通过工艺参数调控予以抑制。
2.2 低压甲醇合成条件及测试分析方法
1）甲醇合成催化剂。国产成熟甲醇合成催化剂产品，外观为黑色圆柱体，外形尺寸为Φ6 mm×（4.0～4.5）mm，堆密度（1.20±0.1）kg/L，径向抗压碎强度≥220 N/cm，比表面积100～110 m2/g；催化剂装填高度4 m；使用H2对催化剂进行还原活化。
2）运行参数。反应压力2.6～3.6 MPa，反应温度210～230 ℃，空速3 000～10 000 h-1。
3）分析方法。采用气相色谱法测定转化气、合成气（新鲜气+循环气）、弛放气中H2、CO、N2、CH4、CO2等组分含量，采用吸收法测定弛放气水洗后的甲醇含量，采用水分测定仪与密度计分别检测粗甲醇水分与密度；CO、CO2、总碳转化率基于原料气与弛放气中的含碳组分含量计算得出。
3 试验结果与讨论
3.1 新鲜气气量的影响
更多内容详见《中氮肥》2026年第4期