催化加氢一氧化碳加氢合成甲醇
一种用于一氧化碳和氢气合成甲醇的催化剂及其制造方法[发明专利]
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[19]中华人民共和国专利局[12]发明专利申请公开说明书[11]公开号CN 1173393A [43]公开日1998年2月18日[21]申请号97101425.6[22]申请日97.1.23[71]申请人厦门大学地址361005福建省厦门市思明南路422号共同申请人南京化学工业(集团)公司催化剂厂[72]发明人杨意泉 潘章文 车长针 董远群 张鸿斌[74]专利代理机构厦门大学专利代理事务所代理人戴深峻 陈永秀[51]Int.CI 6B01J 23/80B01J 23/83权利要求书 1 页 说明书 5 页[54]发明名称一种用于一氧化碳和氢气合成甲醇的催化剂及其制造方法[57]摘要本发明涉及一种以CO和H 2合成甲醇的催化剂。
为Cu/Zn/Al/M’/M″五组分共存的金属氧化物,M’为ⅢB族的金属氧化物,M″为ⅣB族或ⅤB族或ⅥB族金属氧化物。
其配比(原子比)为Cu20～80、Zn20～70、Al6～15、M’0.1～10、M″0.1～5。
催化剂采用共沉淀混合法制备。
本发明所提供的催化剂比Cu/Zn/Al产品具有低温活性好,初始活性高,热稳定性好,耐热后活性提高30%～45%,甲醇选择性高,且寿命可延长1～3个月,尤其适用于联醇生产工艺。
97101425.6权 利 要 求 书第1/1页 1.一种用于CO和H2合成甲醇的催化剂，为Cu、Zn、Al、M’、M″五组份共存的金属氧化物，M′选自IIIB族的金属钪(Se)、钇(Y)或镧系稀土，M″选自IVB族或VB族或VIB族的钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Ne)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)，其组份配比(原子比)为Cu 20～80、Zn 20～70、Al 6～15、M’0.1～10、M″0.1～10。
2.如权利要求1所述的一种用于CO和H2合成甲醇的催化剂，其特征在于M’为La、Ce或混合重稀土。
3.如权利要求1所述的一种用于CO和H2合成甲醇的催化剂，其特征在于各组份配比(原子比)为Cu 30～60、Zn 25～45、Al 8～10、M’0.1～5、M″0.1～6。
合成气制甲醇反应方程式
合成气制甲醇反应方程式
合成气制甲醇反应方程式为：H2 + CO → CH3OH。
甲醇可以固体（如煤、焦炭）液体（如原油、重油、轻油）或气体（如天然气及其他可燃性气体）为原料，经造气净化（脱硫）变换，除去二氧化碳，配制成一定的合成气（一氧化碳和氢）。
在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件。
单产甲醇（分高压法低压和中压法），或与合成氨联产甲醇（联醇法）。
将合成后的粗甲醇，经预精馏脱除甲醚,精馏而得成品甲醇，高压法为BASF最先实现工业合成的方法，但因其能耗大，加工复杂，材质要求苛刻，产品中副产物多,，今后将由ICI低压和中压法及Lurgi低压和中压法取代。
甲醇的化学式为CH3OH。
最早从木材干馏得到故又称木醇或木精。
甲醇是无色有酒精气味易挥发的液体。
熔点-93.9℃、沸点64.7℃、密度0.7914克/厘米3（20℃）、能溶于水和许多有机溶剂。
甲醇有毒，误饮5～10毫升能双目失明，大量饮用会导致死亡。
