合成氣在有機(jī)化工生產(chǎn)中的利用方法研究

許穎芬

（朔州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西朔州 036002）

時(shí)代在不斷地發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也從未停止過革新的腳步，在新時(shí)代當(dāng)中，有機(jī)化工企業(yè)呈現(xiàn)出了蓬勃的發(fā)展態(tài)勢(shì)，同時(shí)，也讓合成氣成了有機(jī)化工生產(chǎn)過程當(dāng)中最重要的原料之一，合成氣主要是由乙二醇、乙二醚以及甲醇等共同組合而成本文主要對(duì)于合成氣在有機(jī)化工生產(chǎn)當(dāng)中的利用方法進(jìn)行深入的 探討。

1 合成氣的組成分析

21世紀(jì)的到來(lái)，在新時(shí)代的大背景之下，大眾對(duì)于自己的生活質(zhì)量、環(huán)境等各方面都加強(qiáng)了關(guān)注，并且提出了更高的要求。通過對(duì)合成氣進(jìn)行認(rèn)真的分析和研究，發(fā)現(xiàn)其主要是以氫和一氧化碳作為了主要成分，具有混合性特點(diǎn)的氣體，它最早是由煤炭制備而成，伴隨著時(shí)間的不斷推移，由氣體和液態(tài)烴原料，也就是天然氣、煉廠氣、汽油等共同制備而成，其最大的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)就是活性非常好，是有機(jī)化工生產(chǎn)過程當(dāng)中最重要的原料之一，合成氣憑借著自身強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，可以科學(xué)、合理地運(yùn)用其他方法無(wú)法運(yùn)用的有機(jī)廢料或者是與其他原料進(jìn)行充分的融合，最終制成新的有機(jī)化工產(chǎn)業(yè)原料。通過將合成氣加入化工生產(chǎn)過程當(dāng)中，能夠得到有機(jī)化工產(chǎn)品并且廣泛的應(yīng)用，在人們的生活和生產(chǎn)當(dāng)中，合成氣無(wú)論是開發(fā)還是運(yùn)用價(jià)值都備受關(guān)注與 重視。

2 合成氣一步法制取二甲醚的生產(chǎn)技術(shù)

通過對(duì)于二甲醚進(jìn)行分析和了解，發(fā)現(xiàn)它是一種無(wú)色、無(wú)毒，并且對(duì)于環(huán)境沒有任何污染和影響的清潔能源，在氣霧劑或者是制冷劑當(dāng)中，都可以見到其身影。另外，合成氣在農(nóng)藥、燃料等許多行業(yè)當(dāng)中都可以科學(xué)的運(yùn)用，它具有良好的燃燒性能，而且含氧量非常高，并且可以有效地替代柴油，是最理想的替代燃料，在燃燒的過程當(dāng)中，可以真正地實(shí)現(xiàn)無(wú)硫的排放。合成氣反應(yīng)活性非常的好，在有機(jī)化工生產(chǎn)的過程當(dāng)中，其作為最重要的原料，還能夠與其他的方法完美的配合，幫助沒有作用的廢料成為新的有些化工產(chǎn)品原料。

2.1 一步法合成二甲醚的反應(yīng)原理

在制備二甲醚過程中應(yīng)用合成氣一步制備方法，具體步驟是在同一組容器中發(fā)生兩步反應(yīng)，接著發(fā)生后續(xù)反應(yīng)，并且對(duì)生產(chǎn)出的甲醇直接脫水，由此制備出二甲醚。通過將其與兩步法進(jìn)行科學(xué)、合理的比較，發(fā)現(xiàn)二者之間有著很大的差異，一步法能夠讓合成氣當(dāng)中的CO單程轉(zhuǎn)化率提高50%左右，并且操作十分的簡(jiǎn)單。與此同時(shí)，鑒于合成氣作為主要原材料，可以極大地降低在二步法制備所得的二甲醚價(jià)格受到甲醇價(jià)格的影響程度。

