浅谈合成气与甲醇制乙醇的工艺

浅谈合成气与甲醇制乙醇的工艺

作者：徐德新

来源：《理论与创新》2018年第12期

摘 要：近年来，能源之战可谓是世界各国间一场没有硝烟的战争。随着我国人口数量的增加，能源耗竭引起人们的广泛关注，相较于传统的燃料来说，乙醇不仅更加易燃，并且其具有含氧量高、抗爆炸性强等优点，因此自上世纪以来，我国加大了对制乙醇工艺的研究及开发力度。经过多年来的研究发现，以合成气和甲醇作为主要原料来制备乙醇的方法有着较多优点及极大的可行性，因此对此种工艺进行探讨可以帮助科学家对其进行进一步的完善，进而达到提高我国能源利用率的目的。

关键词：合成气；甲醇；制备乙醇；工艺

现如今，人类社会的生存和发展都离不开能源的节约和有效地利用。但随着燃料资源的日益开采和不当的使用，使得其数量日益减少。为了增加我国可用燃料资源的数量，也为了符合可持续发展战略的要求，我国加大了对新型能源的开发力度，经过多年的不懈努力，终于发现了乙醇这一可用燃料。但随之而来的是制备乙醇工艺的问题，随着我国科技的不断发展，以合成气和甲醇作为主要原料制备乙醇的工艺逐渐成熟。本文中，先对乙醇的性质进行了简单的介绍，然后就合成气与甲醇制备乙醇的工艺进行了介绍。 1 对乙醇性质的介绍

乙醇又称酒精，是一种由碳、氢及氧组成的一元有机物，其分子式为C2H6O，在常温常压的条件下，乙醇为无色的、有挥发性的、有特殊香味的液体。纯的乙醇液体有一定的毒性，不可直接饮用，也不可直接与人体皮肤接触，只有在进行一定的稀释后才可用于生物体的表面消毒，一般来说用于表皮消毒的乙醇溶液中，乙醇的体积分数为70%至75%。乙醇除了能与水以任意比例混合外，还可与多数有机溶剂互溶，因此其有着广泛的用途，在卫生、医疗、食品及工农业方面都有着广泛的应用。 2 合成气与甲醇制备乙醇的工艺 2.1 实验部分

（1）试剂：氢气（纯度为99%）、一氧化碳（纯度为99%）、Rh（CO）2（纯度为99%）、三水合三氯化钌（纯度为99%）、碘甲烷（纯度为99%）、甲苯（纯度为99%）、甲醇、醋酸、乙酸甲酯。

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（2）制备工艺：首先，确定所需乙醇浓度，进而确定所需甲醇浓度以及量，再确定所需催化剂的量，值得注意的是，为了保证催化的有效性，实际添加的催化剂的量应比计算量多出30%到50%。

之后，按计算所得的催化剂量的1.3到1.5倍称取催化剂Rh（CO）2、助催化剂三水合三氯化钌以及促进剂碘甲烷加入到高压反应釜中，再加入计算所得的一定浓度及一定量的甲醇，然后向其中通入一定的氢气，进行一定次数的置换之后，将氢气与一氧化碳按计算好的比例通入反应釜中，当反应釜中压力达到一定数值后，即可停止氢气与一氧化碳的通入；之后，开启加热装置，使反应釜内的温度满足制备过程的要求，当温度达到要求后，开启反应釜内的搅拌器，搅拌12小时。值得注意的是，在搅拌过程中，应保证反应釜内的压力稳定不变，因此，应时刻注意压力显示器，一旦反应釜内压力减小，应立即通入一定比例的氢气与一氧化碳，直到反应釜内压力稳定为止；12小时后，关闭搅拌器及加热装置，让反应釜在室温条件下自然冷却后，取一定量的反应釜内样品，对其进行色谱分析。