禁酒的国家，把甲醇掺入酒精中成变性酒精，使其不能饮用。
甲醇易燃，其蒸气与空气能形成爆炸混合物，甲醇完全燃烧生成二氧化碳和水蒸气，同时放出热量：2CH3OH+3O22CO2+4H2O 工业上用一氧化碳和氢气的混合气（合成气）在一定的条件下制备甲醇：甲醇可用做溶剂和燃料,也是一种化工原料，主要用于生产
甲醛（HCHO）：工业酒精里含有甲醇，但是工业酒精的主要成分还是乙醇。
甲醇的制备方法有哪些
甲醇的制备⽅法有哪些
⼤家知道怎样制备甲醇吗，有哪些⽣产⽅法，下⾯，新乡甲醇⼚家就来向⼤家讲解下。
甲醇的⽣产，主要是合成法，尚有少量从⽊材⼲馏作为副产回收。
合成甲醇可以以固体(如煤、焦炭)液体(如原油、重油、轻油)或⽓体(如天然⽓及其他可燃性⽓体)为原料，经造⽓净化(脱硫)变换，除去⼆氧化碳，配制成⼀定的合成⽓(⼀氧化碳和氢)。
在不同的催化剂存在下，选⽤不同的⼯艺条件。
单产甲醇(分⾼压法低压和中压法)，或与合成氨联产甲醇(联醇法)。
将合成后的粗甲醇，经预精馏脱除甲醚，精馏⽽得成品甲醇。
⾼压法为BASF最先实现⼯业合成的⽅法，但因其能耗⼤，加⼯复杂，材质要求苛刻，产品中副产物多，今后将由ICI低压和中压法及Lurgi低压和中压法取代。
⼯业上合成甲醇⼏乎全部采⽤⼀氧化碳加压催化加氢的⽅法，⼯艺过程包括造⽓、合成净化、甲醇合成和粗甲醇精馏等⼯序。
粗甲醇的净化过程包括精馏和化学处理。
化学处理主要⽤碱破坏在精馏过程中难以分离的杂质，并调节pH值;精馏主要是脱除易挥发组分如⼆甲醚，以及难挥发组分职⼄醇、⾼碳醇和⽔。
粗馏后的纯度⼀般都可达到98%以上。
将⼯业甲醇⽤精馏的⽅法将含⽔量降到0.01%以下。
再⽤次碘酸钠处理，可除去其中的丙酮。
经精馏得纯品甲醇。
BV-Ⅲ级甲醇的制备主要采⽤精馏⼯艺。
以⼯业甲醇为原料，经精馏、超净过滤、超净分装，得⾼纯甲醇产品。
⼀般均以⼯业甲醇为原料，经常压蒸馏除去⽔分，控制塔顶64～65℃，过滤除去不溶物即可。
一氧化碳与氢反应生成甲醇的方程式
在化学反应中，一氧化碳与氢反应生成甲醇的方程式是一个重要的话题。
这个反应不仅在工业生产中有广泛应用，也在环境保护以及能源利用方面具有重要意义。
本文将从深度和广度上来探讨这个话题，以便读者深入理解这一化学反应的机理和应用。
一氧化碳与氢的反应生成甲醇的方程式是一个关于有机合成的重要反应，它的化学方程式可以用如下方式表示：CO + 2H2 → CH3OH在这个化学方程式中，一氧化碳（CO）和氢气（H2）反应生成甲醇（CH3OH）。
这个反应是通过催化剂的作用进行的，通常使用的催化剂有氧化锌和铜。
这个反应在工业上被广泛应用，因为甲醇是一种重要的有机合成原料，可以用于合成化学品、燃料和药物等。
让我们来深入了解一氧化碳与氢反应生成甲醇的化学机理。
在这个反应中，一氧化碳和氢气首先通过吸附到催化剂表面上，形成一种中间态。
这些中间态之间发生一系列的化学反应，最终生成甲醇分子。
这个反应过程涉及到许多反应中间态和过渡态，需要深入的理论和实验研究来揭示其中的化学机理。
我们来探讨一氧化碳与氢反应生成甲醇的应用。
除了工业生产中的重要应用外，这个反应也在环境保护和能源利用中具有潜在的应用。
通过控制甲醇的合成过程，可以实现一氧化碳和氢气的高效利用，减少一氧化碳的排放。
甲醇作为一种清洁燃料，在替代传统石油燃料方面具有潜在的应用价值。
在总结回顾这个话题时，我们可以看到一氧化碳与氢反应生成甲醇的方程式不仅在化学合成领域具有重要的应用，也在环境保护和能源利用方面具有潜在的应用。