2.2 慎重選擇催化劑

在利用合成氣一步法制備二甲醚的過程中，針對(duì)催化劑需要嚴(yán)格篩選，盡可能地選擇組合類催化劑或者是雙功能催化劑（如甲醇合成與甲醇脫水共同組合的催化劑），只有這樣的催化劑，最終所呈現(xiàn)出來(lái)的效果才是最為理想的。在科學(xué)工作者研究出銅基催化劑以來(lái)，逐漸地取代了傳統(tǒng)催化劑（如鋅鉻催化劑），同時(shí)演變成當(dāng)前應(yīng)用范圍最為廣泛的甲醇合成催化劑。據(jù)了解，銅基催化劑當(dāng)中最常用的兩種助化劑主要包括Zn與Al，通過Zn的加入，可以進(jìn)一步增加銅的表面積；Al的作用就是結(jié)構(gòu)助劑，讓銅晶體均勻分布，并且尺寸不斷減小。在眾多催化劑中，展現(xiàn)出高合成甲醇性能的催化劑為銅芯鋁催化劑，在制備二甲醚過程中銅芯鋁催化劑逐漸成為最為普遍的催化劑。

3 合成氣生產(chǎn)甲醇生產(chǎn)技術(shù)

甲醇具有易揮發(fā)、易燃燒的特點(diǎn)，而且是無(wú)色的液體，散發(fā)出來(lái)的氣味與酒精相似。在有機(jī)合成工業(yè)當(dāng)中，甲醇與乙烯、丙烯等基礎(chǔ)原料一樣，受到了關(guān)注與重視，并且廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)塑料、合成纖維、農(nóng)藥、染料、油漆等工業(yè)中，另外，甲醇也可以作為萃取劑使用。

近幾年來(lái)，科學(xué)技術(shù)呈現(xiàn)出了高速的發(fā)展態(tài)勢(shì)，將甲醇作為主要的原料，生產(chǎn)出了各種有機(jī)化工產(chǎn)品，工業(yè)上生產(chǎn)甲醇也有許多的方法，現(xiàn)階段主要運(yùn)用的是以合成氣作為主要原料的化學(xué)合成方法[1]。

3.1 以合成氣制甲醇生產(chǎn)技術(shù)的主要反應(yīng)原理

主反應(yīng)包括：CO+2H2=CH3OH。在合成甲醇的過程中，會(huì)涉及許多的副反應(yīng)，分為兩種，即平行副反應(yīng)與連串副反應(yīng)，副反應(yīng)的出現(xiàn)，不單單會(huì)消耗大量的原料，最重要的是冷凝現(xiàn)象不會(huì)使得制備出的甲烷跟著產(chǎn)品發(fā)生，甲烷會(huì)持續(xù)不斷地開展循環(huán)，這就會(huì)在不同程度上給主反應(yīng)化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)速率造成影響，所以為了能夠更好地對(duì)于副反應(yīng)進(jìn)行有力的控制，在其反應(yīng)的過程當(dāng)中，可以加入一些催化劑[2]。

3.2 催化劑的選擇

早在20世紀(jì)60年代左右，就已經(jīng)開發(fā)成功了銅基催化劑，銅基催化劑不但性能好，而且活性極高，適宜的反應(yīng)溫度為493~543K，被廣泛應(yīng)用在低壓法甲醇合成當(dāng)中[3]。事實(shí)上，在低壓法甲醇合成工業(yè)化之前，人們已然知道銅基催化劑的活性非常高，但是其中最棘手的問題就是銅基催化劑對(duì)于硫非常的敏感，非常容易出現(xiàn)中毒事故，而且熱穩(wěn)定性非常的差，經(jīng)過不懈的努力和鉆研，讓含銅催化劑的性能得到了改變，更主要的是找到了高效的脫硫劑，將甲醇合成塔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有效的改變，讓反應(yīng)的溫度能夠得到嚴(yán)格的控制，延長(zhǎng)了銅基催化劑的使用時(shí)間與壽命，這樣運(yùn)用銅基催化劑的低壓法合成甲醇，才能夠真正地實(shí)現(xiàn)工業(yè)化[4]。

