煤制甲醇合成催化剂活性的浅谈

2019-07-18张磊

城市建设理论研究（电子版） 2019年3期

张磊

内蒙古中煤远兴能源化工有限公司内蒙古鄂尔多斯 017307

0.引言

随着国民经济不断发展,对化工基础原料依赖程度也随之增加,甲醇便是其中基础原料之一。通过对甲醇进行化学反应可制备烯烃原料，为我国能源及化学试剂发展提供了基础保障。生产甲醇原料主要有焦炭、石油液体烃、H2/CO、天然气、煤炭等。我国石油相对紧缺，煤炭资源丰富，因此制备甲醇的方法主要靠煤炭[1-3]。煤制甲醇合成中催化剂起到重要作用，本文就催化剂在煤制甲醇中应用进行分析。

1.煤制甲醇原理

以煤制甲醇工序流程为：煤炭制备CO、H2，变换和脱碳、制备气体净化、通过压缩液化气体、反应制备甲醇、甲醇精馏以及环境保护、安全保护。如图1为煤制甲醇工艺流程图。

图1 甲醇制备工艺流程图

煤制甲醇原料是将煤炭通过水煤气、干粉煤气化、焦炉煤气法等将煤炭转化为CO、H2气体通过变化、净化、压缩、合成等工艺制备出甲醇。甲醇制备过程中使用催化剂，促进CO、H2反应。由于煤炭中含有S，对甲醇纯度有影响，因此脱硫技术在甲醇生产中起到至关重要。此外由于S与催化剂可能反应造成催化剂中毒不能正常生产甲醇。催化剂在使用过程中需进行活性转化，涉及反应为：

从上面反应方程式中可知H2S起到推动作用，为提高反应需增加H2S，可向反应中添加CS2，涉及反应方程式为：

2.煤制甲醇合成催化剂分析

目前甲醇工业中常见使用的催化剂有NC307催化剂、QDB系列耐硫变换催化剂、K8-11型耐硫变换催化剂等。下面对常见催化剂进行分析。

2.1 NC307催化剂

该催化剂主要成分由CuO、ZnO、Al2O3的氧化物组成，比表面积能够达到110m2/g，出活性系数超过1.3g/(mL.h)；体积收缩范围在5-6%之间；催化剂耐热活性超过1.0 g/(mL.h)。使用条件为温度范围在200-300℃；压力条件为3-15MPa；空速度5000-20000/h。具有活性高、结蜡少、稳定性高以及甲醇产量高优点，被广泛应用到煤制甲醇中。

2.2 QDB系列耐硫变换催化剂

传统由CuO、ZnO、Al2O3的氧化物形成的催化剂强度不够高、易粉末在使用过程中会造成设备堵塞、产物污染等问题。为解决这一问题，开发出了QDB系列耐硫变换催化剂。加入该催化剂后能降低反应温度。该催化剂指标有：比表面积超过110m2/g；CoO含量在1-1.4%，MoO3含量在6.0-8.0之间；强度超过120N/cm。QDB催化剂具有可重复多次使用、耐系统压力、受温度影响较小。使得在煤制甲醇中表现出优异的稳定性和活性。

2.3 K8-11型耐硫变换催化剂

该催化剂是由青岛信瑞催化剂有限公司研发，是一款具有宽水气比、宽温度以及宽（SGoMo）耐硫变换催化剂。该催化剂使用温度范围在200-500℃，使用过程中需控制入口温度应高于25℃同时控制气体流量。承受压力应小于10MPa。该催化剂优点是抗毒性很强；缺点是随着温度的升高氧气会将该催化剂烧毁并产生SO3气体会腐蚀设备，此外S含量对催化剂性能有影响，当S含量过高能增加催化剂活性，S含量降低时反硫现象严重会导致催化剂失活。

2.4新催化剂应用分析

针对NC307催化剂、QDB系列耐硫变换催化剂、K8-11型耐硫变换催化剂特性。科莱恩、天一、庄信万丰开发了新款R-3301催化剂。如表1为催化剂对比结果。

表1 催化剂对比结果

综合分析可知新R-3301催化剂属于无CuO、ZnO、Al2O3氧化物催化剂，比表面积比R-3301、R-3302好，同时与其它指标进行对比可见新研发催化剂优于R-3301、R-3302。但是在比面积指标方面达不到NC307催化剂、QDB系列耐硫变换催化剂、K8-11型耐硫变换催化剂，后续还续改进。