甲醇合成铜基催化剂催化活性及失活研究
甲醇合成催化剂失活分析
甲醇合成催化剂失活分析摘要：现如今，随着我国经济的发展与社会的进步，化工生产领域也成功步入到了高速发展的新阶段。
如果还想要提高化工生产的创造力与生产能力，相关工作人员就需要针对铜基催化剂的内容进行深入的探究。
站在客观的角度上进行探究，甲醇合成铜基催化剂在探析工作的相关流程上，发现了失活问题在化工生产目标中所造成的影响不容忽视，针对这些负面影响我们需及时制定应对措施，这对于今后的工作可以取得佳绩提供了非常大的帮助。
本文就甲醇合成铜基催化剂失活的影响原因进行了详细分析，以此希望能够为化工生产的系列工作提供帮助。
关键词：甲醇；铜基催化剂；失活一、造成甲醇合成铜基催化剂失活的因素在化工产业的新时期发展中，作为极具代表性的甲醇合成铜基催化剂想要取得进一步佳绩，除了解决现有的系列问题外，还需针对相关工作做出贡献，这样才有利于为日后工作提供相应的的帮助。
把过去工作中的相关经验与线下工作的标准相结合起来，就可以发现影响甲醇合成铜基催化剂失活的因素可分为两项。
一、在对原材料的选择过程中，并没做出良好的选择，导致原材料中所含杂质过高，这直接影响到了其在生产过程中的效率与质量，以至于产品达不到最初预期。
二、出现甲醇合成酮基催化剂失活的影响因素还与技术人员的工作能力相关，能力不足就会导致失活情况的出现，以至于在化学反应的综合把控中达不到预期效果，最终导致出现了不良影响。
二、如何判断催化剂活性好坏（一）热点温度在化学工业上，通常把合成塔轴线上温度的最高点称为热点温度。
热点温度与铜基催化剂活性两者呈正相关，铜基催化剂活性越高，也就代表着热点温度位置越高。
在其床层的上方位置反应物的浓度可以达到最高值，生成物的浓度相反确是最低点，这时所形成的运动反应是最剧烈的，铜基催化剂的温度也因此呈持续上升趋势。
当到达温度巅峰值后，生成物的浓度增加反应物的浓度降低，反应进程开始减慢。
反应的生成物热量被带走，床层的温度逐渐降低。
（二）铜基催化剂床层温差铜基催化剂的床层温度变化过大，就会造成部分床层温度达不到铜基催化剂活性温度的状况出现，这就会出现变化反应都集中在局部活性温度达标的地点，从而释放热量，因此化学反应越剧烈就会带动床层温度变化越大,铜基催化剂的活性温度也就因此变得更好了。
甲醇合成铜基催化剂催化活性及失活研
甲醇合成铜基催化剂催化活性及失活研究1引言甲醇是一种极其重要的化工原料，主要用于生产一系列化工产品，还可用作潜在的车用醇醚燃料电池的燃料等。
随着甲醇制烯烃等技术进步及下游产品的开发，特别是甲醇燃料电池的开发和应用，合成甲醇的研究越来越受到广泛重视。
目前，甲醇的工业生产主要是采用CO/CO2催化加氢技术，所以甲醇合成催化剂的研发是甲醇合成工业的基石。
甲醇工业的发展很大程度上取决于催化剂的研制及其性能改进。
在甲醇生产中，很多工业指标和操作条件都是由催化剂的性质决定的。
随着甲醇工业的快速发展，对甲醇合成催化剂的研究开发提出了更高的要求。
2 甲醇合成催化剂在甲醇合成过程中，催化剂的重要性显而易见，目前工业上使用的甲醇合成催化剂一般可分为锌铬催化剂和铜基催化剂两类。
国外比较有名的研究和生产甲醇合成催化剂公司主要有英国ICI公司、德国BASF公司、德国SudChemie公司和丹麦TopsΦe公司等，国内研究铜基催化剂的院所主要有南化集团研究院、西南化工研究设计院，西北化工研究院及齐鲁石化研究院等[1]。
锌铬(ZnO/Cr2O3)催化剂由德国BASF公司于1923年首先开发研制成功。
操作温度必须在590 K~670 K，操作压力必须为25 MPa~35MPa，锌铬催化剂的特点是：耐热性能好、对硫不敏感，机械强度高，使用寿命长，使用范围宽，操作控制容易，但是其活性低、选择性低、产品中杂质复杂，精馏困难。
铜基催化剂由英国ICI公司和德国Lurgi公司先后研制成功，操作温度为210℃~300℃，压力为5MPa~10MPa，比传统的合成工艺温度低得多，对甲醇反应平衡有利。
其特点是：活性好，单程转化率为7%~8%；选择性高，大于99%，易得到高纯度的精甲醇；耐高温性差，对合成原料气中杂质比较敏感。
目前工业上甲醇的合成主要使用铜基催化剂。
近年来，新型催化剂的研制也在一直进行，新型催化剂的研制方向在于提高活性，改善热稳定性及延长催化剂使用寿命等，如钯系、钼系及低温液相催化剂，但这些催化剂因活性不理想或对甲醇的选择性较差，还只停留在研究阶段未实现工业化。
甲醇合成催化剂的进展
甲醇合成催化剂的进展摘要:本文综述了甲醇合成催化剂的现状，对各种催化剂的性能、特点进行了对比分析，介绍了甲醇合成催化剂的最新技术进展。
关键词：甲醇催化剂1前言甲醇是一种重要化工原料,可广泛用于医药、农药、染料、合成纤维、合成树脂和合成塑料等工业,更重要的是随着石油资源日益短缺,石油价格急剧攀升，甲醇做为可替代能源，大力发展甲醇燃料和甲醇制低碳烯烃及其产品的技术具有巨大的潜力和十分广阔的前景。
充分利用我国丰富的煤炭资源发展合成甲醇具有十分重要的意义。
合成甲醇催化剂是合成甲醇的关键技术之一,本文仅从合成甲醇催化剂的性能参数等方面介绍国内外甲醇催化剂的研究情况和进展[1]。
当代甲醇生产技术以海尔德-托普索（Haldor Topsoe）公司、Kvaerner工艺技术/Synetix公司（英国）、克虏伯-乌德公司、鲁齐油气化学（Lurgi）公司、Synetix公司的技术最为典型。
2甲醇催化剂的现状2.1 锌铬催化剂锌铬(ZnO/Cr2O3)催化剂是一种高压固体催化剂,由德国BASF公司于1923年首先开发研制成功。
锌铬催化剂的活性较低,为了获得较高的催化活性,操作温度必须在590 K~670 K。
为了获取较高的转化率,操作压力必须为25 MPa~35 MPa，故称为高压催化剂。
锌铬催化剂的特点是: a)耐热性能好，能忍受温差在100℃以上的过热过程；b)对硫不敏感；c)机械强度高；d)使用寿命长、范围宽，操作控制容易；d)与铜基催化剂相比较, 其活性低、选择性低、精馏困难(产品中杂质复杂)。
由于在这类催化剂中Cr2O3的质量分数高达10%, 故成为铬的重要污染源之一。
铬对人体是有毒的, 目前该类催化剂已逐步被淘汰。
2.2 铜基催化剂铜基催化剂是一种低温低压甲醇合成催化剂，其主要组分为CuO/ZnO/Al2O3(Cu-Zn-Al),由英国 ICI公司和德国Lurgi公司先后研制成功。
低(中) 压法铜基催化剂的操作温度为210℃~300℃，压力为5MPa~10MPa，其特点是：a)活性好，单程转化率为7%~8%；b)选择性高，大于99%，其杂质只有微量的甲烷、二甲醚、甲酸甲酯，易得到高纯度的精甲醇；c)耐高温性差，对硫敏感。
甲醇合成技术的研究进展
甲醇合成技术的研究进展摘要：甲醇具有来源广、易储存运输、原料价格竞争力强等优势，被视为极具潜力的生物制造非糖基碳源资源。
常用的模式底盘微生物研究历史长、认知清楚、操作工具多，在工程化改造中具有显著优势。
近年来，通过借鉴天然甲基营养型微生物的甲醇利用途径对模式底盘进行改造，获得具备高效利用甲醇能力的合成甲基营养细胞工厂的研究日益受到关注。
关键词：甲醇合成研究进展中图分类号：Q816 文献标识码：A引言某容器制造厂新接成套甲醇合成装置，由于甲醇合成反应器是甲醇装置中的大型关键设备，该设备尺寸大，结构复杂，成型和组装都具有一定难度，其主要受压元件材料的选用、焊接、无损探伤和热处理技术等要求较高，所以需要制定严密的制造工艺方案和监督检验计划，严格控制和监检各关键环节，确保甲醇合成反应器的质量达到设计和国家相关标准要求。
1甲醇合成系统现状分析目前，焦化厂大都以剩余焦炉煤气为原料，采用铜基催化剂，通过低压法制备甲醇。
