合成氣在有機化工生產中的利用方法研究

許穎芬

（朔州職業技術學院，山西朔州 036002）

時代在不斷地發展，科學技術也從未停止過革新的腳步，在新時代當中，有機化工企業呈現出了蓬勃的發展態勢，同時，也讓合成氣成了有機化工生產過程當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于合成氣在有機化工生產當中的利用方法進行深入的 探討。

1 合成氣的組成分析

21世紀的到來，在新時代的大背景之下，大眾對于自己的生活質量、環境等各方面都加強了關注，并且提出了更高的要求。通過對合成氣進行認真的分析和研究，發現其主要是以氫和一氧化碳作為了主要成分，具有混合性特點的氣體，它最早是由煤炭制備而成，伴隨著時間的不斷推移，由氣體和液態烴原料，也就是天然氣、煉廠氣、汽油等共同制備而成，其最大的優勢與特點就是活性非常好，是有機化工生產過程當中最重要的原料之一，合成氣憑借著自身強大的優勢與特點，可以科學、合理地運用其他方法無法運用的有機廢料或者是與其他原料進行充分的融合，最終制成新的有機化工產業原料。通過將合成氣加入化工生產過程當中，能夠得到有機化工產品并且廣泛的應用，在人們的生活和生產當中，合成氣無論是開發還是運用價值都備受關注與 重視。

2 合成氣一步法制取二甲醚的生產技術

通過對于二甲醚進行分析和了解，發現它是一種無色、無毒，并且對于環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中，都可以見到其身影。另外，合成氣在農藥、燃料等許多行業當中都可以科學的運用，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，在燃燒的過程當中，可以真正地實現無硫的排放。合成氣反應活性非常的好，在有機化工生產的過程當中，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品原料。

2.1 一步法合成二甲醚的反應原理

在制備二甲醚過程中應用合成氣一步制備方法，具體步驟是在同一組容器中發生兩步反應，接著發生后續反應，并且對生產出的甲醇直接脫水，由此制備出二甲醚。通過將其與兩步法進行科學、合理的比較，發現二者之間有著很大的差異，一步法能夠讓合成氣當中的CO單程轉化率提高50%左右，并且操作十分的簡單。與此同時，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格受到甲醇價格的影響程度。

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，針對催化劑需要嚴格篩選，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，最終所呈現出來的效果才是最為理想的。在科學工作者研究出銅基催化劑以來，逐漸地取代了傳統催化劑（如鋅鉻催化劑），同時演變成當前應用范圍最為廣泛的甲醇合成催化劑。據了解，銅基催化劑當中最常用的兩種助化劑主要包括Zn與Al，通過Zn的加入，可以進一步增加銅的表面積；Al的作用就是結構助劑，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 合成氣生產甲醇生產技術

甲醇具有易揮發、易燃燒的特點，而且是無色的液體，散發出來的氣味與酒精相似。在有機合成工業當中，甲醇與乙烯、丙烯等基礎原料一樣，受到了關注與重視，并且廣泛應用在生產塑料、合成纖維、農藥、染料、油漆等工業中，另外，甲醇也可以作為萃取劑使用。

近幾年來，科學技術呈現出了高速的發展態勢，將甲醇作為主要的原料，生產出了各種有機化工產品，工業上生產甲醇也有許多的方法，現階段主要運用的是以合成氣作為主要原料的化學合成方法[1]。

3.1 以合成氣制甲醇生產技術的主要反應原理

主反應包括：CO+2H2=CH3OH。在合成甲醇的過程中，會涉及許多的副反應，分為兩種，即平行副反應與連串副反應，副反應的出現，不單單會消耗大量的原料，最重要的是冷凝現象不會使得制備出的甲烷跟著產品發生，甲烷會持續不斷地開展循環，這就會在不同程度上給主反應化學平衡、化學反應速率造成影響，所以為了能夠更好地對于副反應進行有力的控制，在其反應的過程當中，可以加入一些催化劑[2]。

3.2 催化劑的選擇

早在20世紀60年代左右，就已經開發成功了銅基催化劑，銅基催化劑不但性能好，而且活性極高，適宜的反應溫度為493~543K，被廣泛應用在低壓法甲醇合成當中[3]。事實上，在低壓法甲醇合成工業化之前，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于硫非常的敏感，非常容易出現中毒事故，而且熱穩定性非常的差，經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，將甲醇合成塔的結構進行了有效的改變，讓反應的溫度能夠得到嚴格的控制，延長了銅基催化劑的使用時間與壽命，這樣運用銅基催化劑的低壓法合成甲醇，才能夠真正地實現工業化[4]。

3.3 甲醇合成工藝的條件

第一，反應的溫度。最合適的溫度與轉化深度以及催化劑的老化程度之間有著緊密的聯系和關系。為了能夠讓催化劑的使用壽命更長，在初期時，需要運用非常低的溫度，運用一段時間之后，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，反應溫度也需要進行提升。因為合成甲醇是放熱反應，反應熱需要第一時間排除，否則，就會導致催化劑的溫度不斷升高，增加副反應出現的可能與概率。