通过深入理解这个化学反应的机理和应用，我们可以更好地利用这个反应来解决现实生活中的重要问题。
在个人观点和理解方面，我认为一氧化碳与氢反应生成甲醇的方程式所涉及的化学机理和应用是一个非常有趣和具有挑战性的研究领域。
通过不断深入研究和探索，我们可以更好地利用这个反应来推动化学工业的发展，并解决环境和能源方面的重要问题。
在本文中，我通过深入探讨一氧化碳与氢反应生成甲醇的方程式的化学机理和应用，希望读者能够更全面、深刻和灵活地理解这一重要的化学反应。
甲醇合成反应方程式
甲醇合成反应方程式
1甲醇合成反应
甲醇合成是一种重要的有机合成反应，其反应方程式为：H2+CO =CH3OH。
2反应的基本原理
甲醇合成反应是利用水热原理进行的，具体反应原理为：在高压高温的条件下，用氢气反应于一定量的一氧化碳，氢氧化物形成反应生成甲醇，并伴有少量水放出，其反应方程式如上文所示。
3典型反应条件
甲醇合成反应一般在压力500-600atm，时间1-2小时，温度250-300摄氏度左右条件下进行，一般要求在高温高压情况下，采用连续循环反应，这样就能有效地节省大量的能源，达到更高的反应速率。
4进口反应物
甲醇合成反应的原料有：氢气、一氧化碳等。
5产物及应用
甲醇合成反应的产物是甲醇，其可用于乙醇的制备、甘油的制备、苯二酚的制备和溶剂的制备等。
总之，甲醇合成是一种重要的有机化学反应，其反应方程式为
H2+CO=CH3OH，进口物和产物各有特征，反应最佳条件为压力500-
600atm，温度250-300摄氏度，一般要求在高温高压情况下，采用连续循环反应。
此外，甲醇还可以用于乙醇的制备、甘油的制备、苯二酚的制备和溶剂的制备等，是化学工业和有机合成技术中不可缺少的一种物质。
甲醇合成工艺过程及优化分析
甲醇合成工艺过程及优化分析甲醇在化工产业中运用领域较广泛，其重要性可想而知。
要使甲醇的合成品质以及其最终的合成产量满足当代化工产业的要求，优化甲醛合成相关工艺流程操作控制已经成为一种必要性任务。
在具体的优化过程中，做到全面考虑，才能真正做到提高甲醇合成的生产效率，降低生产成本，进而促进我国在化工产业的发展。
标签：甲醇合成;工艺过程;优化分析1甲醇合成工艺过程分析要做到整体上提升化工产业中甲醇合成的效率，仅仅提高技术上的水平还是不够的，还需要整体分析甲醇合成流程并对其进行操作控制进行优化。
1.1 甲醇合成的反应机理甲醇合成反应是在催化剂作用下进行的复杂的可逆反应，由一氧化碳加氢合成甲醇CO+2H2=CH3OH（气），该反应为放热反应，从化学平衡原理分析在同一温度下，压力越大KN值越大，即甲醇平衡产率越高。
在同一压力下，温度越高KN值越小。
所以，低温高压对甲醇合成有利。
参与的催化剂一般是锌铬催化剂或者铜基催化剂，但无论是哪一个催化剂，其多相催化过程的机理都是包括扩散、吸附、表面反应、解析、扩散五个过程，即气体自气相扩散到催化剂的界面，各种气体在催化剂的活性表面进行化学吸附，吸附的反应物在活性表面上进行反应，反应产物脱附，反应产物气体自催化剂界面扩散到气相中去。
1.2 甲醇合成的流程合成气制备甲醇是我国比较常见的一种制备方式，但是合成气制备甲醇的整套工艺是非常复杂的，一整套流程下来耗时较长，实际生产过程中，选用的净化方式、以及原料的不同，相应的甲醇合成的流程也是不一样的，主要包括合成原料气、净化处理、压缩处理、合成处理、精馏粗甲醇等几个部分。
（1）合成原料气。
合成甲醇，首先是制备原料氢和碳的氧化物。
其主要由石油、煤炭、天然气等，用蒸汽转化或部分氧化加以转化，使其生成主要含氢、一氧化碳、二氧化碳的混合气体。