甲醇合成塔为合成系统的关键装置，其设计生产能力为年 10 万 t/a，设备操作温度为255 ℃，额定工作压力为5．8 MPa。
自甲醇合成系统投产以来，甲醇的产量达到预期的水平，但是根据所配置设备的能力，甲醇合成系统及工艺还存在进一步优化改进的问题。
为进一步增加甲醇合成的产量，在原甲醇合成塔的基础上为其新增并联甲醇合成塔，与此同时还降低了甲醇的生产成本。
实践表明，并联新的甲醇合成塔后，系统中 CO 和 CO2的转化率得到显著提升，进而导致循环气中的 CO 和 CO2含量明显降低，有时会降低至2%以下。
循环气中 CO和 CO2含量的降低，导致合成塔中的 H2过剩，造成合成塔中碳含量与氢含量的严重失衡，最终严重影响甲醇的产量[1]。
2合成甲基营养细胞工厂中构建RuMP同化甲醇2.1增强甲醛受体再生合成甲基营养细胞工厂中甲醛受体Ru5P不足是限制甲醇同化效率的关键原因，阻断F6P进入氧化型磷酸戊糖途径的代谢流，提高非氧化戊糖磷酸途径（non-oxidative pentose phosphatepathway， PPP）相关基因的表达，是增强Ru5P再生的一种策略。
铜系催化剂应用综述
铜系催化剂应用综述医药化工学院化学工程与工艺专业学生：陈立峰陈峰舒文强陈灵指导老师：摘要铜作为催化剂, 具有价格低廉、毒性低等优点, 此外, Cu物种比较温和而且配体简单, 正因为如此, 应用Cu 盐进行催化化学反应是目前非常热门的一个领域。
以下介绍Cu催化剂应用的研究与新应用。
关键词铜系催化剂合成甲醇催化剂铜系催化剂热分析铜系催化剂热相分析1 铜系催化剂的各方面应用2.1 Cu 催化交叉偶联反应2.1.1 Ullmann 反应早期的Ullmann 反应局限于卤代芳烃和芳基亲核化合物( 如芳胺、酚类、硫酚类等) 之间的偶联. 尽管实际起作用的是一价铜络合物, 在反应中人们通常使用过量的铜粉. 反应的温度通常高达200℃, 反应的后续处理困难, 反应产物复杂, 反应的产率也不高. 尽管如此, 由于在早期人们没有其它办法来实现亲电性sp2 碳与亲核试剂之间的直接偶联,Ullmann 反应仍然被合成工作者大量使用. 1998 年, 马大为等报道了卤代芳烃与A-氨基酸之间进行偶联得到N-芳基-A-氨基酸的反应. 这一反应使用CuI作催化剂, 溶剂为DMA, 反应条件较为温和. 利用该反应, 他们合成了重要的医药试剂Benzolactam-V8.2001 年, 马大为等又将上述催化体系应用到B-氨基酸的芳基化中, 同样取得了很好的结果(Eq. 1) . 他们发现B-氨基酸也可以加速反应的进行, 其机理类似于A- 氨基酸的芳基化过程. 利用这一反应, 他们成功地合成了SB-214857.(1) Buchwald 研究组最终找到了一种通用、温和、简单, 而且高效的碳、氮偶联方法. 使用该方法, Buchwald 等高产率地合成了一系列的芳香胺、脂肪胺、酰胺以及吲哚等芳基化产物. 作为一个成功的例子, 下面的成环反应可以使用CuI 作为催化剂, N, Nc-二甲基乙二胺作为辅助配体, 通过分子内的胺芳基化来实现( Eq. 2) . 该反应可在室温下进行, 产率很高.(2)同时, 他们还发现该催化体系有很好的选择性. 在单取代酰基肼的氮芳基化中, 以叔丁氧甲酰肼为底物和间位和对位取代的碘苯进行的反应时, 只是得到N-芳基化合物A,而苯甲酰肼和邻位取代的碘苯进行反应时, 得到的是Nc-芳基化合物B ( Eq. 3)(3) Buchwald 等最近将这一催化体系应用到碳、卤偶联化合物的制备. 他们发现以下的反应可以高效地将芳烃或者烯烃的溴化物转化为碘化物( Eq. 4 .（4）Cuny 等使用( CuOTf) 2PhMe 作为催化剂制备了具有生物活性的2-羟基-2c甲氧基二苯基醚(Eq.5) . 他们还应用该反应简捷地合成了有助于神经生长的药物verbenachalcone.（5）Venkataraman[ 46] 报道了CuI 催化的碳-硒交叉偶联反应( Eq. 6) . 该反应使用CuI 和2, 2c- 联喹啉亚铜作为催化体系, 以叔丁基钠( 对于富电子的芳香碘) 和碳酸钾( 对于贫电子的芳香碘) 作为碱, 合成了十八种的碳) 硒化合物, 最高的产率达到92%.（6）2.1.2Stille 反应Stille 反应通常是由钯催化的芳基锡化合物与芳基卤代物之间的交叉偶联反应. 目前该反应已经广泛地被应用在有机合成中, 用于制备各种不对称的芳香交叉偶联产物.由于锡烷化合物对于水汽和空气都是稳定的, 并且对很多的官能团表现出化学惰性, 因而它们应用范围很广. 同时, 由于Stille 反应中生成不溶的锡盐类, 所以可以很容易实现目标产物与副产物的分离.尽管Stille 反应通常由Pd 来催化, Roth 等。
甲醇合成催化剂知识
甲醇合成催化剂知识d i4 X+ }1 z! j0 v1 铜基催化剂的催化原理 + W7 b1 C1 Y9 W4 M1 h)o9 F0 t8 j* c: D q, |6 O 目前,低压甲醇合成铜基催化剂主要组分是 CuO、ZnO和Al2O3,三组分在催化剂中的比例随着生产厂家的不同而不同。
一般来说, CuO的质量分数在40% ~80%, ZnO的质量分数在10% ~30%, Al2O3的质量分数在5% ~10%。
铜基催化剂在合成甲醇时, CuO、ZnO、Al2O3三组分的作用各不相同。
CO和H2在催化剂上的吸附性质与催化剂的活性有非常密切的关系。
在铜基催化剂表面对CO的吸附速率很高,而H2的吸附则比CO 慢得多。
ZnO是很好的氢化剂,可使H2被吸附和活化, 但对CO几乎没有化学吸附,因此可提高铜基催化剂的转化率。
纯铜对甲醇合成是没有活性的,H2和CO合成甲醇的反应是在一系列活性中心上进行的,而这种活性中心存在于被还原的Cu-CuO界面上。
在催化剂中加入少量 Al2O3的首要功能就是阻止一部分氧化铜还原。
当催化剂被还原后,开始进行反应时,合成气中的H2 和CO都是还原剂,有使氧化铜进一步还原的趋势。
这种过度的还原,使得活性中心存在的界面越来越小,催化剂活性也越来越低。
从合成的整个过程来看,随着还原表面向催化剂的内层深入,未还原的核心越来越小,作为被还原的Cu-CuO界面的核心表面积也越来越小,催化剂的活性降低,合成反应速率随之降低。
研究认为,Al2O3在催化剂中作为结构助剂起阻碍铜颗粒烧结的作用, CuO/ZnO/Al2O3催化剂的活性远高于双功能催化剂CuO/ZnO的活性。
q7 h- G8 n9 ]$ B5 m- Q: ?& ]/ D2 铜基催化剂助剂6 j8 } x5 L! ?0 V1 l1 K4 H$ Q! m% g\5 K8 e) C+ g5 A)E! ~ 铜基催化剂助剂的研究是甲醇合成催化剂研究的一个重要课题。
甲醇合成铜基催化剂末期运行优化分析
