談合成氣的開(kāi)發(fā)與利用

瑙莫汗 李維俊 麗麗

摘要：能源問(wèn)題已成為制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大突出問(wèn)題。由生物質(zhì)制合成氣既減少化石能源的消耗，又能廢物利用創(chuàng)造更高經(jīng)濟(jì)效益。而合成氣作為碳資源轉(zhuǎn)化利用的重要平臺(tái)，為生產(chǎn)清潔燃料和化工產(chǎn)品開(kāi)辟了新途徑。

關(guān)鍵詞：合成氣;生物質(zhì);低碳醇;乙二醇

中圖分類(lèi)號(hào)：X38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）04-000-01

Abstract： The energy issue has become a prominent problem that constrains Chinas social and economic development. Syngas produced from biomass not only reduces the consumption of fossil energy， but also creates higher economic benefits from waste utilization. Syngas， as an important platform for the conversion and utilization of carbon resources， has opened up new avenues for the production of clean fuels and chemical products.

Key words： Syngas;Biomass;Higher alcohol;Ethylene glycol

經(jīng)過(guò)加工提煉的石油，可作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料、有機(jī)合成工業(yè)的重要原料和中間體，應(yīng)用于社會(huì)的方方面面。中國(guó)作為世界第二大油氣消耗國(guó)，截止2017年，我國(guó)石油消耗6.1億t，國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)量?jī)H為1.91億t，進(jìn)口比例達(dá)70%，成為了世界第一大石油進(jìn)口國(guó)。過(guò)度依賴(lài)石油進(jìn)口，已威脅到我國(guó)能源供應(yīng)安全。我國(guó)“十三五”規(guī)劃提出：要著力推動(dòng)能源生產(chǎn)利用方式變革，優(yōu)化能源供給結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，維護(hù)國(guó)家能源安全[1]。鑒于保障能源安全和開(kāi)發(fā)綠色能源，除了節(jié)約石油資源外，尋找非石油路線制取液體燃料和化工原料來(lái)替代石油能源也是解決石油危機(jī)的合理途徑之一[2]。人們通過(guò)利用合成氣為原料生產(chǎn)液體燃料和化工產(chǎn)品來(lái)替代現(xiàn)有石油路線。

1 合成氣的來(lái)源

合成氣是指以CO和H2為主要成分的混合氣體，其來(lái)源廣泛，可通過(guò)煤、天然氣、生物質(zhì)等制得。

1.1 煤制合成氣

1.2 天然氣制合成氣

天然氣中的主要成分甲烷在高溫條件下與氧氣、水蒸氣或二氧化碳進(jìn)行重整反應(yīng)，可制得合成氣[4]，重整反應(yīng)過(guò)程見(jiàn)1-2，1-3，1-4。目前甲烷水蒸氣重整反應(yīng)是工業(yè)上獲取合成氣的主要來(lái)源。

甲烷部分氧化反應(yīng)CH4 + 1/2O2 → CO + 2H2? ? 1-2

甲烷水蒸氣重整反應(yīng)CH4+ H2O → CO + 3H2? ? 1-3

甲烷二氧化碳重整反應(yīng) CH4 + CO2 → 2CO + 2H2? 1-4

1.3 生物質(zhì)制合成氣

農(nóng)作物秸稈及農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物、林業(yè)剩余物和能源作物、生活垃圾及有機(jī)廢棄物等，經(jīng)部分缺氧和高溫過(guò)程氣化產(chǎn)生H2、CO2和CO 等氣體[5]。

2 合成氣的轉(zhuǎn)化

合成氣作為碳資源轉(zhuǎn)化利用的樞紐，自上鏈接天然氣、煤炭和生物質(zhì)等上游資源，自下鏈接液體燃料、乙烯、丙烯、醋酸和芳烴等下游產(chǎn)品[3]。19世紀(jì)20年代，F(xiàn)ischer和Tropsch兩位德國(guó)科學(xué)家發(fā)明了煤炭制合成氣生產(chǎn)液體燃料的費(fèi)托（F-T）合成，為合成氣生成碳?xì)浠衔锏姆磻?yīng)提供了關(guān)鍵技術(shù)[6]，反應(yīng)式見(jiàn)2-1。

2.1 低碳烯烴的制備

作為重要有機(jī)化工原料的乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烴，可通過(guò)合成氣直接或間接制得。目前F-T合成是唯一有效的合成氣直接制低碳烯烴的路徑 [7]。間接制低碳烯烴，首先由合成氣制得甲醇，再由甲醇經(jīng)脫水制二甲醚，甲醇與二甲醚繼續(xù)脫水產(chǎn)生低碳烯烴[8]，主要反應(yīng)過(guò)程見(jiàn)2-2，2-3，2-4。

2.2 低碳醇的制備

低碳醇是指C2+的醇類(lèi)混合物（如乙醇、丙醇、丁醇等），可用作綠色、清潔燃料和油品添加劑，經(jīng)提純還可用作化工原料，生產(chǎn)藥物、化妝品等高附加值產(chǎn)品，極具應(yīng)用前景[9]，合成氣制低碳醇反應(yīng)見(jiàn)2-5。

2.3 乙二醇的制備

乙二醇是生產(chǎn)防凍劑、乙醇胺和飽和聚酯對(duì)苯二甲酸乙酯（PET）的一種重要化工原料。國(guó)內(nèi)外對(duì)PET的需求巨大，由乙二醇制取PET的前景廣闊[10]，合成氣直接制取乙二醇的反應(yīng)式見(jiàn)2-6。

3 結(jié)語(yǔ)

由煤炭、天然氣作為原料的合成氣制備方法，雖然工藝技術(shù)成熟，但存在來(lái)源有限、能耗高、污染大的問(wèn)題。而以生物質(zhì)為原料制備合成氣技術(shù)盡管還處在實(shí)驗(yàn)室研究階段，但該合成路線節(jié)能、環(huán)保、來(lái)源豐富，是今后合成氣制備的方向。以合成氣作為原料，開(kāi)發(fā)具有高附加值的石油化工產(chǎn)品、醫(yī)藥產(chǎn)品、高分子材料，有利于開(kāi)辟合成氣化工多元化發(fā)展途徑，而合成氣直接制取低碳醇、乙二醇具有重要的研究和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2019-03-07

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（NJZY16282）;呼和浩特民族學(xué)院博士專(zhuān)項(xiàng)基金（HMBS1705）。

作者簡(jiǎn)介：瑙莫汗（1982-），女，蒙古族，研究方向?yàn)槲廴旧鷳B(tài)學(xué)方面的研究工作。

通訊作者：李維俊（1979-），男，漢族，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)學(xué)研究。