甲醇的合成工藝

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1、甲醇的合成工藝 　　摘要：當(dāng)今時(shí)代甲醇已經(jīng)成為了一種用途十分廣泛的有機(jī)化學(xué)原料，它在社會(huì)生產(chǎn)中各個(gè)領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用。本文主要分析我國(guó)現(xiàn)在甲醇合成技術(shù)的發(fā)展與展望。 　　關(guān)鍵詞：甲醇 合成工藝 　　中途分類(lèi)號(hào)：TQ042文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 　　甲醇是一種具有多種用途的基本有機(jī)化工產(chǎn)品，除了在化工方面的多種應(yīng)用外，它還可以作為清潔燃料在汽車(chē)中代替汽油或與汽油摻混使用。另外，以其為飼料的微生物蛋白（SCP）乃至食品添加劑都在深入的研究當(dāng)中。從現(xiàn)階段甲醇合成工藝的發(fā)展上來(lái)看，其合成工藝基本上是ICI、TOPSO E、Lurgi及TEC等甲醇合成技術(shù)。 　　一、甲醇合成工藝

2、概述 　　甲醇工業(yè)化始于20世紀(jì)初，1923年德國(guó)BASF公司首先建立了一套采用Zn-Cr催化劑、合成壓力為30.0MPa、規(guī)模為300噸/年的高壓法甲醇生產(chǎn)裝置。20世紀(jì)60年代，甲醇工業(yè)隨著選擇性好、低溫活性高的銅基催化劑開(kāi)發(fā)成功而取得重大進(jìn)展。1966年英國(guó)ICI公司研制成功Cu-Zn-Al催化劑后，推出ICI低壓甲醇合成工藝，在所屬 Billingham工廠建立了工業(yè)化裝置；1971年德國(guó)Lurgi公司成功開(kāi)發(fā)出采用活性更高的Cu-Zn-Al-V催化劑的另一著名低壓法工藝-Lurgi工藝；此后，世界各大公司競(jìng)相開(kāi)發(fā)了各具特色的低壓法工藝技術(shù)。 　　（一）國(guó)外工藝技術(shù)概況 　

3、　當(dāng)今大型工業(yè)化甲醇合成工藝基本上采用氣相合成工藝，大型化甲醇反應(yīng)器和催化劑都在迅速發(fā)展。當(dāng)今世界占主導(dǎo)地位的大型甲醇合成專(zhuān)利技術(shù)有戴維、魯奇、托普索、卡薩利、三菱瓦斯及英國(guó)克瓦那等。 　?。ǘ﹪?guó)內(nèi)工藝技術(shù)概況 　　國(guó)內(nèi)在甲醇技術(shù)的開(kāi)發(fā)和工業(yè)化也已有幾十年的歷史，但生產(chǎn)規(guī)模較小。近些年，隨著南化、西南化工研究院和南化研究院的低壓甲醇合成催化劑的開(kāi)發(fā)成功，甲醇合成技術(shù)開(kāi)發(fā)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，特別是華東理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的管殼外冷-絕熱復(fù)合式固定床催化反應(yīng)器、杭州林達(dá)化工技術(shù)工程公司開(kāi)發(fā)的低壓均溫合成甲醇反應(yīng)器均有工業(yè)運(yùn)行業(yè)績(jī)。 　　二、發(fā)展成果 　?。ㄒ唬庀嗉状己铣晒に? 　　在早