甲醇合成铜基催化剂末期运行优化分析袁向平【摘要】在刚开始进行甲醇的合成生产时候,会经常面临开车以及停车的现象,具有复杂的工况以及比较大的操作变化,这样一来就非常容易造成氢碳之间的比例不符合规定,而且有毒物质所积累的时间也会比较长.一般来说,当甲醇合成催化剂处于生产末期的时候,其热点的温度会相应地有所下降,造成甲醇的产量降低.主要讨论了如何实现对于气体组分的有效控制,例如对于一氧化碳或者二氧化碳的有效控制,此外,还讨论了面对惰性气体的相对含量比较高的情况下通过对汽包的压力大小进行控制将合成塔的相对温度降低,从而可以有效地延长催化剂的使用寿命.%At the beginning of the synthesis of methanol production,it often faces the phenomenon of driving and parking,with complex conditions and relatively large operating changes,so it is very easy to cause the ratio between hydrogen and carbon not to meet the requirements,And the accumulation of toxic substances will be longer time. In general,when the catalyst for methanol synthesis is in the final stage of production,the temperature of hot spots decreases correspondingly,resulting in the decrease of methanol production. It mainly discusses how to effectively control the gas components,such as the effective control of carbon monoxide or carbon dioxide. In addition,it is also discussed that when the relative content of inert gas is relatively high,the pressure of the steam drum is controlled to control the synthesis The relative temperature of the tower decreases,which can effectively extend the service life of the catalyst.【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2018(044)002【总页数】2页(P14,82)【关键词】甲醇合成;铜基催化剂;催化剂末期;工艺优化【作者】袁向平【作者单位】陕西神木化学工业有限公司,陕西榆林 719319【正文语种】中文【中图分类】TQ223.1211 概述从目前来看，对于甲醇的合成所采取的方法主要就是鲁奇工艺，通过将气冷合成塔与水冷合成塔相互串联来实现对于甲醇的有效合成。
甲醇合成的机理及其相关问题研究
共 沉 淀 法 是 首 先 用沉 淀 剂将 铜 盐 和锆 盐 混 合 的 溶 液 进 行 共 沉 淀 ． 再 将 沉 淀 经 过 老化 、 涤 、 滤 、 洗 抽 干燥 、 烧 和成 型 制得 催 化 剂 。 沉 淀 ２ 焙 共 法 又 可 以 分 为 顺 加 法 、 加法 和 并 流法 。顺 加 法 是 将 沉 淀 剂 加 入 到铜 反
制备 方 法一 般如 下 ： 首先 将 Ｃ （ ０） Ｚ （ ０ Ｚ （０） 配成 ｕ Ｎ ３、ｎＮ ３ 和 ｒ ３ ２ ） Ｎ
１ 铜 基 甲醇 合 成 催 化 剂
１３ 助 剂 的影 响 ．
目前 ，铜 基 催 化 剂 是 Ｃ 或 Ｃ ： 氢 合 成 甲醇 的通 用催 化 剂 ， Ｏ Ｏ加 其 １１ 合 成 技 术 ． 中 Ｃ ＯＺＯ 催化剂活性和选择性都 比较好 ， ｕ ／ｒ 但此催化剂寿命短 ， 稳定 国 内近 些 年 对 甲醇 催 化 剂 的 研 究 相 当 多 。如 ： 化 院 自主 开 发 的 性也不高 。 南 在铜基催化剂 中引入助剂可在很大程度上改善催化 剂的反
Ｎ ３ ７型甲醇合成催化剂 具有机械强 度好 、 Ｃ０ 还原 温度低 、 反应 活性和 甲醇 选 择 性 高 等 特 点 ；西 南 院 开 发 的 Ｃ ０ — ３ ２ ２型 和 Ｘ Ｃ ９ Ｎ 一 ８型 甲 醇 催 化剂 ， 定性非常好 ， 稳 同时 Ｃ 化 率 也 比较 高 ； 鲁 石 化 研 究 院 开 发 Ｏ转 齐 的 Ｑ Ｍ一 １ 甲醇 催 化 剂 ， 成 了 １ ０ ｈ立 升 级 侧 流 试 验 。 Ｃ ０型 完 ０ｏ
对 甲 醇催 化 剂 性 能 的 影响 等 方 面 。
【 键 词】 工工艺； 化 剂 ； 关 化 催 制备 工 艺 ； 性组 分 ； 定性 ； 济性 ； 应 机 理 ； 活 稳 经 反 节能 减 排 ； 环 经 济 循
甲醇合成催化剂失活及影响因素分析
甲醇合成催化剂失活及影响因素分析摘要：甲醇 (CHOH) 是一种结构最简单的一元醇，也被称为木醇，因为它最3初存在于干燥的蒸馏木材中。
甲醇是一种无色挥发性液体，有酒精气味。
它是一种重要的化工原料，广泛用于化学实验和化学领域。
用途广泛，不仅可作为萃取剂，还可作为化工原料及其加工产品，如甲醛、醋酸、农药等。
随着科学技术的发展，甲醇转化为烯烃生产技术不断发展，甲醇转化为高附加值产品的力度不断加大对甲醇的需求不断增长，甲醇合成领域的研究越来越受到研究关注。
催化剂是一类能够在化学反应过程中改变化学反应速率而不被自身消耗的物质，广泛应用于许多化学反应中。
催化剂作为甲醇合成中的一个非常重要的环节，与甲醇生产中的许多条件和性能指标密切相关，其种类、性能和活性对甲醇的合成起着重要的作用。
因此，有必要对催化剂活性进行系统的分析和研究。
关键词：甲醇合成；催化剂失活；影响因素引言甲醇制烯烃是以甲醇为原料，在催化剂的作用下，在流化床反应器中进行脱水和碳链重整的过程，实现MTO工艺优化的核心和关键是MTO催化剂，具有极高的比表面积、良好的水热稳定性、丰富的质子酸性和离子交换位，独特的八元环三维孔道体系更使得它拥有了极好的小分子择形催化性能。
甲醇制烯烃SAPO-34分子筛工业化应用过程中因反应物、反应过程及传质等问题，引起催化剂失活和磨损，导致催化剂需要再生和补充新的催化剂，增加了生产成本，必须进行再利用。
本文综述甲醇合成催化剂失活的影响因素，并对提高甲醇合成催化剂活性的措施进行总结，提出甲醇催化剂今后的发展方向。
1甲醇合成催化剂失活的影响因素1.1结蜡问题( 1) 在催化剂装填过程中，如果铁锈或油脂等杂质带入合成塔内，会降低催化剂的活性和选择性，促进石蜡的生成。
( 2) 铜基催化剂在使用过程中，随着使用时间的增加，特别是催化剂使用中后期，受催化剂选择性的限制，会生成一定量的石蜡。
同时，甲醇生产时难免会伴有少量甲酸及其他有机酸生成，这些酸类物质在 CO 的作用下腐蚀合成塔生成Fe( CO)5与 Ni( CO)4，加速石蜡的生成。
铜基催化剂的制备方法及其载体与助剂-有机化学论文-化学论文
铜基催化剂的制备方法及其载体与助剂-有机化学论文-化学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——木材干馏、粮食发酵等是早期获取醇类的主要途径，产量较小，仅被用作医疗、饮食、香料、染料等日用品的生产原料或溶剂。
1923年，德国BASF公司最早开发了以CO和H2为原料，在10~30MPa压力和ZnO-CrO3催化体系作用下生产甲醇的工艺技术[1].目前，合成气制甲醇是仅次于合成氨技术的第二大规模催化反应工艺。
1966年，英国ICI公司成功开发CuO-ZnO系催化剂的低压合成法；1970年，德国Lurgi公司成功开发GL-104型CuO-ZnO 系催化剂的低压合成法；1972年，英国ICI公司成功开发ICI51-2型CuO-ZnO系催化剂的中压合成法。
随后各国还开发了MGC法、BASF法、Topsoe法，以及波兰、前苏联等国的低压法。
甲醇的大规模合成，推动了甲醇下游产业的快速发展。
