甲醇合成工藝的技術(shù)解析

摘要：甲醇是重要的化工原料，對我國化工、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的發(fā)展都起著重要的作用，同時(shí)以甲醇為基礎(chǔ)的各種衍生物也具有著廣闊的發(fā)展前景。本文將從合成方法、原料、催化劑等幾個(gè)方面對甲醇合成工藝進(jìn)行簡單的解析，同時(shí)對甲醇合成工藝的發(fā)展方向進(jìn)行了簡單的展望。

關(guān)鍵詞：甲醇合成甲醇合成工藝技術(shù)解析

甲醇是一種重要的化工原料，在我國化工領(lǐng)域、輕工領(lǐng)域、運(yùn)輸領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，同時(shí)甲醇也是一種具有高效潔凈能力的車用燃料，因此其也被廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸領(lǐng)域和燃料電池的制造中。合成甲醇的材料，可以是固體如煤、液體如原油、氣體如天然氣等，從這些原料中去除其中含有的二氧化碳，使其成為一種CO和H2的合成氣體，使用不同的催化劑，采用不同的合成工藝，形成粗甲醇。將合成后的粗甲醇進(jìn)行精餾提純的相關(guān)操作，得到精甲醇。

1 當(dāng)前甲醇合成工藝發(fā)展簡述

目前，世界上普遍采用銅基催化劑氣相工藝ICI和Lurgi合成甲醇，該工藝雖然合成工藝方面較為簡單，但是其最大的缺點(diǎn)在于無法合成精甲醇，即使能夠合成精甲醇，其單程轉(zhuǎn)化率也很低，其中含有大量的合成粗甲醇而且含水量較高，無法從根本上消除熱力學(xué)對合成工藝的限制，造成了甲醇合成過程中成本高、耗能高等問題，因此，尋找合適的催化劑、如何使合成工藝進(jìn)行簡化并且降低合成成本是目前科學(xué)家們所面臨的一個(gè)重要難題。

國外的甲醇裝置，大多采用天然氣作為主要原料，在合成技術(shù)上，以德國魯奇公司、丹麥托普索公司、英國卜內(nèi)門化工公司和日本三菱公司為先進(jìn)的技術(shù)代表。近年來，雖然國際天然氣市場的價(jià)格在不斷浮動(dòng)，但是國外的甲醇生產(chǎn)工業(yè)仍然能夠較好的進(jìn)行協(xié)議，力求將甲醇的生產(chǎn)成本降至最低。在我國，甲醇合成工藝得到了較為快速的發(fā)展，在原料和催化劑的選擇上，也逐漸趨于合理化，通過不同的合成工藝，能夠合成所需要的不同純度的甲醇，應(yīng)用于化工領(lǐng)域和其他領(lǐng)域中，促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展。

2 甲醇合成工藝解析

2.1 甲醇合成工藝的比較

2.1.1 高壓法 高壓法(19.6-29.4MPa，300-400℃)是生產(chǎn)甲醇最早使用的一種方法，這種方法使用鋅-鉻氧化物作為催化劑。近年來，隨著脫硫技術(shù)的不斷發(fā)展，高壓法逐漸通過使用銅系催化劑的方法來進(jìn)行改善，能夠有效的改善甲醇合成的條件，甲醇合成的數(shù)量。然而，由于高壓法所采用的原料以及催化劑的消耗較大，反映溫度較高，因此生成的甲醇中雜質(zhì)的含量也較高，雖然進(jìn)行了巨大的投資，但是其發(fā)現(xiàn)卻仍然處于緩慢階段。

2.1.2 低壓法 低壓法(5.0-8.0MPa，240-270℃)是在上世紀(jì)六十年代之后才廣泛的發(fā)展起來，其主要采用活性較高的銅系催化劑，能夠有效的減少副反應(yīng)的發(fā)生，不僅有效的降低了能耗，同時(shí)也使甲醇的質(zhì)量得到了很大的改善。另外，低壓法所使用的工藝設(shè)備在制造方面也較高壓法容易的多，降低了投資成本，因此低壓法有著比高壓法更加優(yōu)越的特性。但是低壓法卻只適合于小規(guī)模的甲醇生產(chǎn)，隨著甲醇工業(yè)化生產(chǎn)的規(guī)模不斷加大，工藝管路和設(shè)備也必將向著更加龐大的趨勢發(fā)展，這就促使了中壓法的產(chǎn)生。

2.1.3 中壓法 中壓法(10.0-7.0MPa，235-315℃)使用新型銅基催化劑(Cu-Zn-Al)作為催化劑，這種催化劑具有較高的活性，中壓法也是上世紀(jì)七十年代甲醇的生產(chǎn)工藝中常用的一種方法，其有著與低壓法相似的生產(chǎn)工藝，但是卻采用了具有高活性的催化劑，這使得合成的壓力大大的降低，也使得壓縮系統(tǒng)得到了簡化，節(jié)約了大量勞動(dòng)力、使得甲醇的生產(chǎn)成本大大的降低。

