[發明專利]一種氫氣和二氧化碳合成甲醇的工藝方法

有效

• 申請號: 200810046409.1
• 申請日: 2008-10-29
• 公開（公告）號: CN101386564A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 張曉陽;凌華招;胡志彪;邱傳珪;劉京林;李倩;黃宏;胡高榮;劉婷
• 申請（專利權）人: 西南化工研究設計院
• 主分類號: C07C31/04
• 分類號: C07C31/04;C07C29/151;C07C29/154
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉明芳;吳彥峰

技術領域

本發明屬于二氧化碳的綜合利用技術領域，特別涉及一種由氫氣和二氧化 碳直接合成甲醇的工藝方法。

背景技術

人類對石油和煤資源消耗量的日益增加，每年向大氣中排放的二氧化碳持 續增長，大氣中的二氧化碳濃度逐年上升，這是造成地球溫室效應的主要原因。

從地球環境的有效保護和對碳資源的充分利用這兩個基本點出發，由二氧 化碳加氫制取甲醇，不僅可解決二氧化碳廢氣的利用問題，還可減少二氧化碳 對大氣的排放，開發生產甲醇原料的新途徑，更充分有效的利用有限碳資源。

目前我國已成為僅次于美國的世界第二大二氧化碳排放國，年排放二氧 化碳量超過二十億噸。要使國內的二氧化碳的排放恢復到2000年的水平，這 意味著每年須回收二氧化碳排放量的3.5％，而如果把我國現在的油品缺口全部 由甲醇代替，按1.7噸甲醇相當于1噸汽油計，若該甲醇全由二氧化碳加氫制 取，則每年可消耗二氧化碳5000萬噸左右，這對于控制二氧化碳的排放會起 到顯著的效果。

目前國內外曾研究利用鐵基催化劑將二氧化碳變換為一氧化碳后合成甲 醇，但其比較明顯的缺點是變化溫度高、能耗大，含有雜質組份等。

發明內容

本發明的目的是提供一種氫氣和二氧化碳合成甲醇的工藝方法，該方法可 充分利用通常被當做廢氣排放的二氧化碳資源，比較容易的合成甲醇，其反應 溫度低，二氧化碳轉化率高，工藝過程簡單，能耗低，容易實現工業化。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種氫氣和二氧化碳合成甲醇的工藝方法，包括下述主要步驟：

(1)、第一步催化反應：在第一反應器中，氫氣和二氧化碳摩爾比為3:1～ 8:1，在Cu:Zn:Al摩爾比為(62～75):(15～28):(10～20)的銅基加氫催化劑作 用下，溫度230～280℃，壓力5.0～8.5Mpa，氣體空速10000-20000h^-1下進行 第一步催化反應，得到甲醇、水、一氧化碳；

(2)、氣液分離：將上述(1)步反應后的甲醇、水、一氧化碳和未反應 的氫氣和二氧化碳在氣液分離器中進行氣液分離，液體狀態的甲醇和水作為產 品溶液被分離出，氣體狀態的一氧化碳、氫氣和二氧化碳進入下一步反應；

(3)、第二步合成反應：經過上述(2)步氣液分離后，氫氣和一氧化碳、 二氧化碳進入第二反應器，在合成甲醇催化劑作用下，溫度230～280℃，壓力 低于第一反應器中壓力0.2～2.0Mpa，氣體空速8000-18000h^-1條件下，進行第 二步合成反應，得到粗產品甲醇和水(可根據需要采用常規方法進行濃縮，以 得到適當濃度的甲醇產品)。

第二步合成反應中所用的合成甲醇催化劑，可優選自Cu:Zn:Al摩爾比為 (50～65):(20～30):(10～20)的銅基催化劑(其中通常還可加入其它物質如 Mg、Mn、V等)。

上述工藝過程中，在(1)步的加氫催化劑作用下，主要發生如下反應：

CO₂+3H₂＝CH₃OH+H₂O

CO₂+H₂＝CO+H₂O

在(2)步的合成甲醇催化劑作用下，主要發生如下反應：

CO₂+3H₂＝CH₃OH+H₂O

CO₂+H₂＝CO+H₂O

CO+H₂＝CH₃OH

上述工藝過程可如圖1所示，二氧化碳和氫氣經加壓后并換熱后進入第一 反應器，在溫度為230～280℃，壓力5.0～8.5Mpa，氣體空速10000-20000h^-1下，進行第一步催化反應，得到甲醇、水、一氧化碳，經冷凝、分離，(液相 作為粗產物進入粗產品貯罐)氣相經換熱后進入第二反應器，進行第二步合成 反應，得到產物經冷凝然后進入氣液分離，氣相物質經壓縮后循環使用，液相 產物進入粗產品貯罐。