在过去的几十年中，甲醇制汽油（MTG, 美国ExxonMobil公司）、甲醇制低碳混和烯烃（MTO,中国科学院大连化学物理研究所）、甲醇制丙烯（MTP,德国Lurgi公司）工艺相继开发成功，一定程度上缓解了石油资源紧张的形势，尤其是在中国这样缺油、少气、多煤的国家，其重要性尤为突出。
除甲醇外，乙醇、乙二醇等低碳醇在现代化工过程中也得到了广泛应用，尤其是消耗量较大的燃料生产和聚酯纤维加工行业，对醇类的需求量与日俱增。
低碳醇类作为燃料具有减少温室气体排放、减少有毒物质排放、提高能源效率和降低燃料成本的独特优势[2].以CO、羧酸、脂类等为原料，在催化剂作用下加氢生产低碳醇，引起了广泛关注和研究。
羰基加氢反应要求催化剂具有较高的催化活化C=O键和氢键的能力。
可以活化氢键的金属包括钴（Co）、镍（Ni）、铷（Rb）、铑（Rh）、钯（Rb）、锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）、钪（Sc）、钛（Ti）、锆（Zr）、铜（Cu）等[3].Cu基催化剂还具有很弱的C-O断键能力和形成C-C的能力，对生成石蜡的活性较低，因此表现出了较高的醇类产物选择性[4-6].金属催化剂中，金属的晶体结构和电子结构会影响表面反应类型和吸附性能，从而影响催化剂活性和产物选择性。
铜基甲醇催化剂失活因素及解决措施研究进展
甲醇合成反应是一类非常重要的反应，因为甲醇不仅是一种能源载体，更重要的是，甲醇通过MTG、MTO、MTH等过程[1鄄3]转化为高附加值产品越来越受到研究者们的关注。
自1923年德国BASF公司第一次实现甲醇工业化以来，用于合成甲醇的催化剂主要分为两类，一类是铜基催化剂，另一类是贵金属催化剂[4,5]。
由于贵金属催化剂费用高、污染大等问题，目前甲醇合成反应中使用最普遍的是铜基催化剂。
自从铜基催化剂应用在甲醇合成以来就得到大家的广泛关注，这是由于其较高的活性和选择性。
但不幸的是，如果催化剂没有非常好的稳定性，那么其工业应用就会受到很大的阻碍，因此铜基催化剂的稳定性是目前研究的热点。
据有关文献报道[6,7]，铜基催化剂起始活性的的三分之一在前1000h内会丢失。
因此，为了提高催化剂的稳定性，理解催化剂的失活原因是非常必要的。
本文对铜基甲醇合成催化剂的失活原因及其提高稳定性的措施进行了综述。
1甲醇合成铜基催化剂失活研究1.1烧结失活据文献[8]报道，烧结是催化剂失活的主要原因之一。
烧结对催化剂有着非常不利的影响，它能够导致催化剂结构和性能上的变化。
首先，烧结会导致可利用的有效活性金属比表面减少，其次，烧结也会导致反应中一些特定的活性位消失，因为较小的粒子包含更多的活性位[9]。
目前，据文献报道催化剂的烧结失活机制主要被分为两大类，一种是迁移与团聚，它涉及到两个粒子之间的相互迁移而后长大成一个粒子，另一种是Ostwald熟化，它涉及到较大的粒子将会越来越大，而较小的粒子将会在原位置消失[10,11]。
甲醇反应过程中经常伴随着铜粒子烧结现象的发生，这会导致催化剂快速的失活，当然这种烧结现象也被很多研究者观察到。
在早期，有研究者总结了金属的热稳定性，发现金属铜的热稳定性仅仅高于金属银，因此相比于其他类型催化剂，铜基催化剂更容易烧结长大[12]。
Sun等[13]专门研究了甲醇合成中Cu/ZnO/Al2O3催化剂的失活，发现在不同转化率下，催化剂的失活程度是和反应气中CO浓度相关，尤其在CO/H2条件下催化剂失活尤为严重，并且活性的丢失是与Cu 表面积丢失成正相关，这表明铜粒子烧结是失活的主要原因。
关于甲醇合成催化剂使用经验总结及问题分析
2017年09月关于甲醇合成催化剂使用经验总结及问题分析王海勇（新疆广汇新能源有限公司,新疆哈密839303）摘要：针对甲醇合成催化剂使用相关内容，进行经验总结，提出在使用过程中常见的问题，提出优化措施，以获得运行效果。
为了能够延长甲醇合成催化剂使用寿命，要选择低温活性的材料，做好运输与装填环节等的管理，做好使用全过程的管理，以确保催化剂的质量。
关键词：甲醇合成催化剂；使用经验；使用管理；使用寿命在工业生产中，甲醇合成催化剂的应用较为广泛。
在实际应用的过程中，受到净化系统气量的限制，极易造成甲醇合成气中氢气成分含量不足，影响催化剂的活性。
对此需要结合实际情况，做好工艺改进，做好运行环境优化，以延长甲醇合成催化剂使用寿命。
1工艺流程概述某公司10万t/a 甲醇合成塔使用的是φ3400mm 等温反应器，其中1#炉甲醇合成催化剂已经运行9年，现对合成催化剂使用情况，进行总结。
甲醇合成气经过联合压缩机合成段压缩，和甲醇分离器，进行循环气混合，接着经过联压机循环段，进行压缩处理，利用玄幻器过滤器，经过滤油处理，进入到塔气预热器，进行后期处理，循环使用。
2甲醇合成催化剂运行常见问题分析2.1甲醇水冷器结蜡此甲醇合成塔初期运行时，温度在198-199℃范围内，运行3个月后，出现严重结蜡问题，分离器出口温度＞45℃，造成停机故障。
经过多次维修检查，将入口温度提升到210℃以上、出口温度提升到233℃以上，解决了水冷器结蜡问题。
问题总结：由于系统铁杂质较多、合成塔入口气体组分影响、频繁开停车等，造成此问题，是多数厂家类似装置常见的问题，2.2乙醇含量较高甲醇合成塔导投料1个半月后，对粗甲醇中的乙醇含量进行分析，发现含量过高，最高能够达到5000mg/kg 以上，使得精甲醇产品存在乙醇含量高的问题，降低了产品的市场竞争力，同时增加了精馏环节的消耗。
此问题主要是由于装置运行稳定性差、开停车频繁等因素造成的，加之水冷器结蜡问题较为严重。
甲醇合成影响因素的分析探讨
甲醇合成影响因素的分析探讨摘要：温度、气体组成、压力因素、粗甲醇的冷却分离效果是影响甲醇合成的关键因素。
对此进行详细的分析和阐述，希望能给同行带来一些参考价值。
关键词：甲醇；影响因素；温度；压力；合成气；气体成分1.引言甲醇作为一种重要的化工原料，应用于各行各业。
甲醇合成有很多因素影响甲醇产量及甲醇正常生产。
本文对影响甲醇合成的因素进行分析探讨，希望能给同行带来一些参考价值，具体分析如下：2.分析了温度因素的影响甲醇合成生产在铜基催化剂作用下发生可逆、放热反应，所以在这一点上，从化学平衡的角度来看，温度的提高对甲醇合成有利，同时，从总体反应活性来看，提高总体反应速率的温度可以加快反应活性，因此甲醇合成需要选择最合理的温度。
一般来说，反应活动是在氢、碳、氧元素之间进行的。
反应温度对产物的性质起着至关重要的作用。
反应温度越高，生成甲醇的副反应和主反应越强。
因此，较高的反应温度会影响粗甲醇的质量水平。
3.分析了压力因素的影响合成气产生的甲醇是在催化剂作用下在气体之间产生的，主反应会相应地降低分子数。
因此，相应提高压力对合成气制甲醇有积极的影响，但如果压力很高，则对管道和安装材料提出了更高的标准。
反应的总速率随着反应物浓度的增加而增加。
在此过程中，无论是从热力学还是动力学的角度，相应的增大压力对合成气制甲醇都有积极的影响。
因此，需要提高产品甲醇的平衡浓度。
但是温度的下降减慢了反应的总体速率，导致它减慢，所以压力和温度的影响是明显不同的。
甲醇合成生产在催化剂的前提下的特殊属性和技术发展，催化剂的使用，选择低温催化剂的活性，也就是说，在低温的情况下可以提高反应速率，还可以获得更多的甲醇的比例输出。
同时，低温活性催化剂可以在一定程度上降低设备成本。
经过选择的催化剂和反应压力，因为甲醇合成气生产的温度响应和热力学的影响有差异，所以在这个时候会有一个合理的温度，在温度的值，将能够有效地获得高甲醇比例的收获，但也能得到更快的反应温度。
甲醇合成催化剂使用寿命中后期保证甲醇产品质量的优化措施