3.3 甲醇合成工藝的條件

第一，反應(yīng)的溫度。最合適的溫度與轉(zhuǎn)化深度以及催化劑的老化程度之間有著緊密的聯(lián)系和關(guān)系。為了能夠讓催化劑的使用壽命更長(zhǎng)，在初期時(shí)，需要運(yùn)用非常低的溫度，運(yùn)用一段時(shí)間之后，再升至到適宜的溫度，之后伴隨著催化劑老化程度不斷增加，反應(yīng)溫度也需要進(jìn)行提升。因?yàn)楹铣杉状际欠艧岱磻?yīng)，反應(yīng)熱需要第一時(shí)間排除，否則，就會(huì)導(dǎo)致催化劑的溫度不斷升高，增加副反應(yīng)出現(xiàn)的可能與概率。

第二，反應(yīng)的壓力。在合成甲醇反應(yīng)中，一氧化碳加氫實(shí)質(zhì)上是降低了摩爾數(shù)的化學(xué)反應(yīng)，由此提升壓力在增加甲醇平衡濃度等方面非常的重要，在銅基催化的過程當(dāng)中，因?yàn)槠浠貞?yīng)非常的高，反應(yīng)溫度很低，所以反應(yīng)壓力也可以適當(dāng)降低一些[5]。

4 由合成氣合成乙二醇生產(chǎn)專業(yè)技術(shù)

乙二醇是非常重要的石油化工原料，在潤(rùn)滑劑的制作、防凍劑的制作等各方面都可以見到乙二醇。

在制備乙二醇生產(chǎn)工藝中，原材料主要是采用一種來(lái)源廣、價(jià)格低、功能性強(qiáng)的合成氣，吸引了越來(lái)越多的研究者的關(guān)注與研究興趣[6]。合成氣合成乙二醇分為兩個(gè)類型，即直接合成法與間接合成法，其中合成氣直接合成法在理論上面有著非常高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但是在實(shí)際當(dāng)中，還需要進(jìn)一步緩和反應(yīng)條件，提升催化劑的活性；而間接合成法，則因?yàn)槁肪€的不同，所取得的進(jìn)展也會(huì)有很大的差異[7]。

4.1 合成氣直接合成法

遵循原子反應(yīng)的要求，利用合成氣直接合成乙二醇的生產(chǎn)工藝步驟簡(jiǎn)單，與此同時(shí)反應(yīng)選擇性、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率都不高，體現(xiàn)出極高的大規(guī)模生產(chǎn)價(jià)值。事實(shí)上，在制備乙二醇生產(chǎn)工藝中，合成氣早在20世紀(jì)80年代的時(shí)候就被認(rèn)定為最佳催化劑，涵蓋了兩種催化劑，即銠催化劑、釕催化劑。但是所呈現(xiàn)出來(lái)的效果，還需要不斷地加強(qiáng)，伴隨著時(shí)間的不斷推移，直接法所取得的成果當(dāng)中，還不能夠真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，它的發(fā)展空間非常大，如果能夠得到有效的突破，必定會(huì)大幅增加其競(jìng)爭(zhēng)力[8]。

4.2 甲醇甲醛合成方法

正是由于在利用合成氣直接制備乙二醇的具體進(jìn)程中無(wú)法避免出現(xiàn)各種各樣的困難，由此利用以合成氣為原材料制備甲醇、甲醛、再合成乙二醇的間接制備工藝，這是現(xiàn)階段研究過程當(dāng)中最重要的一個(gè)部分，特別是甲醛，已經(jīng)作為直接法合成乙二醇的中間體，更值得人們加強(qiáng)對(duì)其的關(guān)注與重視[9]。甲醇甲醛路線合成乙二醇的研究非常的成熟，主要分為了幾個(gè)重點(diǎn)的方向，其一，甲醇脫氫二聚法；其二，二甲醚氧化偶聯(lián)法；其三，甲醛縮合法等等。另外，甲醛和甲酸甲酯偶聯(lián)方法可以合成乙二醇，但是現(xiàn)如今并沒有研究成功，還處在研究的過程當(dāng)中。

