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合成气制备甲醇原理与工艺
简要概述

班级：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
专业：化学工程与工艺
姓名：xxxxx
学号：201473020108
指导教师：xxxxx

一、甲醇的认识
1.物理性质
无色透明液体，易挥发，略带醇香气味；易吸收水分、CO2和H2S，与水无限互溶；溶解性能优于乙醇；不能与脂肪烃互溶，能溶解多种无机盐磺化钠、氯化钙、最简单的饱和脂肪醇。
2.化学性质

3.甲醇的用途
（1）有机化工原料
甲醇是仅次于三烯和三苯的重要基础有机化工原料

（2）有机燃料
(1)、甲醇汽油混合燃料；(2)、合成醇燃料；(3)、与异丁烯合成甲基叔丁基醚（MTBE）、高辛烷值无铅汽油添加剂；(4)、与甲基叔戊基醚（TAME）合成汽油含氧添加剂
4.甲醇的生产原料
甲醇合成的原料气成分主要是CO、CO2、H2及少量的N2和CH4。主要有煤炭、焦炭、天然气、重油、石脑油、焦炉煤气、乙炔尾气等。天然气是生产甲醇、合成氨的清洁原料，具有投资少、能耗低、污染小等优势，世界甲醇生产有90％以上是以天然气为原料，煤仅占2%。
二、合成气制甲醇的原理
1.合成气的制备
a.煤与空气中的氧气在煤气化炉内制得高CO含量的粗煤气；
b.经高温变换将CO变换为H2来实现甲醇合成时所需的氢碳比；
c.经净化工序将多余的CO2和硫化物脱除后即是甲醇合成气。
说明：
由于煤制甲醇碳多氢少,必需从合成池的放气中回收氢来降低煤耗和能耗，回收的氢气与净化后的合成气配得生产甲醇所需的合成气,即(H2-CO2)/(CO+CO2)＝2.00~2.05。
2.反应机理
主反应
△H298=-90.8kJ/mol
CO2存在时△H298=-49.5kJ/mol
副反应

增大压力、低温有利于反应进行，但同时也有利于副反应进行，故通过加入催化剂，提高反应的选择性，抑制副反应的发生。
3.影响合成气制甲醇的主要因素
（1）合成甲醇的工业催化剂
1）分类
a.锌铬催化剂：1966年以前几乎所有厂家都使用该催化剂，目前逐渐被淘汰；
b.铜基催化剂：铜铬铝系和铜锌铬系得到广泛应用；
c.钯系催化剂：未工业化；
d.低温液相催化剂：未工业化。
2）特点

3）注意
①为延长催化剂寿命，开始应用较低温度，过一定时间再升至适宜温度，其后随着催化剂老化程度升高，反应程度也相应的变高；
②因反应放热，反应热应及时移出，否则副反应增加，催化剂易烧结，活性降低。故严格控制温度，及时有效地移走反应热是合成塔设计、操作的关键。
（2）空速
空速:影响选择性和转化率,直接关系到催化剂的生产能力和单位时间的放热量。适宜的空速与催化剂的活性、反应温度及进塔气体的组成有关
ZnO-Cr2O3:20000-40000h-1
CuO-ZnO-Al2O3：10000h-1
注意：
a.增加空速在一定程度上能够增加甲醇产量；
b.增加空速有利于反应热的移出，防止催化剂过热；
c.空速太高：转化率降低，循环气量增加，从而增加能量消耗;增加分离设备和换热负荷，引起甲醇分离效果降低；带出热量太多，造成合成塔内的催化剂温度难以控制。
（3）原料气组成
甲醇合成原料气化学计量比约为H2︰CO=2︰1
CO含量：不利温度控制；引起羰基铁在催化剂上的积聚，使催化剂失活，一般采用氢过量。
H2过量:抑制高级醇、高级烃和还原性物质的生成，提高甲醇的浓度和纯度;氢导热性好，利于防止局部过热和催化剂床层温度控制。
Zn-Cr2O3:H2与CO比约为4.5；铜基催化剂:H2与CO比为2.2-3.0
四、生产甲醇的工艺流程
（一）生产工序
压缩
净化
原料气
制备
气态烃或CO、CO2H2、CO、CO2比例合适5、10、32MPa
液态烃、煤H2含硫量小于0.2ppm

合成
精馏
蒸汽精甲醇成品粗甲醇
或氧、空气

甲醇生产流程图
1．原料气的制备
合成甲醇，首先是制备原料氢和碳的氧化物。（已述）
2．净化
净化有两个方面：
一是脱除对甲醇合成催化剂有毒害作用的杂质，如含硫的化合物。原料气中硫的含量即使降至1ppm，对铜系催化剂也有明显的毒害作用，因而缩短其使用寿命，对锌系催化剂也有一定的毒害。经过脱硫，要求进入合成塔气体中的硫含量降至小于0.2ppm。脱硫的方法一般有湿法和干法两种。
二是调节原料气的组成，使氢碳比例达到前述甲醇合成的比例要求，其方法有两种。
（1）变换。如果原料气中一氧化碳含量过高（如水煤气、重质油部分氧化气），则采取蒸汽部分转换的方法，使其形成如下变化反应：CO+H2OH2+CO2。增加有效组分氢气，从而提高了系统中能的利用效率。
（2）脱碳。如果原料气中二氧化碳含量过多，使氢碳比例过小，可以采用脱碳方法除去部分二氧化碳。脱碳方法一般采用溶液吸收，有物理吸收和化学吸收两种方