［收稿日期］２０２０ ０４ ０１ ［修稿日期］２０２０ ０４ ０３［作者简介］庞战军（１９７１—），男，陕西兴平人，工程师。
甲醇合成催化剂使用寿命中后期保证甲醇产品质量的优化措施庞战军（陕西兴化集团有限责任公司，陕西兴平 ７１３１００）［摘 要］陕西兴化集团有限责任公司３００ｋｔ／ａ甲醇装置开车以来，甲醇产品符合ＧＢ３３８—２００４中优等品质量要求，但随着甲醇合成催化剂使用时间的延长，尤其是催化剂进入使用寿命中后期，粗甲醇中杂质（以乙醇标定）含量明显上升，导致精甲醇产品出现高锰酸钾值超标、水溶性不合格等问题，而随着陕西兴化甲胺装置、乙醇装置的先后建成投产，对甲醇产品质量提出了更加严格的要求。
经分析与探索，通过从甲醇合成和甲醇精馏两方面采取相应的工艺优化措施，有效保证了精甲醇产品质量的稳定，为下游甲胺、乙醇产品的生产提供了良好的原料保障，提升了企业产品的竞争力。
［关键词］甲醇合成催化剂；使用寿命中后期；精甲醇产品质量问题；甲醇合成；甲醇精馏；优化措施［中图分类号］ＴＱ２２３ １２＋１ ［文献标志码］Ｂ ［文章编号］１００４－９９３２（２０２０）０５－００４７－０３１ 概 述甲醇是一种重要的有机化工原料，主要用作生产甲醛、醋酸、甲胺等石化中间原料，其品质直接影响着下游产品的质量。
陕西兴化集团有限责任公司（简称陕西兴化）甲醇装置设计产能３００ｋｔ／ａ，采用华东理工大学的“管壳外冷－绝热复合式固定床催化反应器”专利技术，由华陆工程科技有限责任公司进行工程设计。
其中，甲醇合成系统采用低压法，合成气在合成塔内铜基甲醇合成催化剂的作用下合成粗甲醇，粗甲醇进入双效三塔精馏系统进行精制。
陕西兴化甲醇装置开车以来，甲醇产品符合《工业用甲醇》（ＧＢ３３８—２００４）［对应新国标《工业用甲醇》（ＧＢ３３８—２０１１）］中优等品的质量要求，但随着陕西兴化甲胺装置、乙醇装置的先后建成投产，为了保证下游产品的质量，对甲醇产品质量的控制提出了更加严格的要求。
甲醇合成催化剂失活原因分析及延长使用寿命的方法
甲醇合成催化剂失活原因分析及延长使用寿命的方法第4期(总第131期)2007年8月煤化工CoalChemicalIndNo.4(TotalNo.131)Aug.2007甲醇合成催化剂失活原因分析及延长使用寿命的方法丰中田裴学国唐海涛(山东兖矿国际焦化有限公司,兖州272100)摘要分析了甲醇合成催化剂在使用中失活的原因:热老化,金属晶相变化,离子的积聚,中毒等,总结出在工艺操作和还原操作等方面延长其使用寿命的方法:控制热点温度,控制气体成分,避免频繁开停车,注意催化剂的装填和催化剂的活化等问题.关键词甲醇催化剂失活使用寿命文章编号:1005—9598(2007)-04-0041-03中图分类号:TQ54文献标识码:B根据装置生产特点,选用质量好的催化剂.可以提高产品质量,降低生产成本,提高经济效益.是一种最为经济有效的方法.山东兖矿国际焦化有限公司在生产过程中使用C307甲醇合成催化剂,该型催化剂的主要性能指标已经达到了较高水平.其中,低温活性非常好而且低温活性稳定;对气体选择性能好,反应副产物少,经济效益显着.但在生产过程中.存在着一些因素.影响甲醇合成催化剂的活性.即使用寿命.1甲醇合成催化剂失活原因分析1.1热老化导致失活铜基催化剂对反应热比较敏感.甲醇合成反应为放热反应,其钝化和还原过程也均为放热反应.因此.在升温与还原或生产控制过程中,如果反应控制不当.导致反应热不能移出,就很容易发生床层温度"飞温",致使活性下降.热老化会使载体的表面积减少.使金属微粒发生迁移,金属晶相发生变化,致使活性位减少,并增加床层阻力.热老化发生的主要原因就是反应余热不能迅速移出反应器,或者反应过于剧烈,反应热突然增加(如系统新鲜气组成突然发生变化,C0配比发生变化或中断).有时为了追求高产,气体氢碳比降低,表现为收稿日期:2007—05-13作者简介:丰中田(1965一),男,1992年毕业于青岛化工学院,高级工程师,长期从事甲醇生产技术工作.人塔合成气体C0组分达到16%18%.氢碳比4.24.6,副产蒸汽增加,选择了C0过多参与反应.而忽略了C0对稳定催化剂床层的有利影响,最终造成催化剂使用寿命的缩短.以某厂为例:在装置运行过程中,由于精制气净化系统脱碳塔设备问题的影响,使C0暂时无法配入,中断2h后恢复(此时入塔气体中C0体积分数<0.5%). 结果在恢复C0正常配比后,发现甲醇产量相对降低,表明催化剂活性在C0中断过程中,C0加剧了催化剂的热老化,甚至有可能出现催化剂深度还原.1.2积碳失活在甲醇合成反应中,存在2种析碳反应:C0+H2=C+H20(还原析碳)(1)2CO=C+CO,(歧化析碳)(2)在系统运行过程中.长期处于较低的氢碳比状态(尤其是在催化剂使用后期),入塔气体中C0含量较高,而C0含量较低,导致大量的氢气剩余.主要表现为系统放空量大,合成气体单程转化率较低.在微观的瞬间反应中,存在这2种析碳反应发生的可能.析碳反应发生后,产生的积碳能够覆盖催化剂的活性表面,使部分活性位丧失,会造成床层阻力增大. 但由于合成系统的空速较大,积碳造成的影响一般不是很明显.某厂在更换催化剂时.在卸出的废旧催化剂表面,发现一些黑色石墨粉尘,表明催化剂在使用过程中.有析碳反应发生.1.3金属晶相变化导致失活A10.作为载体的主要部分为晶相较好的—A10.,一42一煤化工2007年第4期在升温和还原以及工艺运行中,受非操作因素的影响,可能会发生金属晶相的变化,尤其是铜金属晶粒的生长影响,或在高温下转变为其他形态B—A10.或一Al0..在较高含水量下,会生成含水Al0.化合物,Cu-ZnO中心的移动.而降低活性.水蒸气的吸附可导致ZnO吸附氢气能力变弱,活性晶格氧空位被其他离子占用,从而丧失活性.1.4Fe2+的聚积导致对气体选择性发生变化输送新鲜气体的管道有些采用普通碳钢,造成新鲜气体中C0对碳钢管道的晶相腐蚀,产生羟基铁几乎不可避免,并通过气体携带进入合成塔.在合成塔的温度和压力下,以挥发,分解和吸附的方式沉积在催化剂表面上.有可能会转变为氧化亚铁,使合成甲醇活性下降,促进烷烃的生成.甚至出现明显的结蜡现象.这样使催化方向发生变化,造成对反应气体选择性的竞争加剧,不利于甲醇合成反应的进行.具体表现为:在甲醇合成催化剂使用后期,甲烷含量增加,副反应产物增多,合成反应热加大,有石蜡产生.1.S中毒失活催化剂中夹带少量的杂质,或在生产过程中积聚的杂质.以及开停车过程中气体成分的影响.都可能促进副反应的进行,引起反应竞争.这些杂质有的很难在工艺上完全脱除,有的在催化剂制作过程中就已经存在,且无法去除.常见的杂质或毒物对催化剂的影响对比见表1.表1杂质或毒物对催化剂的影响对比杂质或毒物可能的来源对催化剂的影响SiO,等酸性氧化物自蒸汽或原料气带人生成蜡及其他副产物B—A103催化剂制造生成二甲醚碱金属,盐催化剂制造降低活性生成高级醇铁以Fe(CO)带人生成甲烷,链烷烃,石蜡镍以Ni(CO)带人降低选择性钴催化剂制造生成甲烷氯化物自原料气带人永久性降低活性硫化物自原料气带人永久性降低活性1.5.1硫中毒硫是甲醇合成催化剂的主要毒物之一,也是引起催化剂活性衰退的主要因素.在甲醇合成原料气体中,硫主要以HS和COS形式存在,根据造气工艺的不同,原料气体中还存有微量大分子有机硫,如硫醇, 硫醚,噻吩等,由于受低温水解弱的影响.这部分有机硫在低温水解中是无法脱除干净的.但在高温加氢条件下,有机硫发生转化反应,可以完全转化成无机硫. 通常认为:HS,COS和活性组分Cu发生反应,生成稳定的无活性的金属硫化物,在甲醇合成反应条件下(220℃～260℃),硫醇或硫醚会发生加氢转化反应而生成无机硫.