合成气在有机化工生产中的利用方法研究

许颖芬

（朔州职业技术学院，山西朔州 036002）

时代在不断地发展，科学技术也从未停止过革新的脚步，在新时代当中，有机化工企业呈现出了蓬勃的发展态势，同时，也让合成气成了有机化工生产过程当中最重要的原料之一，合成气主要是由乙二醇、乙二醚以及甲醇等共同组合而成本文主要对于合成气在有机化工生产当中的利用方法进行深入的 探讨。

1 合成气的组成分析

21世纪的到来，在新时代的大背景之下，大众对于自己的生活质量、环境等各方面都加强了关注，并且提出了更高的要求。通过对合成气进行认真的分析和研究，发现其主要是以氢和一氧化碳作为了主要成分，具有混合性特点的气体，它最早是由煤炭制备而成，伴随着时间的不断推移，由气体和液态烃原料，也就是天然气、炼厂气、汽油等共同制备而成，其最大的优势与特点就是活性非常好，是有机化工生产过程当中最重要的原料之一，合成气凭借着自身强大的优势与特点，可以科学、合理地运用其他方法无法运用的有机废料或者是与其他原料进行充分的融合，最终制成新的有机化工产业原料。通过将合成气加入化工生产过程当中，能够得到有机化工产品并且广泛的应用，在人们的生活和生产当中，合成气无论是开发还是运用价值都备受关注与 重视。

2 合成气一步法制取二甲醚的生产技术

通过对于二甲醚进行分析和了解，发现它是一种无色、无毒，并且对于环境没有任何污染和影响的清洁能源，在气雾剂或者是制冷剂当中，都可以见到其身影。另外，合成气在农药、燃料等许多行业当中都可以科学的运用，它具有良好的燃烧性能，而且含氧量非常高，并且可以有效地替代柴油，是最理想的替代燃料，在燃烧的过程当中，可以真正地实现无硫的排放。合成气反应活性非常的好，在有机化工生产的过程当中，其作为最重要的原料，还能够与其他的方法完美的配合，帮助没有作用的废料成为新的有些化工产品原料。

2.1 一步法合成二甲醚的反应原理

在制备二甲醚过程中应用合成气一步制备方法，具体步骤是在同一组容器中发生两步反应，接着发生后续反应，并且对生产出的甲醇直接脱水，由此制备出二甲醚。通过将其与两步法进行科学、合理的比较，发现二者之间有着很大的差异，一步法能够让合成气当中的CO单程转化率提高50%左右，并且操作十分的简单。与此同时，鉴于合成气作为主要原材料，可以极大地降低在二步法制备所得的二甲醚价格受到甲醇价格的影响程度。

2.2 慎重选择催化剂

在利用合成气一步法制备二甲醚的过程中，针对催化剂需要严格筛选，尽可能地选择组合类催化剂或者是双功能催化剂（如甲醇合成与甲醇脱水共同组合的催化剂），只有这样的催化剂，最终所呈现出来的效果才是最为理想的。在科学工作者研究出铜基催化剂以来，逐渐地取代了传统催化剂（如锌铬催化剂），同时演变成当前应用范围最为广泛的甲醇合成催化剂。据了解，铜基催化剂当中最常用的两种助化剂主要包括Zn与Al，通过Zn的加入，可以进一步增加铜的表面积；Al的作用就是结构助剂，让铜晶体均匀分布，并且尺寸不断减小。在众多催化剂中，展现出高合成甲醇性能的催化剂为铜芯铝催化剂，在制备二甲醚过程中铜芯铝催化剂逐渐成为最为普遍的催化剂。

3 合成气生产甲醇生产技术

甲醇具有易挥发、易燃烧的特点，而且是无色的液体，散发出来的气味与酒精相似。在有机合成工业当中，甲醇与乙烯、丙烯等基础原料一样，受到了关注与重视，并且广泛应用在生产塑料、合成纤维、农药、染料、油漆等工业中，另外，甲醇也可以作为萃取剂使用。

近几年来，科学技术呈现出了高速的发展态势，将甲醇作为主要的原料，生产出了各种有机化工产品，工业上生产甲醇也有许多的方法，现阶段主要运用的是以合成气作为主要原料的化学合成方法[1]。

3.1 以合成气制甲醇生产技术的主要反应原理

主反应包括：CO+2H2=CH3OH。在合成甲醇的过程中，会涉及许多的副反应，分为两种，即平行副反应与连串副反应，副反应的出现，不单单会消耗大量的原料，最重要的是冷凝现象不会使得制备出的甲烷跟着产品发生，甲烷会持续不断地开展循环，这就会在不同程度上给主反应化学平衡、化学反应速率造成影响，所以为了能够更好地对于副反应进行有力的控制，在其反应的过程当中，可以加入一些催化剂[2]。

3.2 催化剂的选择

早在20世纪60年代左右，就已经开发成功了铜基催化剂，铜基催化剂不但性能好，而且活性极高，适宜的反应温度为493~543K，被广泛应用在低压法甲醇合成当中[3]。事实上，在低压法甲醇合成工业化之前，人们已然知道铜基催化剂的活性非常高，但是其中最棘手的问题就是铜基催化剂对于硫非常的敏感，非常容易出现中毒事故，而且热稳定性非常的差，经过不懈的努力和钻研，让含铜催化剂的性能得到了改变，更主要的是找到了高效的脱硫剂，将甲醇合成塔的结构进行了有效的改变，让反应的温度能够得到严格的控制，延长了铜基催化剂的使用时间与寿命，这样运用铜基催化剂的低压法合成甲醇，才能够真正地实现工业化[4]。