4.3 草酸酯合成法

通過對(duì)草酸酯的合成方法進(jìn)行分析和研究，主要就是運(yùn)用醇類與N2N3反應(yīng)生成亞硝酸酯，在Pd催化劑上面氧化偶聯(lián)得到了草酸二酯，草酸二酯在經(jīng)過催化加氫制作成為乙二醇，這一過程在實(shí)際發(fā)生的過程當(dāng)中，并不會(huì)對(duì)醇類和亞硝酸產(chǎn)生任何的消耗，最終只是合成的草酸，最常見的物質(zhì)主要包括甲醇、乙醇，以此來(lái)獲得亞硝酸鉀酯或者是亞硝酸乙酯與CO進(jìn)行氧化偶聯(lián)[10]。

據(jù)了解，草酸酯合成乙二醇工藝對(duì)其工藝并未提出更高的要求，反應(yīng)條件非常的溫和，現(xiàn)如今在工業(yè)企業(yè)發(fā)展過程當(dāng)中，有很大希望成為大規(guī)模生產(chǎn)的合成氣合成乙二醇路線。通過合成氣合成乙二醇主要的方法和路線很多，需要相關(guān)工作人員進(jìn)行深入的分析和研究，不可出現(xiàn)盲目性，最終找到最合適、最恰當(dāng)?shù)暮铣蓺庵苯雍铣煞椒?，反?yīng)條件非常嚴(yán)格，假如真正地實(shí)現(xiàn)了突破，那么競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)非常的強(qiáng)。但是現(xiàn)如今的成果還無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。在甲醇甲醛合成方法當(dāng)中，其中有明顯優(yōu)勢(shì)的就是甲醇縮合法和甲醇?xì)溻涻；ǎ状伎s合法路線非常的溫和，雖然說(shuō)消耗了大多的能量，但是在電力資源非常豐富的地區(qū)，競(jìng)爭(zhēng)力還是非常大的；而甲醇?xì)溻涻；ㄒ灿幸欢ǖ膶?shí)力，主要體現(xiàn)在了運(yùn)用銠催化劑上面，反應(yīng)條件與前者相比，稍微溫和一些，但是生產(chǎn)效率非常高。草酸酯合成法在現(xiàn)如今距離大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)距離很近，因?yàn)槠鋵?duì)工藝條件并未提出很高的要求，反應(yīng)條件也十分溫和，所以在不久的將來(lái)，極有可能會(huì)成為合成氣合成乙二醇過程當(dāng)中最重要的方法，需要加大對(duì)其的關(guān)注與重視[11]。

5 結(jié)語(yǔ)

合成氣生產(chǎn)乙二醇、甲醇以及乙二醚是合成氣在有機(jī)化學(xué)當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的，所涉及的反應(yīng)都非常的簡(jiǎn)單，而且對(duì)于工藝條件并未提出更高的要求，只是選擇出最恰當(dāng)?shù)拇呋瘎┮约跋嚓P(guān)的條件即可，并且最終所取得的轉(zhuǎn)化率也較好。因?yàn)楹铣蓺鈶{借自身強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，可以有效地被應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、合成纖維等眾多的工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中去，所以它的發(fā)展前景是非常廣闊的，用合成氣生產(chǎn)的乙二醇、甲醇以及以乙二醚等產(chǎn)品，在人們的生活、生產(chǎn)當(dāng)中得到了關(guān)注與重視，并且應(yīng)用的范圍非常廣泛，在生產(chǎn)工藝當(dāng)中，催化劑憑借著自身強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)成了最重要的組成部分，選擇一種最合適、最恰當(dāng)催化劑，不單能夠有效地降低反應(yīng)條件，而且還能夠減少對(duì)反應(yīng)設(shè)備所提出來(lái)的要求，在提高經(jīng)濟(jì)效益、降低生產(chǎn)投入資本等方面都有著非常重要的作用，所以選擇出一種適合的催化劑非常重要，同時(shí)也具有一定的困難，因此，相關(guān)工作人員在日常的工作當(dāng)中，一定要不斷地進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)以及認(rèn)真學(xué)習(xí)，提高自己的綜合素養(yǎng)與工作能力，對(duì)于合成氣在有機(jī)化工生產(chǎn)當(dāng)中的利用方法進(jìn)行深入的分析與探討，為合成氣更好的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。