2.2 原料的選擇 原料的選擇方面，應(yīng)當(dāng)根據(jù)原料的資源狀況進(jìn)行確定。甲醇的生產(chǎn)原料主要以煤炭、石油、天然氣為主。在國際油價(jià)大幅度上漲的情況下，石油和天然氣的成本大幅增加，這時(shí)選擇煤炭則是生產(chǎn)甲醇最好的選擇。由于地理因素，我國具有豐富的煤炭資源，在未來甲醇生產(chǎn)工業(yè)中占據(jù)著主要原材料的重要位置。雖然以煤做為生產(chǎn)甲醇的主要原料，在生產(chǎn)裝置方面的投資費(fèi)用會(huì)高于使用石油或者天然氣作為原料的裝置，但是廉價(jià)的煤炭仍然使得甲醇的生產(chǎn)成本大大的降低，顯著的提高了經(jīng)濟(jì)效益。因此，以煤作為生產(chǎn)甲醇的主要原料是未來甲醇生產(chǎn)工業(yè)發(fā)展的主要方向。

2.3 甲醇合成催化劑 早期所使用的ZnO-Cr3O3混合物，其活性較低，溫度只能達(dá)到380-400℃，為了達(dá)到提高平衡轉(zhuǎn)化的目的，需要將壓力達(dá)到34MPa，這被稱之為高壓法。在20世紀(jì)六十年代，銅系催化劑Cu-Zn-A1203被開發(fā)出來，出現(xiàn)了英國ICI和德國Lurgi為代表的兩種工藝，這兩種工藝被稱為低壓法。由于對銅系催化劑的性能和反映結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行了改進(jìn)和提高，使得甲醇的生產(chǎn)工藝也得到了進(jìn)一步的提高，也促進(jìn)了甲醇工業(yè)化的發(fā)展速度。由于銅系催化劑對氯化物和鐵都有著敏感的特性，因此在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意將裝置中的鐵銹清除干凈以后再進(jìn)行生產(chǎn)。甲醇合成催化劑Cu-Zn-Al中氧化鋁的作用是阻止Cu微晶與ZnO燒結(jié)，生成CuZn2O4尖晶石而失活；穩(wěn)定高分散的Cu-Zn0催化劑體系，氧化鋁簇團(tuán)進(jìn)入Cu晶格形成表面缺陷，通過上述作用，氧化鋁維持了催化劑的物理性能和長周期化學(xué)活性，同位素動(dòng)力學(xué)研究表明，甲醇的合成可以經(jīng)由CO加氫或CO2加氫直接合成。為從根本上解決上述工業(yè)催化劑的缺點(diǎn)，力圖找到低溫、低壓、低能耗、高活性和高選擇性的合成甲醇催化劑，可以從以下二個(gè)方向進(jìn)行改進(jìn):一方面是對制備方法進(jìn)行改進(jìn)或者是通過添加其它成分獲取低壓合成催化劑；另一方面是采用液相合成催化劑(碳基金屬化合物)。

3 甲醇合成工藝的展望

低溫合成甲醇技術(shù)，具有合成條件廣泛、轉(zhuǎn)化率高等特點(diǎn)，其合成的產(chǎn)品含水量較低甚至不含水；采用漿態(tài)床反應(yīng)器能夠增強(qiáng)熱傳遞的效果，使溫度得到更好的控制，因此其具有十分優(yōu)越的特性以及創(chuàng)新性。低溫法合成甲醇能夠使甲醇合成工藝中的熱力學(xué)限制的難題得到有效的控制，使甲醇轉(zhuǎn)化率大幅度的提升，這是甲醇合成工藝的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折，對于甲醇合成工藝的發(fā)展以及煤間液化技術(shù)的發(fā)展都有著十分重要的推動(dòng)作用。近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，甲醇合成工藝也在不斷的進(jìn)步，催化劑的研究方面也取得了驕人的成績。粉煤氣化制甲醇聯(lián)產(chǎn)合成氨尿素的創(chuàng)新技術(shù)已經(jīng)問世，通過純氧加壓氣化生產(chǎn)甲醇，甲醇弛放氣聯(lián)產(chǎn)合成氨、尿素，這也是對煤炭進(jìn)行綜合利用的一個(gè)重要表現(xiàn)，并且受到社會(huì)的矚目。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國的甲醇合成工藝也必將向著節(jié)能、降耗的方向不斷發(fā)展。

4 結(jié)束語

隨著甲醇合成技術(shù)的不斷發(fā)展，其在我國的應(yīng)用也越來越廣泛，我們應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展的理念，在合成工藝、原材料等方面不斷的改進(jìn)與創(chuàng)新，使甲醇生產(chǎn)成本得到有效的降低，促進(jìn)我國甲醇合成工藝的不斷進(jìn)步。

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