3.3 甲醇合成工艺的条件

第一，反应的温度。最合适的温度与转化深度以及催化剂的老化程度之间有着紧密的联系和关系。为了能够让催化剂的使用寿命更长，在初期时，需要运用非常低的温度，运用一段时间之后，再升至到适宜的温度，之后伴随着催化剂老化程度不断增加，反应温度也需要进行提升。因为合成甲醇是放热反应，反应热需要第一时间排除，否则，就会导致催化剂的温度不断升高，增加副反应出现的可能与概率。

第二，反应的压力。在合成甲醇反应中，一氧化碳加氢实质上是降低了摩尔数的化学反应，由此提升压力在增加甲醇平衡浓度等方面非常的重要，在铜基催化的过程当中，因为其回应非常的高，反应温度很低，所以反应压力也可以适当降低一些[5]。

4 由合成气合成乙二醇生产专业技术

乙二醇是非常重要的石油化工原料，在润滑剂的制作、防冻剂的制作等各方面都可以见到乙二醇。

在制备乙二醇生产工艺中，原材料主要是采用一种来源广、价格低、功能性强的合成气，吸引了越来越多的研究者的关注与研究兴趣[6]。合成气合成乙二醇分为两个类型，即直接合成法与间接合成法，其中合成气直接合成法在理论上面有着非常高的经济价值，但是在实际当中，还需要进一步缓和反应条件，提升催化剂的活性；而间接合成法，则因为路线的不同，所取得的进展也会有很大的差异[7]。

4.1 合成气直接合成法

遵循原子反应的要求，利用合成气直接合成乙二醇的生产工艺步骤简单，与此同时反应选择性、反应转化率都不高，体现出极高的大规模生产价值。事实上，在制备乙二醇生产工艺中，合成气早在20世纪80年代的时候就被认定为最佳催化剂，涵盖了两种催化剂，即铑催化剂、钌催化剂。但是所呈现出来的效果，还需要不断地加强，伴随着时间的不断推移，直接法所取得的成果当中，还不能够真正实现工业化，它的发展空间非常大，如果能够得到有效的突破，必定会大幅增加其竞争力[8]。

4.2 甲醇甲醛合成方法

正是由于在利用合成气直接制备乙二醇的具体进程中无法避免出现各种各样的困难，由此利用以合成气为原材料制备甲醇、甲醛、再合成乙二醇的间接制备工艺，这是现阶段研究过程当中最重要的一个部分，特别是甲醛，已经作为直接法合成乙二醇的中间体，更值得人们加强对其的关注与重视[9]。甲醇甲醛路线合成乙二醇的研究非常的成熟，主要分为了几个重点的方向，其一，甲醇脱氢二聚法；其二，二甲醚氧化偶联法；其三，甲醛缩合法等等。另外，甲醛和甲酸甲酯偶联方法可以合成乙二醇，但是现如今并没有研究成功，还处在研究的过程当中。

4.3 草酸酯合成法

通过对草酸酯的合成方法进行分析和研究，主要就是运用醇类与N2N3反应生成亚硝酸酯，在Pd催化剂上面氧化偶联得到了草酸二酯，草酸二酯在经过催化加氢制作成为乙二醇，这一过程在实际发生的过程当中，并不会对醇类和亚硝酸产生任何的消耗，最终只是合成的草酸，最常见的物质主要包括甲醇、乙醇，以此来获得亚硝酸钾酯或者是亚硝酸乙酯与CO进行氧化偶联[10]。

据了解，草酸酯合成乙二醇工艺对其工艺并未提出更高的要求，反应条件非常的温和，现如今在工业企业发展过程当中，有很大希望成为大规模生产的合成气合成乙二醇路线。通过合成气合成乙二醇主要的方法和路线很多，需要相关工作人员进行深入的分析和研究，不可出现盲目性，最终找到最合适、最恰当的合成气直接合成方法，反应条件非常严格，假如真正地实现了突破，那么竞争力会非常的强。但是现如今的成果还无法真正实现工业化。在甲醇甲醛合成方法当中，其中有明显优势的就是甲醇缩合法和甲醇氢钾酰化法，甲醇缩合法路线非常的温和，虽然说消耗了大多的能量，但是在电力资源非常丰富的地区，竞争力还是非常大的；而甲醇氢钾酰化法也有一定的实力，主要体现在了运用铑催化剂上面，反应条件与前者相比，稍微温和一些，但是生产效率非常高。草酸酯合成法在现如今距离大规模工业化生产距离很近，因为其对工艺条件并未提出很高的要求，反应条件也十分温和，所以在不久的将来，极有可能会成为合成气合成乙二醇过程当中最重要的方法，需要加大对其的关注与重视[11]。

5 结语

合成气生产乙二醇、甲醇以及乙二醚是合成气在有机化学当中应用最为广泛的，所涉及的反应都非常的简单，而且对于工艺条件并未提出更高的要求，只是选择出最恰当的催化剂以及相关的条件即可，并且最终所取得的转化率也较好。因为合成气凭借自身强大的优势与特点，可以有效地被应用在农业、医药、合成纤维等众多的工业领域当中去，所以它的发展前景是非常广阔的，用合成气生产的乙二醇、甲醇以及以乙二醚等产品，在人们的生活、生产当中得到了关注与重视，并且应用的范围非常广泛，在生产工艺当中，催化剂凭借着自身强大的优势与特点成了最重要的组成部分，选择一种最合适、最恰当催化剂，不单能够有效地降低反应条件，而且还能够减少对反应设备所提出来的要求，在提高经济效益、降低生产投入资本等方面都有着非常重要的作用，所以选择出一种适合的催化剂非常重要，同时也具有一定的困难，因此，相关工作人员在日常的工作当中，一定要不断地进行经验的总结以及认真学习，提高自己的综合素养与工作能力，对于合成气在有机化工生产当中的利用方法进行深入的分析与探讨，为合成气更好的发展奠定基础。