甲醇合成气要求（H2-CO2）/（CO+CO2）=2.1左右。
（2）甲醇的合成。
根据不同的催化剂，在不同的压力下，温度为240～270℃或360～400℃，通过催化剂进行合成反应，生成甲醇。
3.催化加氢
因溶剂对加氢反应速度有影响，对选择性也有
催化加氢用于合成有机产品外，还用于精制过程。
（1）合成有机产品
1．苯制环己烷 2．苯酚制环己醇 3. 丙酮制异丙醇
4．羧酸或酯制高级伯醇
Cr O RCOOH 2H 2 Cu RCH 2OH H 2O Cr O RCOOR 2H 2 Cu RCH 2OH R OH
回收氢
3.2 催化加氢反应的一般规律
一、热力学分析 二、催化剂
反应热效应 化学平衡 温度 压力 氢用量比
金属、骨架催化剂、金属氧化物、 金属硫化物、金属络合物 不饱和键、含氧、 含氮化合物、氢解 机理 动力学方程 温度（速度、选择性） 压力（气相、液相加氢） 溶剂
三、作用物的结构与反应速度
四、动力学及反应条件
5.以CO为原料，进行加氢反应，因催化剂的不同，可生成 不同有机产品。
CO 2H 2 CH 3OH nCO (2n 1)H 2 CnH2 n 2 nH2O
℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃
合成汽油
6．己二腈合成己二胺 N C(CH2 )4 C N 4H2 骨架镍 H2 N(CH2 )6 NH2
A +H2
B
H2↑ ，优点：X↑ ，有利于移走反应热。 缺点：yB↓, 分离难，循环量大，能耗大
3.2.2催化剂
(1)作用
不改变反应平衡，只改变反应速度，降低反应
过程活化能，降低温度压力（设备投资降低）。
(2)考核指标
活性、选择性、操作条件、寿命、抗毒性、成本
(3)影响催化剂性能的主要因素
1.化学组成 活性组分、助催化剂、载体 2.结构 比表面、孔结构、晶型、表面性质 3.制备工艺 共沉淀、浸渍、离子交换、机械混合等
一氧化碳和氢气合成甲醇气的热化学方程式
一氧化碳和氢气合成甲醇气的热化学方程式1. 引言大家好，今天咱们聊聊化学中一个小秘密——一氧化碳和氢气如何合成甲醇。
这听起来可能有点枯燥，但其实这背后藏着不少有趣的故事呢。
先别急着走开，让我们一起深入探讨一下这背后的化学反应。
这就像是给大家上了一堂“化学课外辅导”，保证不会让你觉得枯燥乏味。
2. 化学反应的基本知识2.1 反应方程式好了，咱们从最简单的开始讲起。
一氧化碳（CO）和氢气（H₂）这两种气体，在特定的条件下会反应生成甲醇（CH₃OH）。
这就是化学反应的“基本招数”。
它们的反应方程式长得像这样：CO + 2H_2 → CH_3OH这其实就是告诉我们，1份一氧化碳加上2份氢气，就能合成1份甲醇。
这就像做饭一样，只要按比例加好材料，就能做出美味的菜肴。
2.2 热化学方程式但事情远不止这些。
我们还得搞清楚这个反应的热化学方程式。
什么意思呢？简单说，就是这个反应要么释放热量，要么吸收热量。
对于这个反应，实际上是一个放热反应，也就是说，它会释放出热量。
放热反应的好处就是在某些工业过程中，可以利用这些热量来加速反应。
3. 实际应用3.1 工业生产你知道吗？这个反应在工业中可不是闹着玩的。
它被广泛应用于甲醇的生产，而甲醇可是很多重要化学品的原料。
比如说，甲醇可以用来制造塑料、合成燃料，甚至用来制造药品。
可以说，甲醇的生产是现代化学工业的“主心骨”。
3.2 环保与挑战不过，生产甲醇的过程中也有一些挑战。
比如，原料一氧化碳的获取和处理就需要特别注意，因为一氧化碳可是个“杀手”，它是有毒的。