4、期的以CO、CO2、H2及少量的N2和CH4為原料的合成中，煤是其生產(chǎn)的關(guān)鍵性因素。40年代以后，天然氣的發(fā)現(xiàn)與推廣，使生產(chǎn)方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，以煤為原料的甲醇生產(chǎn)方式受到了市場(chǎng)的沖擊。但隨著時(shí)間的推移，未來(lái)能源的發(fā)展、環(huán)境保護(hù)關(guān)注度的增高又為原始生產(chǎn)方式提供了新的契機(jī)，以煤為原料的甲醇生產(chǎn)又進(jìn)入了人們的視野。 　　1.采用軸向反應(yīng)器的合成工藝 ICI與Lurgi工藝：1984年出現(xiàn)的冷管式合成塔與副產(chǎn)蒸汽合成塔，解決了以往反應(yīng)器床層內(nèi)溫差較大的問(wèn)題，改善了性能，降低了在操作中的壓差。自20實(shí)際70年代以來(lái)，我國(guó)所建的甲醇裝置大都采用了這種工藝，使其成為目前市場(chǎng)的主要裝置。 　　2.采用徑向

5、反應(yīng)器的合成工藝 ：由于軸向反應(yīng)器反應(yīng)管徑的限制且有產(chǎn)率低、能耗高的缺點(diǎn)，采用徑向反應(yīng)器的甲醇合成工藝越來(lái)越受到人們的重視。其能有效降低在生產(chǎn)過(guò)程中的能耗，便利催化劑的裝卸，成為目前甲醇工藝的目標(biāo)與方向。 　?。ǘ┮合嗉状己铣晒に? 　　1.漿態(tài)床床合成工藝（漿態(tài)床甲醇合成工藝）：19世紀(jì)80年代，美國(guó)Air And Chemicals開(kāi)發(fā)了新的合成工藝即漿態(tài)床合成工藝。在此成果的引導(dǎo)下，1981年，日產(chǎn)5噸甲醇的中試裝置由美國(guó)德克薩斯拉波特聯(lián)合企業(yè)順利建成?？紤]到當(dāng)時(shí)的發(fā)展水平與發(fā)展層次，1997年建成相應(yīng)的工業(yè)化示范基地。經(jīng)過(guò)以往發(fā)展經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，甲醇在不同氣化爐型產(chǎn)生的原料的合成中

6、表現(xiàn)除了較高的適應(yīng)性。在高濃度的催化劑和高氣速的操作條件下，依然能保持較高的產(chǎn)率和日常量。因此，其發(fā)展前景是非常可觀的，在生產(chǎn)裝置工業(yè)化中有重要的存在價(jià)值。 　　2.液態(tài)床技術(shù)：1985年，以液相熱載體和流動(dòng)反應(yīng)器為基礎(chǔ)的LPMEOHTM工藝被開(kāi)發(fā)出來(lái)。經(jīng)過(guò)科研人員多次測(cè)試，驗(yàn)證了其混合均勻、支持等溫操作、反應(yīng)速率高的優(yōu)點(diǎn)，且其催化劑用量只有管式固定床的三分之一。據(jù)以往研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，漿態(tài)床反應(yīng)器中催化劑懸浮量過(guò)大會(huì)造成了其沉降與團(tuán)聚。鑒于此，1990年，在科研人員有目標(biāo)性的研究下，滴流床合成甲醇方法出現(xiàn)了。滴流床性能全面，其囊括了漿態(tài)床和固定床的所有優(yōu)點(diǎn)，且在催化劑裝填量大以及床層中物料的

7、流動(dòng)中作出了新的改良。較以往成果來(lái)看，在轉(zhuǎn)化率依據(jù)溫度反應(yīng)上具有優(yōu)越性，因此更符合低氫碳比的制造要求。 　?。ㄈ┏R界相介質(zhì) 　　近幾年，超臨界相介質(zhì)中合成甲醇工藝技術(shù)得到了持續(xù)的發(fā)展，其成果越來(lái)越受到人們關(guān)注。隨著研究深入，其在反應(yīng)平衡和生產(chǎn)率上達(dá)到了新突破。在超臨界狀態(tài)下，有機(jī)溶劑對(duì)甲醇合成的催化作用，使得甲醇合成的溫度限制降低，已允許了低溫制造。高壓反應(yīng)釜是超臨界甲醇合成技術(shù)的而基礎(chǔ)，將催化劑與有機(jī)溶劑結(jié)合的同時(shí)加入釜中，改變了合成符的內(nèi)容與內(nèi)容比例，使得以往被限制的操作條件允許在超臨界狀態(tài)下進(jìn)行。 　?。ㄋ模┠し磻?yīng)工藝 　　膜反應(yīng)工藝是一種新型的工藝。目前主要的類(lèi)型分