（3）分析因素：主要以甲醇转化率、物质选择性、乙醇选择性以及醚类选择性作为工艺分析的因素。 2.2 结果与讨论

（1）不同溶剂对反应的影响：通过对样品进行色谱分析发现，当以甲醇、醋酸以及甲苯三种溶剂为主要反应物时，甲醇转化率最高的为醋酸，可达到90%，其次是甲苯，转化率为89%，最后是甲醇，转化率为70%；乙醇选择性最高的为甲醇，可达到19%，其次是醋酸，选择性为10%，最后是甲苯，选择性为4%。通过上述结果不难看出，在以合成气和甲醇为主要原料制备乙醇的工艺中，最佳溶剂为醋酸，醋酸不仅可以提高乙醇的产出率，又可减少工艺过程中副产物的生成量，并且，醋酸可以循环利用，因此又可对工艺原料的浪费。经过后续实验研究发现，在以醋酸为溶剂的前提下，当甲醇与醋酸的质量比为1：2时，制备乙醇的效果最佳。

（2）助催化剂三水合三氯化钌对制备工艺的影响：在以合成气与甲醇为主要原料、醋酸为溶剂的前提下，将助催化剂三水合三氯化钌以0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g、0.8g、0.9g的质量加入到8组反应条件相同的反应釜中，根据最后对样品进行色谱分析后发现，随着助催化剂三水合三氯化钌质量的增加，甲醇转化率呈现持续增高的趋势，醋酸选择性也呈现出增高的趋势，而乙醇选择性呈现出先增高后降低的趋势，且降低点位于0.4g与0.5g之间。 再次进行实验，此次将助催化剂三水合三氯化钌以0.4g、0.41g、0.42g、0.43g、0.45g、0.46g、0.47g、0.48g、0.49g、0.5g的质量加入到10组反应条件相同的反应釜中，根据最后对样品进行色谱分析后发现，乙醇选择性是在助催化剂三水合三氯化钌质量为0.45g后开始降低，因此，在制备乙醇的工艺中，当助催化剂三水合三氯化钌质量为0.45g时，制备乙醇的效果最佳。

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（3）促进剂碘甲烷对制备工艺的影响：将促进剂碘甲烷以0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g、3.5g、4.0g的质量加入到8组反应条件相同的反应釜中，根据最后对样品进行色谱分析后发现，随着促进剂碘甲烷质量的增加，甲醇转化率、醋酸选择性、乙醇选择性均呈现出先增高后降低的趋势，且降低点位于2.5g与3.0g之间。

按照确定助催化剂三水合三氯化钌最佳加入质量的方法进行再次实验，最终确定促进剂碘甲烷的最佳加入质量为2.84g，此时制备乙醇的效果最佳。

（4）一氧化碳与氢气比例对制备工艺的影响：将一氧化碳与氢气比例分别为1：1、1：2、2：2、2：1的气体通入到反应条件相同的4组反应釜中，根据最后对样品进行色谱分析后发现，当一氧化碳与氢气比例为1：2时，制备乙醇的效果最佳。 3 结束语

通过上文的讨论不难得出，当选择醋酸为溶剂、助催化剂三水合三氯化钌添加量为0.45g、促进剂碘甲烷添加量为2.84g、一氧化碳与氢气比例为1：2时，制备乙醇的效果最佳。虽然除上述影响因素外，该项工艺制备乙醇的效率还存在一些较细致的影响因素，但相信，经过不断地完善，合成气与甲醇制备乙醇的工艺定将走向成熟。 参考文献：

[1]陈英赞，喻益，刘殿华，等.合成气与甲醇制乙醇工艺的研究[J].石油化工，2016，45（11）：1310-1314.

[2]李德宝，肖勇，陈从标.一种合成气经甲醇制乙醇的工艺：CN，CN102690171B[P].2014. [3]魏世康.降低合成气制乙醇酸装置甲醇消耗的探讨[J].能源化工，2016，37（6）：32-38.