不过，科技进步让这些问题都逐渐得到了解决，我们现在能在相对安全的条件下高效地生产甲醇。
说到环保，甲醇的生产也在不断改进，以减少对环境的影响。
4. 总结说了这么多，不知道你有没有对一氧化碳和氢气合成甲醇的过程有了更清楚的了解？这其实是化学反应中一个很有趣的例子，背后不仅仅是方程式那么简单，还涉及了工业生产、环保等多个方面。
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﹡工业甲醇易燃、遇明火有燃烧、爆炸的危险。燃烧时发出 蓝色火焰；在常温下挥发出的蒸汽有毒；与空气能形成爆 炸性混合物；爆炸极限为6.0—36%(V)。
3
●甲醇是仅次于三烯和三苯的重要基础有机化工原料，
广泛用于有机合成、染料、合成纤维、合成橡胶、涂料 和国防等工业。甲醇大量用于生产甲醛和对苯二甲酸二 甲酯；
（1）催化剂不 易中毒，再生困 难 （2）副反应多
（1）催化剂易 中毒，再生容易, 寿命为1-2年 （2）副反应少ห้องสมุดไป่ตู้
CuO－ZnO 中压法 －Al2O3
三元催化剂
10～15
230～270
1970年 工业化
16
反应条件 a.反应温度及压力：
反应条件
反应 温度
可逆放热反应，温度升高，反应速率增加，而 平衡常数下降
反应温度因催化剂种类而异
ZnO-Cr2O3：
380 ～ 400℃
CuO-ZnO-Al2O3： 230 ～ 270℃
与副反应比，主反应是摩尔数减少最多而平衡
反应 常数最小的反应，因此增加压力合成甲醇有利 压力 反应压力因催化剂种类而异
ZnO-Cr2O3： 30 MPa CuO-ZnO-Al2O3： 5 ～10MPa
反应热与温度压力关系
？
10
高压低温时反应热大
热力学分析
T<300℃ ，T↓ ，
↑（斜率上升），反应易失控
P低，T高时，△H变化小，故选择20MPa，300～400℃,反应
易控
11
（二） 平衡常数
热力学分析
a. 温度对平衡常数的影响
Kf只与温度有关（和书上式3-5等价）
低温对反应有利 P153表3-8
17
催化剂
(二）反应条件
1. 反应温度和压力
❖ ①为延长催化剂寿命，开始易用较低温度，过一定
时间再升至适宜温度，其后随着催化剂老化程度升 高，反应程度也相应高。
❖ ②因反应放热，反应热应及时移出，否则副反应增
加，催化剂易烧结，活性降低。故严格控制温度， 及时有效地移走反应热是合成塔设计、操作之关键。
b. 压力对平衡常数的影响
P↑，KN↑ ，xE↑ ，故应在高压下操作。
12
热力学分析
13
③ 副反应
平行副反应 连串副反应
热力学分析
14
热力学分析
● 从热力学分析可最大知，合成甲醇的反应 温度低，所需操作压力也可以低，但
副 温度低，反应速度太慢。关键在于催
反
应 化剂
1. 主反应分子数减少最多， 2. 升温：△ G0副<△ G0主，副反应
234000000000000CZunOO--ZCnrO2O543-012A3...152:l2O230：00100-4000000h0-1h-1
高压法： 30～50MPa，
340～420℃、锌-铬氧化物作
8
催化剂
一、热力学分析
（1）生产原料-----合成气的制备
气体原料生 水蒸气转化法 产合成气 部分氧化法
液体原料制 水蒸气转化法 取合成气 部分氧化法
固体原料制 取合成气
9
热力学分析 ①反应热效应
主反应：
放热反应，25℃反应热为△H0298＝－90.8KJ／mol。 常压不同温度的反应热按式3-3 (P152 )计算