反应方程式如下:RSH+H2=RH+H2S(3)RlSR2+2H2=RjH+R2H+H2S(4)在变换反应中,由于水气比限制了有机硫的加氢转化,所以,在高浓度C0合成条件下,微量的硫醇,硫醚基本不会造成较大影响,只有在催化剂使用后期,反应温度较高的情况下,才有可能发生;或者在催化剂使用过程中,高浓度CO引发各类副反应的竞争,使析出的硫迅速被CuO吸收,生成稳定无活性的CuS.1.5.2氢中毒原料气(合成气)氢碳比例对甲醇合成催化剂有重要影响,但在一般情况下不会发生氢中毒.如果在开停车过程中(主要是在停车过程中),工艺处理不当造成氢气含量过高,而CO+CO含量长时间较低,会对催化剂进行深度还原,生成无活性的单质Cu,使催化剂活性丧失所以,在开车过程中,要适当进行新鲜气和循环气的交替加量,短时间内调整至正常的氢碳比例:在停车过程中,一旦分析合成气中C0+C0的体积分数<0.5%,就必须进行氮气置换,用氮气进行保温,保压.1.5.3氯,砷离子中毒氯,砷也是甲醇合成催化剂毒物,氯,砷离子主要存在于蒸汽中,所以在造气或气化过程中,需要特别注意蒸汽中氯,砷离子的含量,确保锅炉水质量.2延长催化剂使用寿命的方法2.1控制热点温度某厂对更换后C307型甲醇合成催化剂的操作数据进行整理,得出催化剂的使用天数与平均热点温度有以下关系:Y=5×10×0.959X其中,y为催化剂使用天数,为平均热点温度.因此,降低催化剂热点温度,是延缓催化剂热老化程度并增加使用寿命的好方法.防止催化剂热老化的主要措施有:(1)在还原,开停车过程中,按照预定的指标进行操作,防止超温.(2)在保证产量的前提下,稳定操作,尽可能降低床层热点温度,每次提升热点温度应慎重.提升幅度不宜过大,一般为5℃左右.(3)适当提高新鲜气(合成气)中的C0的含量.2007年8月丰中田等:甲醇合成催化剂失活原因分析及延长使用寿命的方法一43—2.2控制气体成分控制好气体成分,首先是控制好C0和C0,的比例,根据催化剂的不同使用时期进行调整;其次是控制好惰性气体的含量,掌握并分析放空气体量.作为优化指标的依据:第三是控制好循环气体中的含醇量,人塔气体中含醇量越低,越有利于合成甲醇反应的进行,也可以避免高级醇等副产物的生成.所以要尽可能降低出甲醇水冷器的气体温度,及时将冷凝下来的甲醇分离出来.2.3避免频繁开停车有很多厂家因设备或系统原因.不可避免地出现多次开停车,如果在停车过程中处理不当,将会使催化剂活性受到损害.试验证明:短期停车后,如果催化剂封存在原料气中(合成塔死气,且无法用氮气置换),在重新开车后,其催化剂活性出现明显下降.因此短期或紧急停车后,应作以下处理:(1)应立即用氮气进行置换.如不能置换,可让循环机照常运行.使循环气中的碳氢混合物得到完全反应,直至系统中只有惰性气体和氢气(或者CO,+CO体积分数<0.5%).(2)当床层温度下降时,应适当开大开工蒸汽,并减少循环量,使床层温度维持在210℃,并将系统压力缓慢降低到0.2MPa.(3)如果出现长期停车,在进行氮气置换合格后,应使系统保持微正压,防止在检修时混入空气.2.4催化剂的装填在催化剂装填时,应注意的问题是:(1)催化剂强度较差,在运输过程中严禁摔,碰.(2)装填前,催化剂应轻轻过筛,除去粉尘和碎片.(3)最好采用撒布法装填,尽可能降低催化剂自由下落高度,防止出现架桥现象,应对列管压差进行抽检,压差应在许可范围内.(4)装填时应选择较好天气,以免催化剂吸潮而降低活性,催化剂一旦开始装填应连续进行,避免间断. 装填后应立即封口,充人氮气或进行升温还原.2.5催化剂的活化催化剂的活化在一定程度上决定了催化剂的活性,直接影响其使用寿命,依此在催化剂活化(还原) 时,应特别注意的问题是:(1)氢含量控制还原反应为强放热反应,当氢气含量较低时.催化剂床层的温升和氢气浓度成正比,一般每提高1% 的氢气,将引起床层温度升高28℃,因此控制好加氢速度是还原操作的关键.在还原时,掌握提温不提氢, 提氢不提温的原则,防止还原过于剧烈,床层温度猛涨,使催化剂活性受影响.所以,在还原操作中一般采用低氢,高空速控制还原速度.(2)出水量控制还原终点判断催化剂活性影响较大,在还原时.既要防止还原操作不彻底,又要防止出现深度还原, 很多厂家采用精制气还原,出水量尽可能控制均匀. 在还原操作中,理论出水量与实际出水量应基本接近,并分析进出合成塔氢气含量稳定,这时基本可以判断还原结束.(3)惰性气体放空量控制惰性气体一般为还原气体(氢气)的载气.一般采用氮气为稀释气体,在还原操作中,惰性气体能够有效控制还原速度,床层温度便于控制,有利于提高催化剂活性,保护催化剂强度.此外,由于采用精制气还原,惰性气体中的C0,含量也影响还原进度的判断,根据放空气体中的C0, 含量,判断C0参与还原反应程度,所以出水量有可能要比理论出水量低.3结论甲醇合成催化剂的使用寿命受到催化剂本身构造影响和还原操作的影响,以及在工艺运行中操作条件的限制.所以,在一般情况下,为追求单炉催化剂产量,是以牺牲催化剂使用寿命来换取高产量的,同时,造成了催化剂频繁更换,应从经济效益上来衡量. CausesofDeactivationofCatalystforMethanolSynthesisandMethodtOProlongItsLifetim eFengZhongtian,PeiXueguoandTangHaitao (ShandongYankuangInternationalCokingCo.,Ltd.,Yanzhou272100) AbstractBasedoncompositionandstructureofmethanolsynthesiscatalyst,itsdeactivationc auseswerefoundandanalyzed:thermalaging,metalcrystallinephasechange,ionaccumulation,poisoning,etc.S omemethodstoprolongthelifetimeofcatalystweresuggested,i.e.controllinggascompositionandtemperatureofthehot spot,avoidingfrequentstart—upandshutdown,payingattentiontothechargeandactivationofcatalyst,etc. KeyWOrdsmethanol,catalyst,deactivation,lifetime。
铜基催化剂[资料]
![铜基催化剂[资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/217d1b08c4da50e2524de518964bcf84b9d52d10.png)
一．概述铜基合成甲醇催化剂须经还原后才具有活性。
还原反应是一个强放热反应，反应式如下所示：CuO + H2 ==== Cu + H2O + 86.7KJ/mol因此，在还原过程中应特别注意控制催化剂床层温度，防止催化剂过热发生铜晶粒烧结而损害催化剂活性。
还原操作是开车过程中很重要的一个操作环节。
每炉催化剂活性的高低，除与催化剂自身的生产质量和装填质量有关外，很大程度上还取决于催化剂还原质量的好坏，它将对装置的生产能力产生长远的影响。
因此，必须严格、细致、认真地进行还原操作。
XNC-98型合成甲醇催化剂采用低氢（1%H2）还原工艺。
催化剂在还原过程中出水量约为催化剂重量的18×10-2～20×10-2，其中物理水3×10-2～5×10-2，化学水13×10-2～15×10-2。
如果还原气中含CO，则生成的水少些。