8、為兩個(gè)方面：致密膜，旨在達(dá)到最佳的摩爾比，對(duì)催化劑表面的構(gòu)成物有目標(biāo)的進(jìn)行調(diào)節(jié)；通過(guò)及時(shí)移除產(chǎn)物為手段來(lái)提高轉(zhuǎn)化率的工藝。膜反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率高，且在選擇率和反應(yīng)速度上都有提高。就現(xiàn)階段來(lái)看，機(jī)聚合物制成的膜依然是市場(chǎng)的主導(dǎo)。雖然其優(yōu)點(diǎn)是多樣性的，但問(wèn)題出現(xiàn)在高溫高壓及有機(jī)溶液的穩(wěn)定性上。據(jù)此，擇性高、通過(guò)率大、無(wú)苛刻條件限制的膜會(huì)成為以后膜反應(yīng)研究的新方向。 　　（五）其他合成方法 　　均相催化技術(shù)的發(fā)展在一定程度上增加了液相甲醇合成的均相合成工藝與工化發(fā)展的協(xié)調(diào)性。其在合成氣轉(zhuǎn)化率和甲醇產(chǎn)率上都有大幅度的提高，且支持低溫操作技術(shù)。均相合成工藝具有行業(yè)上所需的發(fā)展?jié)摿εc前景，但由于技術(shù)上的

9、不成熟，在技術(shù)難度的突破上，依然需要持續(xù)的探討。 　　三、甲醇合成工藝發(fā)展趨勢(shì) 　　（一）國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 　　從國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，甲醇產(chǎn)能和消費(fèi)都處在一個(gè)較高的水平，造成甲醇的供不應(yīng)求。對(duì)此：1998年，中科院成都有機(jī)所開(kāi)發(fā)出新工藝，將甲醇、甲酯以及甲酸進(jìn)行合成所需具備的條件如下：采用相關(guān)的反應(yīng)器（無(wú)攪拌釜式），溫度條件以及氣壓條件均較低。在試驗(yàn)之后可知其結(jié)果為：通過(guò)對(duì)合成氣的單程轉(zhuǎn)化后，其正常反應(yīng)率為90%以上，因此可知，合成具有明顯的優(yōu)勢(shì)，即能夠快速選擇溫度和氣壓進(jìn)行轉(zhuǎn)化，那么通過(guò)試驗(yàn)，其產(chǎn)生的物質(zhì)就為無(wú)水甲醇。而了解到中科院進(jìn)行煤化的過(guò)程后還可知，其對(duì)甲醇進(jìn)行合成的手段為在低溫

10、條件下將漿態(tài)床進(jìn)行一體化合成以及在高溫條件下（180℃）將甲醇和CO羰基化合成，產(chǎn)生甲酸甲酯，再將上述物質(zhì)進(jìn)行氫解，那么反應(yīng)出的物質(zhì)就為甲醇。綜合上述實(shí)驗(yàn)可知，對(duì)合成氣進(jìn)行單程轉(zhuǎn)化之后，其正常反應(yīng)率為90%，甲醇擁有極高的選擇性，其數(shù)據(jù)在94%到99%之間，此外，力學(xué)也在天津大學(xué)科研人員的研究下有了新的發(fā)現(xiàn)。 　?。ǘ﹪?guó)外發(fā)展?fàn)顩r 　　從國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，60年代后，工業(yè)的發(fā)展使銅基催化劑得到廣泛的應(yīng)用，有效規(guī)范化了工業(yè)化的純合成技術(shù)，在此過(guò)程中得到改進(jìn)的低壓甲醇合成工藝和大型甲醇技術(shù)已經(jīng)深受相關(guān)從業(yè)人員的青睞。70年代以后，行業(yè)人士對(duì)甲醇?xì)庀嗪铣杉夹g(shù)進(jìn)行的新的改革，其盲目大力發(fā)展研