5
用途
①甲醇+酸 → 酯+水 ②甲醇+氧气→甲醛 ③甲醇+NH3 → 甲胺、二甲胺、三甲胺 ④甲醇 →醋酸（羰基合成） ⑤甲醇合成人造蛋白是很好的禽畜饲料。 ⑥作石油添加剂。
6
7
氯甲烷水解法
在350℃，于流动系统中进行，所 得到的甲醇产率为67%，二甲醚为 33%。氯甲烷的转化率达98%。水 解速度慢，价格昂贵。
❖ 增加压力可加快反应速度，所需压力与反应温度有
关。
18
b.空速
反应条件
空速:影响选择性和转化率,直接关系到催化剂的生产
能力和单位时间的放热量。
铜基催化剂上空速与转化率、生产能力
空间适速度宜/h的-1 空C速O转与化催率化/%剂的粗活甲性醇产、量反/[m应3/（温m度3催及化剂·h）]
进塔气体的组成有关
●以甲醇为原料经羰基化反应直接合成醋酸已经工业化； ●近年来，随着技术的发展的能源结构的改变，甲醇又开辟
了许多新的用途，是合成人工蛋白的重要原料； ●以甲醇为原料生产烯烃和汽油已实现工业化。因此，甲醇
的生产具有十分重要的意义。
4
❖ 甲甲醇是最简单的饱和醇，也是重要的化学工业基础原 料和清洁液体燃料，它广泛用于有机合成、医药、农药、涂 料、染料、汽车和国防等工业中。 用于农制造甲醛和农药 （杀虫剂、杀虫螨）、医药（磺胺类、合霉素类）等的原料 、合成对苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯的 原料之一、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多种有机产 品。用作基本有机原料、溶剂及防冻剂。主要用于制甲醛、 香精、染料、医药、火药、防冻剂等。是基础的有机化工原 料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制 造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品 ，也是农药、医药的重要原料之一，经常作为气相色谱和液 相色谱分析的溶剂。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃 料，也加入汽油掺烧。
甲烷部分氧化法
合成气生条 2产0件2甲.：64醇在×催10化5P剂a低，作压用35法下0：～，55采M0用P0a℃压、力27150℃1左.3右2～，
特 收点 率： 不工高（艺流30程%采 中 2简）7用 压单5，℃铜 法，未，基 ：氧实铜催1化0现基化～过工催剂2程化7业合M不剂成化P易甲。a，醇控2制35，～甲醇
加压有利于甲醇生成
在热力学上有利，抑制副反应 15
催化剂
二、 催化剂及反应条件
①催化剂
催化剂
方法
催化剂
高压法
ZnO－Cr2O3 二元催化剂
CuO－ZnO 低压法 －Al2O3
三元催化剂
条 压力， MPa
25～30
5
件 温度，℃ 备 注
特点
380～400 230～270
1924年 工业化
1966年 工业化
第三章 催化加氢
第一节 概述 第二节 催化加氢的一般规律 第三节 一氧化碳加氢合成甲醇
1
第三节 一氧化碳加氢合成甲醇
一、概述 二、CO加氢合成甲醇 三、合成甲醇工艺流程
2
一、概述
（1）甲醇的性质及用途
﹡工业甲醇是无色、类似酒味的挥发性液体。相对密度 0.7914；熔点-93.9℃；沸点65℃；折光率1.3288；动力 粘度（120℃时）0.56cp；膨胀系数（20℃时） 0.001031；蒸汽压12.8KPa；蒸汽密度1.1kg/m3。