第二，反應的壓力。在合成甲醇反應中，一氧化碳加氫實質上是降低了摩爾數的化學反應，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中，因為其回應非常的高，反應溫度很低，所以反應壓力也可以適當降低一些[5]。

4 由合成氣合成乙二醇生產專業技術

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

在制備乙二醇生產工藝中，原材料主要是采用一種來源廣、價格低、功能性強的合成氣，吸引了越來越多的研究者的關注與研究興趣[6]。合成氣合成乙二醇分為兩個類型，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濟價值，但是在實際當中，還需要進一步緩和反應條件，提升催化劑的活性；而間接合成法，則因為路線的不同，所取得的進展也會有很大的差異[7]。

4.1 合成氣直接合成法

遵循原子反應的要求，利用合成氣直接合成乙二醇的生產工藝步驟簡單，與此同時反應選擇性、反應轉化率都不高，體現出極高的大規模生產價值。事實上，在制備乙二醇生產工藝中，合成氣早在20世紀80年代的時候就被認定為最佳催化劑，涵蓋了兩種催化劑，即銠催化劑、釕催化劑。但是所呈現出來的效果，還需要不斷地加強，伴隨著時間的不斷推移，直接法所取得的成果當中，還不能夠真正實現工業化，它的發展空間非常大，如果能夠得到有效的突破，必定會大幅增加其競爭力[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程中無法避免出現各種各樣的困難，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，這是現階段研究過程當中最重要的一個部分，特別是甲醛，已經作為直接法合成乙二醇的中間體，更值得人們加強對其的關注與重視[9]。甲醇甲醛路線合成乙二醇的研究非常的成熟，主要分為了幾個重點的方向，其一，甲醇脫氫二聚法；其二，二甲醚氧化偶聯法；其三，甲醛縮合法等等。另外，甲醛和甲酸甲酯偶聯方法可以合成乙二醇，但是現如今并沒有研究成功，還處在研究的過程當中。

4.3 草酸酯合成法

通過對草酸酯的合成方法進行分析和研究，主要就是運用醇類與N2N3反應生成亞硝酸酯，在Pd催化劑上面氧化偶聯得到了草酸二酯，草酸二酯在經過催化加氫制作成為乙二醇，這一過程在實際發生的過程當中，并不會對醇類和亞硝酸產生任何的消耗，最終只是合成的草酸，最常見的物質主要包括甲醇、乙醇，以此來獲得亞硝酸鉀酯或者是亞硝酸乙酯與CO進行氧化偶聯[10]。

據了解，草酸酯合成乙二醇工藝對其工藝并未提出更高的要求，反應條件非常的溫和，現如今在工業企業發展過程當中，有很大希望成為大規模生產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，需要相關工作人員進行深入的分析和研究，不可出現盲目性，最終找到最合適、最恰當的合成氣直接合成方法，反應條件非常嚴格，假如真正地實現了突破，那么競爭力會非常的強。但是現如今的成果還無法真正實現工業化。在甲醇甲醛合成方法當中，其中有明顯優勢的就是甲醇縮合法和甲醇氫鉀酰化法，甲醇縮合法路線非常的溫和，雖然說消耗了大多的能量，但是在電力資源非常豐富的地區，競爭力還是非常大的；而甲醇氫鉀酰化法也有一定的實力，主要體現在了運用銠催化劑上面，反應條件與前者相比，稍微溫和一些，但是生產效率非常高。草酸酯合成法在現如今距離大規模工業化生產距離很近，因為其對工藝條件并未提出很高的要求，反應條件也十分溫和，所以在不久的將來，極有可能會成為合成氣合成乙二醇過程當中最重要的方法，需要加大對其的關注與重視[11]。

5 結語

合成氣生產乙二醇、甲醇以及乙二醚是合成氣在有機化學當中應用最為廣泛的，所涉及的反應都非常的簡單，而且對于工藝條件并未提出更高的要求，只是選擇出最恰當的催化劑以及相關的條件即可，并且最終所取得的轉化率也較好。因為合成氣憑借自身強大的優勢與特點，可以有效地被應用在農業、醫藥、合成纖維等眾多的工業領域當中去，所以它的發展前景是非常廣闊的，用合成氣生產的乙二醇、甲醇以及以乙二醚等產品，在人們的生活、生產當中得到了關注與重視，并且應用的范圍非常廣泛，在生產工藝當中，催化劑憑借著自身強大的優勢與特點成了最重要的組成部分，選擇一種最合適、最恰當催化劑，不單能夠有效地降低反應條件，而且還能夠減少對反應設備所提出來的要求，在提高經濟效益、降低生產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，同時也具有一定的困難，因此，相關工作人員在日常的工作當中，一定要不斷地進行經驗的總結以及認真學習，提高自己的綜合素養與工作能力，對于合成氣在有機化工生產當中的利用方法進行深入的分析與探討，為合成氣更好的發展奠定基礎。