甲醇合成与精制

甲醇生产---甲醇合成与精制

甲醇合成与精制

甲醇是极为重要的有机化工原料和清洁液体燃料，是碳一化工的基础产品。合成气的主要成分是CO和H2，它们在催化剂作用下可制得甲醇。在石油资源紧缺以及清洁能源、环保需求的情况下，以煤为原料生产甲醇，有望成为实现煤的清洁利用，弥补石油能源不足的途径。一、甲醇有哪些物理性质和化学性质？由性质进而掌握甲醇分析检测及安全环保的相关知识。

1、物理性质：甲醇是最简单的饱和一元醇，俗称“木精”、“木醇”，其分子式为CH3OH，分子量为32.04。

常温常压下，纯甲醇是无色透明、易燃、极易挥发且略带醇香味、刺激性气味的有毒液体。甲醇能和水以任意比互溶，但不形成共沸物，能和多数常用的有机溶剂(乙醇、乙醚、丙酮、苯等)混溶，并形成恒沸点混合物。甲醇能和一些盐如CaCl2、MgCl2等形成结晶化合物，称为结晶醇，如CaCl2、CH3OH、MgCl2、6CH3OH，和盐的结晶水合物类似。

2、化学性质：甲醇不具酸性，也不具碱性，对酚酞和石蕊均呈中性。

甲醇有很强的毒性，口服5～10ml可以引起严重中毒，10ml以上造成失明，30ml以上可致人死亡。甲醇属神经和血液毒物，它可以通过消化道、呼吸道和皮肤等途径进入人体，对中枢神经系统有麻醉作用；对视神经和视网膜有特殊选择作用，引起病变；可导致代谢性酸中毒，故空气中甲醇蒸汽的最高允许浓度为操作区5mg/m3，居民区0.5 mg/m3。甲醇在常温下无腐蚀性，但对于铅、铝例外。

3、甲醇定性检测法：检测试剂为浓硫酸和间苯二酚溶液（5克／升）。检测时将一小段表面被氧化的细铜丝投入约6毫升含甲醇的试样中，间隔一段时间，将此溶液缓缓倒入浓硫酸之中，会出现分层现象，再滴加间苯二酚溶液2滴，在和浓硫酸的分界面之间会出现玫瑰红色，这就证明有甲醇存在。

二、甲醇的主要用途：

甲醇是一种重要基本有机化工原料和溶剂，在世界上的消费量仅次于乙烯、丙稀和苯。甲醇可用于生产甲醛、甲酸甲酯、香精、染料、医药、火药、防冻剂、农药和合成树脂等；也可以替代石油化工原料，用来制取烯烃（MTP、MTO）和制氢（MTH）；还广泛用于合成各种重要

的高级含氧化学品如醋酸、酸酐、甲基叔丁基醚(MTBE)等。

甲醇是较好的人工合成蛋白的原料，蛋白转化率较高，发酵速度快，无毒性，价格便宜。另外,由于世界石油供给不稳定因素的影响以及世界能源危机与交通运输业蓬勃发展形成了极度尖锐的矛盾。利用甲醇、二甲醚等清洁燃料部分替代汽油、柴油、液化石油气，其燃烧热值高、挥发性好且燃烧气毒物排放量低，在工业上和民用上具有较大的应用潜力。

三.简述甲醇合成的主要反应

一、甲醇合成反应机理

无论是锌铬催化剂还是铜基催化剂，其多相（非匀相）催化过程按下列过程进行：

a）扩散——气体自气相扩散到催化剂的界面；

b）吸附——各种气体在催化剂的活性表面进行化学吸附，其中CO在Cu2+上吸附，H2在Zn2+上吸附并异裂；

c）表面反应——化学吸附的反应物在活性表面上进行反应，生成产物；

d）解析——反应产物脱附；

e）扩散——反应产物气体自催化剂界面扩散到气相中去；

甲醇合成反应的速率。是上述五个过程中每一个过程进行速率的总和，但全过程的速率取决于最慢步骤的完成速率。研究证实，以上五个过程中a、e（扩散）进行得最快，b（吸附）、d（解析）进行的速度较快，而过程c（表面反应）分子在催化剂活性界面的反应速度最慢，因此，整个反应过程取决于表面反应的进行速率。

（1）、主要的化学反应

甲醇合成反应是多项铜基催化剂上进行的复杂的、可逆的化学反应。

CO+2H2→CH3OH+102.5kJ/mol

CO2+3H2→CH3OH+H2O+59.6kJ/mo

CO+H2O→CO2+H2+41.19 kJ/mol

（2）、甲醇合成的副反应

甲醇合成的副反应可能生成醇类、烃类、醛、醚类、酯类和元素碳等。其反应式如下：

烃类: 醇类

CO+3H2→CH4+H2O 3CO+3H2→C2H5OH+CO2

2CO+2H2→CH3+CO2 3CO+6H2→C3H7OH+2H2O

CO2+4H2 →CH4+2H2O 4CO+8H2→C4H9OH+3H2O

2CO+5H2→C2H6+2H2O

CH3OH+nCO+2nH2→CnH2n+1CH2OH+nH2O

3CO+7H2→C3H8+3H2O

nCO+(2n+2) H2→C n H2n+2+nH2O

醛类CO+H2→HCHO 醚类2CO+4H2→CH3OCH3+H2O 2CH3OH→CH3OCH3

酸类CH3OH+nCO+2(n-1)H2→CnH2n+1COOH+(n-1)H2O

酯类2CH3OH → HCOOCH3+2H2CH3OH+ CO→HCOOCH3 CH3OH+ CH3COOH→CH3COOCH=3+ H2O CH3COOH+C2H5OH→CH3COOC2H5+ H2O 元素碳2CO C+CO2

四.简述影响甲醇合成速率的主要因素及如何提高甲醇合成的速率

（操作温度，操作压力，催化剂性能，空速，原料气的氢碳比）

甲合成反应为放热、体积缩小的可逆反应，温度、压力及气体组成对反应进行的程度及速度有一定的影响。下面围绕温度、压力、气体的组成及空间速度对甲醇合成反应的影响来讨论工艺条件的选择。

1、温度在甲醇合成反应过程中，温度对于反应混合物的平衡和速率都有很大影响。对于化学反应来说，温度升高会使分子的运动加快，分子间的有效碰撞增多，并使分子克服化合时的阻力的能力增大，从而增加了分子有效结合的机会，使甲醇合成反应的速度加快；但是，由一氧化碳加氢生成甲醇的反应和由二氧化碳加氢生成甲醇的反应均为可逆的放热反应，对于可逆的放热反应来讲，温度升高固然使反应速率常数增大，但平衡常数的数值将会降低。因此，选择合适的操作温度对甲醇合成至关重要。所以必须兼顾上述两个方面，温度过低达不到催化剂的活性温度，则反应不能进行。温度太高不仅增加了副反应，消耗了原料气，而且反应过快，温度难以控制，容易使催化剂衰老失活。一般工业生产中反应温度取决于催化剂的活性温度，不同催化剂其反应温度不同。另外为了延长催化剂寿命，反应初期宜采用较低温度，使用一段时间后再升温至适宜温度。

2、压力甲醇合成反应为分子数减少的反应，因此增加压力有利于反应向甲醇生成方向移动，使反应速度提高，增加装置生产能力，对甲醇