二．XNC-98型低压甲醇合成催化剂的组成、物性和技术指标1．外观颜色及形状 :黑色有金属光泽的圆柱体2．外形尺寸，mm Φ5×（4.5～5.0）3．堆密度，kg/L ：1.35～1.454．侧压抗破碎强度，N/cm ：≥2005．化学组成，（×10-2 m/m）：6．催化剂活性在本催化剂质量检验标准规定的活性检测条件下催化剂活性为：230℃时，催化剂的时空收率≥ 1.20kg/L h；250℃时，催化剂的时空收率≥ 1.55kg/L h。
7．催化剂使用寿命在正常条件下运行寿命为2年以上。
三．还原前的准备工作1．催化剂装填完毕后，应用清洁的空气（或氮气）将催化剂粉末从合成塔中吹除干净。
2．公用工程准备就绪。
3．循环气压缩机、合成气压缩机均已调试合格。
4．合成系统气密性试验合格。
5．合成系统的电器、仪器、仪表已调试合格，仪表已校准(合成塔进出口温度、压力及合成回路中各流量显示仪表必须严格校准)。
6．具备稳定提供还原气(CO+H2)的条件。
延长甲醇合成催化剂正常使用寿命问题的探讨
延长甲醇合成催化剂正常使用寿命问题的探讨代红亮【摘要】甲醇合成单元是甲醇生产的核心，甲醇合成催化剂又是甲醇合成单元正常运行、达标达产、提高产量、降低成本、提高效益的保证。
而催化剂的使用是有寿命的，为减少投资、达到企业理想的经济效益，延长催化剂正常使用寿命是甲醇生产企业一项重要的工作。
本文从催化剂选择、运输、装填、还原、气体净化、气体组分控制及催化剂使用管理方面探讨延长催化剂使用寿命，供甲醇生产企业参考。
%Methanol synthesis unit is the core of methanolproduction.Methanol synthesis catalyst plays an important role in terms of normal operation, produce standard, increase production, reduce costs and improve efficiency.But the service life of methanol catalyst is limited.In order to reduce investment and achieve the economic benefits, lengthen the service life of methanol catalyst is an important work for methanol production enterprise.Prolonging the service life of methanol catalyst were discussed in the aspects of catalyst selection, transport, loading, reduction, gas purification, gas composition control and catalyst management.It could be provided for methanol production enterprises as a reference.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】3页(P185-187)【关键词】甲醇催化剂;使用寿命;升温还原;保护床【作者】代红亮【作者单位】中电投伊犁能源化工有限责任公司霍城煤制气分公司，新疆伊宁835000【正文语种】中文甲醇合成是氢与一氧化碳在适当的的温度、压力和有催化剂存在的条件下进行的。
甲醇合成铜基催化剂概述
催化剂的制备方法
制备 方法 沉淀法 球磨法 复频超声法 火焰燃烧法 碳纳米管促 进法
优点
纳米级颗粒混合 均匀，活性高
CuO/ZnO 间作用强， 比表面积大
分散均匀， 粒径小，协 同作用强
易形成良好 结构，如高 比面积
CNTs对H2 吸附活化力 强，活性高
缺点
耐热性与抗毒性 较差
需要高强度 的机械混合
耐热性能好、对硫不敏感，机械强度高，使用寿 命长，使用范围宽，操作控制容易，但是其活性 低、选择性低、产品中杂质复杂，精馏困难。
铜基 催化剂
210℃ 300℃ 之间
5MPa 10MPa 之间
活性好，单程转化率为7%~8%；选择性高，大于 99%，易得到高纯度的精甲醇；耐高温性差，对 合成原料气中杂质比较敏感。目前工业上甲醇的 合成主要使用铜基催化剂。
热失活源自热失活则是由于在使用过程中催化剂中的氧化 铜晶粒长大造成的，它与催化剂的结构稳定性 有关，可通过催速老化实验检验催化剂的活性 稳定性。 为了延长催化剂的使用寿命、提高甲醇生产效 率，需要严格控制操作温度，做到平稳操作， 防止反应温度骤升骤降，加减负荷也要逐步平 稳进行。甲醇催化剂传热效果差，如果不能控 制还原反应速度，及时移走反应放出的热量， 很易使催化剂过热或烧坏，发生整炉催化剂烧 毁的严重后果。
甲醇合成铜基催化剂概述
调度三班 2016年2月25日
主要内容
1. 2. 3. 4. 5.
合成催化剂的特点 合成机理概述 催化剂制备概述 反应条件对催化剂的影响 催化剂的失活研究
不同催化剂的特点
催化剂 系列 操作温 度 操作压 力 25Mpa 35MPa 之间 催化剂特点
锌铬 317℃ (ZnO/Cr 397℃ 2O3)催化 之间 剂
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许勇等 发 [11] 现煅烧温度会改变催化剂表面积、 催化活性、晶相组成等，Al2O3 的加入有利于提高催 化剂的热稳定性，阻止 CuO 晶粒长大，提高催化剂 活性。煅烧温度为 350～650 ℃为宜，当温度高于 650 ℃时，催化活性显著下降，这是由于煅烧温度太 高使氧化物烧结颗粒长大所致。
洪中山等[12]提出合适的煅烧条件为：富氧气氛、 较低的升温速率和 350 ℃煅烧。该煅烧条件获得的
由合成气为原料合成甲醇的反应相当复杂，除 主反应外，还有低碳醇合成反应、F- T 合成反应和水 煤气变换反应等。反应进行的方向、程度及其产物组 成取决于催化体系及相应反应条件。水煤气变换反 应是甲醇、低碳醇及烃类合成反应的副反应。
此外合成甲醇反应中氢与 CO 的理论分子比为 2∶1，但反应气体受催化剂表面吸附的影响，CO 在 催化剂表面上的吸附速率远大于 H2，存在吸附竞 争。因此，要求反应气体中的 H 含量要大于理论量， 以提高反应速度，增加甲醇产率，所以一般入塔气中 的 H/C 之比要大于 4。 4.4 反应压力的影响
比表面积大
协同作用强
高比面积
力强，活性高
需要高强度的机械 缺点 耐热性与抗毒性较差
混合
操作较为复杂，且 产物纯度不高
仪器相当复杂，不能 要制备符合特定条件
普遍使用
的碳纳米管
共沉淀过程包括沉淀、陈化、洗涤、干燥、煅烧、 压片成型等，还包括最终的还原活化，每一步对催化 剂的性能都有一定的影响，特别是沉淀、陈化、煅烧、 还原步骤更关键。沉淀是催化剂制备的关键因素，沉 淀条件的微小变化都会对活性产生巨大影响。 3.1 沉淀过程对催化剂性能的影响
相同反应物经过不同条件产生不同前驱体，分 解得到的催化剂活性也就大不相同。魏蓉等[10]认为 最佳 Cu/Zn 为 1 和 2，铜锌间具有较强的协同作用； 铝含量不超过 10%；沉淀温度不低于 70 ℃；沉淀 pH
值在 7～9 之间。 3.2 煅烧过程对催化剂性能的影响
煅烧是使催化剂具有活性的重要步骤，可能发 生如下变化：（1） 热分解，使其转化成所需的化学形 态；（2） 固态反应、互溶和再结晶获得一定晶型、比 表面积等；（3） 烧结，提高催化剂的机械强度，获得 较大孔隙率。煅烧温度与催化剂活性的关系密切，煅 烧过程一般为吸热过程，故升高温度有利于分解反 应，但温度过高会烧结，使催化剂活性下降，而煅烧 温度降低则达不到活化的目的。因此研究者对合适 的煅烧条件一直在不断地探索。