11、究，使得在工藝開(kāi)深度與力度沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果。結(jié)合目前甲醇的發(fā)展市場(chǎng)與前景，來(lái)找到氣相合成的不足之處，發(fā)現(xiàn)其研究技術(shù)需進(jìn)一步改良，在受化學(xué)熱力學(xué)平衡和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的中存在的弊端，使低轉(zhuǎn)化率、高壓縮功耗問(wèn)題上升到一個(gè)新的關(guān)注點(diǎn)。在新型催化劑出現(xiàn)的基礎(chǔ)上，一些外國(guó)公司對(duì)甲醇工藝作出了新的嘗試，通過(guò)合理調(diào)整系統(tǒng)壓力（～10 MPa）的方法，使轉(zhuǎn)化率得到了保證，最終未能達(dá)到預(yù)期科研效果。在一定程度上說(shuō)明，其甲醇?xì)庀嗪铣晒に囈炎叩搅思夹g(shù)壽命的最高峰。 　?。ㄈ?企業(yè)發(fā)展?fàn)顩r 　　從以企業(yè)為個(gè)體的經(jīng)營(yíng)者來(lái)看，國(guó)內(nèi)外在液相甲醇合成工藝的發(fā)展已處于比較成熟的狀態(tài)。而如何使得甲醇合成工藝在發(fā)展上更完

12、美，使社會(huì)的“大目標(biāo)”與企業(yè)的“小目標(biāo)”達(dá)到最深層次的和諧，則走共同開(kāi)發(fā)、共有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的道路是必須的。 　　綜上所述，在行內(nèi)外人士的共同努力下，甲醇的合成工藝已發(fā)展到一個(gè)新的的高度，其研究成果在各個(gè)領(lǐng)域都有得到了廣泛的應(yīng)用。但是，問(wèn)題總是伴隨著發(fā)展而來(lái)，在甲醇實(shí)際的運(yùn)用中還存在著諸多急需解決的問(wèn)題。我們應(yīng)結(jié)合目前甲醇市場(chǎng)的發(fā)展前景、發(fā)展方向，在以往科研成果的有效指導(dǎo)下，獲取在甲醇生產(chǎn)過(guò)程中有建設(shè)性的設(shè)想、和措施。目前甲醇合成工藝進(jìn)展的方向大致從四個(gè)領(lǐng)域改良包括催化劑、漿態(tài)床、導(dǎo)熱以及甲醇合成的高轉(zhuǎn)化率和低能耗。本文主要著重于甲醇在研究中的成果與發(fā)展，企業(yè)還需要在實(shí)際的生產(chǎn)中去定位生產(chǎn)的方向

13、，以進(jìn)一步增大其發(fā)展?jié)摿?、擴(kuò)寬其發(fā)展市場(chǎng)。 　　 　　參考文獻(xiàn)： 　　[1] 鄭妍妍,張宏達(dá),王金福.二甲氧基甲烷合成反應(yīng)的熱力學(xué)分析[J]. 天然氣化工(C1化學(xué)與化工). 2013(01) 　　[2] 張麗平.甲醇生產(chǎn)技術(shù)新進(jìn)展[J]. 天然氣化工(C1化學(xué)與化工). 2013(01) 　　[3] 高成廣,范鳳蘭,賈麗華,趙云鵬,郭祥峰.凝膠網(wǎng)格共沉淀法制備CuO/ZnO/Al2O3及其催化CO2加氫合成甲醇研究[J]. 天然氣化工(C1化學(xué)與化工). 2013(02) 　　[4] 孔令鵬,徐興科.焦?fàn)t氣生產(chǎn)甲醇預(yù)熱爐蒸汽盤(pán)管爆裂的原因分析[J]. 天然氣化工(C1

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