[发明专利]一种氢气和二氧化碳合成甲醇的工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于二氧化碳的综合利用技术领域，特别涉及一种由氢气和二氧化 碳直接合成甲醇的工艺方法。

背景技术

人类对石油和煤资源消耗量的日益增加，每年向大气中排放的二氧化碳持 续增长，大气中的二氧化碳浓度逐年上升，这是造成地球温室效应的主要原因。

从地球环境的有效保护和对碳资源的充分利用这两个基本点出发，由二氧 化碳加氢制取甲醇，不仅可解决二氧化碳废气的利用问题，还可减少二氧化碳 对大气的排放，开发生产甲醇原料的新途径，更充分有效的利用有限碳资源。

目前我国已成为仅次于美国的世界第二大二氧化碳排放国，年排放二氧 化碳量超过二十亿吨。要使国内的二氧化碳的排放恢复到2000年的水平，这 意味着每年须回收二氧化碳排放量的3.5％，而如果把我国现在的油品缺口全部 由甲醇代替，按1.7吨甲醇相当于1吨汽油计，若该甲醇全由二氧化碳加氢制 取，则每年可消耗二氧化碳5000万吨左右，这对于控制二氧化碳的排放会起 到显著的效果。

目前国内外曾研究利用铁基催化剂将二氧化碳变换为一氧化碳后合成甲 醇，但其比较明显的缺点是变化温度高、能耗大，含有杂质组份等。

发明内容

本发明的目的是提供一种氢气和二氧化碳合成甲醇的工艺方法，该方法可 充分利用通常被当做废气排放的二氧化碳资源，比较容易的合成甲醇，其反应 温度低，二氧化碳转化率高，工艺过程简单，能耗低，容易实现工业化。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种氢气和二氧化碳合成甲醇的工艺方法，包括下述主要步骤：

(1)、第一步催化反应：在第一反应器中，氢气和二氧化碳摩尔比为3:1～ 8:1，在Cu:Zn:Al摩尔比为(62～75):(15～28):(10～20)的铜基加氢催化剂作 用下，温度230～280℃，压力5.0～8.5Mpa，气体空速10000-20000h^-1下进行 第一步催化反应，得到甲醇、水、一氧化碳；

(2)、气液分离：将上述(1)步反应后的甲醇、水、一氧化碳和未反应 的氢气和二氧化碳在气液分离器中进行气液分离，液体状态的甲醇和水作为产 品溶液被分离出，气体状态的一氧化碳、氢气和二氧化碳进入下一步反应；

(3)、第二步合成反应：经过上述(2)步气液分离后，氢气和一氧化碳、 二氧化碳进入第二反应器，在合成甲醇催化剂作用下，温度230～280℃，压力 低于第一反应器中压力0.2～2.0Mpa，气体空速8000-18000h^-1条件下，进行第 二步合成反应，得到粗产品甲醇和水(可根据需要采用常规方法进行浓缩，以 得到适当浓度的甲醇产品)。

第二步合成反应中所用的合成甲醇催化剂，可优选自Cu:Zn:Al摩尔比为 (50～65):(20～30):(10～20)的铜基催化剂(其中通常还可加入其它物质如 Mg、Mn、V等)。

上述工艺过程中，在(1)步的加氢催化剂作用下，主要发生如下反应：

CO₂+3H₂＝CH₃OH+H₂O

CO₂+H₂＝CO+H₂O

在(2)步的合成甲醇催化剂作用下，主要发生如下反应：

CO₂+3H₂＝CH₃OH+H₂O

CO₂+H₂＝CO+H₂O

CO+H₂＝CH₃OH

上述工艺过程可如图1所示，二氧化碳和氢气经加压后并换热后进入第一 反应器，在温度为230～280℃，压力5.0～8.5Mpa，气体空速10000-20000h^-1下，进行第一步催化反应，得到甲醇、水、一氧化碳，经冷凝、分离，(液相 作为粗产物进入粗产品贮罐)气相经换热后进入第二反应器，进行第二步合成 反应，得到产物经冷凝然后进入气液分离，气相物质经压缩后循环使用，液相 产物进入粗产品贮罐。