铜锌铝系主要组分是 CuO、ZnO 和 Al2O3，三组 分在催化剂中的比例随着生产厂家的不同而不同， 具体如表 1 所示。
表 1 铜基催化剂各组分所占比例
组分 质量分数（%）
CuO 40～80
ZnO 10～30
Al2O3 5～10
作者简介：李保东 男 1982 年生 工学硕士 助理工程师 2009 年毕业于中北大学 现从事焦炉气制甲醇生产技术工作
淀法、球磨法、复频超声法、火焰燃烧法、碳纳米管促 进法等。铜基合成催化剂制备方法的优缺点见表 2。
认为，在由共沉淀法制备的催化剂中，ZnO 对增进 由于沉淀法操作有重要的作用。当催化 因此铜基甲醇催化剂的工业生产均采用沉淀法。对
剂被还原后开始进行反应时，合成气中的 H 和 CO 沉淀法制备铜基甲醇合成催化剂的影响因素及研究
1 甲醇合成催化剂
在甲醇合成过程中，催化剂的重要性显而易见， 目前工业上使用的甲醇合成催化剂一般可分为锌铬 催化剂和铜基催化剂两类。国外比较有名的研究和 生产甲醇合成催化剂公司主要有英国 ICI 公司、德 国 BASF 公司、德国 SudChemie 公司和丹麦 TopsΦe 公司等。国内研究铜基催化剂的主要有南化集团研 究院、西南化工研究设计院、西北化工研究院及齐鲁 石化研究院等[1]。
锌铬 （ZnO/Cr2O3） 催化剂由德国 BASF 公司于 1923 年首先开发研制成功。操作温度必须在 590～ 670 K，操作压力必须为 25～35 MPa。锌铬催化剂的 特点是：耐热性能好、对硫不敏感、机械强度高、使用 寿命长、使用范围宽、操作容易控制，但其活性低、选 择性低、产品中杂质复杂，精馏困难。
杨意泉等[14]在 Cu- Zn- Al 甲醇合成催化剂中添 加适量的氧化锆助剂制得 Cu- Zn- Al- Zr 催化剂，它 对 CO 的吸附量大于 Cu- Zn- Al 催化剂对 CO 的吸 附量。
随着当代催化工业的迅速发展和新型催化技术 的开发和应用，沉淀法制备铜基甲醇催化剂技术也 应不断吸收新兴技术的优点，比如微乳液技术[15]、溶 胶凝胶技术[16- 17]分别与沉淀法相结合，这些技术各有 特点且各种技术常可相互关联运用，并取得令人满 意的结果，因而受到人们广泛关注。
催化剂表面对 CO 的吸附速率很高，而对 H2 的吸附 则比 CO 慢得多。ZnO 是很好的氢化剂，可使 H2 被 吸附和活化，但对 CO 几乎没有化学吸附，因此可提 高铜基催化剂的转化率。
核心越来越小，作为被还原的 Cu- CuO 界面的核心 表面积也越来越小，催化剂的活性降低[4]，合成反应 速率随之降低。Kurtz M 等[5]研究认为，Al2O3 在催化 剂中作为结构助剂能够阻碍铜颗粒烧结。
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上海化工 Shanghai Chemical Industry
Vol.36 No.10 Oct. 2011
综 述 甲醇合成铜基催化剂催化活性及失活研究
李保东
定州天鹭新能源有限公司 （河北省定州市 073000）
摘 要 主要介绍了甲醇合成铜基催化剂及其催化机理，并从制备条件和反应条件等方面对催化剂活性的影响因 素进行了探讨，最后对造成催化剂失活的因素进行了具体研究。
实验证实，纯铜对甲醇合成是没有活性的。催化
3 制备条件对催化剂活性的影响
理论认为，氢和一氧化碳合成甲醇的反应是在一系
列活性中心上进行的，这种活性中心存在于被还原
目前，铜基甲醇合成催化剂主要制备方法有沉
的 Cu- CuO 界面上。在催化剂中加入少量 Al2O3 的首 要功能就是阻止一部分氧化铜还原。Fujitani T 等[3]
关键词 甲醇合成 铜基催化剂 催化机理 失活 中图分类号 TQ 223.12+1
0 引言
甲醇是一种极其重要的化工原料，主要用于生 产一系列化工产品，还可用作潜在的车用醇醚燃料 电池的燃料等。随着甲醇制烯烃等技术进步及下游 产品的开发，特别是甲醇燃料电池的开发和应用，合 成甲醇的研究越来越受到广泛重视。
铜基催化剂由英国 ICI 公司和德国 Lurgi 公司 先后研制成功，操作温度为 210～300 ℃，压力为 5 ～10 MPa，比传统的合成工艺温度低得多，对甲醇反 应平衡有利。其特点是：活性好，单程转化率为 7% ～8%；选择性高，大于 99%，易得到高纯度的精甲 醇；耐高温性差，对合成原料气中杂质比较敏感。目 前工业上甲醇的合成主要使用铜基催化剂。
目前，甲醇的工业生产主要是采用 CO/CO2 催 化加氢技术，所以甲醇合成催化剂的研发是甲醇合 成工业的基石。甲醇工业的发展很大程度上取决于 催化剂的研制及其性能改进。在甲醇生产中，很多工 业指标和操作条件都是由催化剂的性质决定的。甲 醇工业的快速发展，对甲醇合成催化剂的研究开发 提出了更高的要求。
沉淀过程包括晶核的生成和晶核的长大两个过 程。如果晶核生成速率远超过晶核长大速率，则离子 很快聚集为大量的晶核，溶液的过饱和度迅速下降， 溶液中没有更多的离子聚集到晶核上，于是晶核迅 速聚集成细小的无定形颗粒，得到非晶型沉淀，甚至 是胶体；如果晶核长大速率远超过晶核生成速率，溶 液中最初形成的晶核不是很多，有较多的离子以晶 核为中心，依次排列长大而成为颗粒较大的晶型沉 淀。
温度过高，会使催化剂发生热烧结而降低活性 甚至丧失活性。但是反应温度在 280 ℃以下时，铜基 甲醇催化剂的热烧结因素几乎可以忽略。因为无论 在测试催化剂耐热前的活性还是耐热后的活性时， 在 120～280 ℃的温度范围内，都通过反复的升温、 降温，进行过多次测试，活性结果的重现性均很好。 也就是说，两种催化剂的活性（无论是耐热实验前还 是耐热实验后）在 210～280 ℃的反应温度范围内的 变化趋势，都主要是反应热力学和动力学这两种效 应的综合体现。 4.2 合成气空速的影响
第 10 期
李保东：甲醇合成铜基催化剂催化活性及失活研究
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铜基催化剂在合成甲醇时，CuO、ZnO、Al2O3 三 组分的作用各不相同。CO 和 H 在催化剂上的吸附
这种过度的还原，使得活性中心存在的界面越 来越小，催化剂活性也越来越低。从合成的整个过程
性质与催化剂的活性有着非常密切的关系。在铜基 来看，随着还原表面向催化剂的内层深入，未还原的
2 铜基催化剂的催化原理
目前，低压甲醇合成铜基催化剂系列品种较多， 有 铜 锌 铬 系 （CuO/ZnO/Cr2O3）、 铜 锌 铝 系 （CuO/ZnO/Al2O3）、铜锌硅系（CuO/ZnO/SiO2）、铜锌锆 系 （CuO/ZnO/ZrO） 等 ， 其 中 铜 锌 铝 系 （CuO/ZnO/Al2O3）应用较为广泛，下面就该系列讨论 铜基催化剂的催化原理。
空速增加，合成气在反应器内的停留时间减少，
与催化剂的接触时间减少，从而不利于副反应的发 生，这样甲醇的选择性就会有所提高，进而使催化剂 的生产能力提高，甲醇收率提高，所以增加空速可以 提高催化剂的活性。
如果采用高空速，催化剂的生产强度虽然可以 提高，但增大了预热所需的面积，出塔气热能利用价 值较低，系统阻力增大，压缩循环气功耗增加，同时 增加了分离反应产物的费用，当空速增大到一定程 度后，催化剂的床温度难以控制。适宜的空速与催化 剂活性、反应温度及进塔气体组成有关，在铜基催化 剂上为 10 000～20 000 h-1。 4.3 合成气组成的影响