谈合成气的开发与利用

瑙莫汗 李维俊 丽丽

摘要：能源问题已成为制约我国社会经济发展的一大突出问题。由生物质制合成气既减少化石能源的消耗，又能废物利用创造更高经济效益。而合成气作为碳资源转化利用的重要平台，为生产清洁燃料和化工产品开辟了新途径。

关键词：合成气;生物质;低碳醇;乙二醇

中图分类号：X38 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）04-000-01

Abstract： The energy issue has become a prominent problem that constrains Chinas social and economic development. Syngas produced from biomass not only reduces the consumption of fossil energy， but also creates higher economic benefits from waste utilization. Syngas， as an important platform for the conversion and utilization of carbon resources， has opened up new avenues for the production of clean fuels and chemical products.

Key words： Syngas;Biomass;Higher alcohol;Ethylene glycol

经过加工提炼的石油，可作为发动机燃料、有机合成工业的重要原料和中间体，应用于社会的方方面面。中国作为世界第二大油气消耗国，截止2017年，我国石油消耗6.1亿t，国内石油产量仅为1.91亿t，进口比例达70%，成为了世界第一大石油进口国。过度依赖石油进口，已威胁到我国能源供应安全。我国“十三五”规划提出：要着力推动能源生产利用方式变革，优化能源供给结构，提高能源利用效率，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系，维护国家能源安全[1]。鉴于保障能源安全和开发绿色能源，除了节约石油资源外，寻找非石油路线制取液体燃料和化工原料来替代石油能源也是解决石油危机的合理途径之一[2]。人们通过利用合成气为原料生产液体燃料和化工产品来替代现有石油路线。

1 合成气的来源

合成气是指以CO和H2为主要成分的混合气体，其来源广泛，可通过煤、天然气、生物质等制得。

1.1 煤制合成气

1.2 天然气制合成气

天然气中的主要成分甲烷在高温条件下与氧气、水蒸气或二氧化碳进行重整反应，可制得合成气[4]，重整反应过程见1-2，1-3，1-4。目前甲烷水蒸气重整反应是工业上获取合成气的主要来源。

甲烷部分氧化反应CH4 + 1/2O2 → CO + 2H2    1-2

甲烷水蒸气重整反应CH4+ H2O → CO + 3H2    1-3

甲烷二氧化碳重整反应 CH4 + CO2 → 2CO + 2H2  1-4

1.3 生物质制合成气

农作物秸秆及农产品加工剩余物、林业剩余物和能源作物、生活垃圾及有机废弃物等，经部分缺氧和高温过程气化产生H2、CO2和CO 等气体[5]。

2 合成气的转化

合成气作为碳资源转化利用的枢纽，自上链接天然气、煤炭和生物质等上游资源，自下链接液体燃料、乙烯、丙烯、醋酸和芳烃等下游产品[3]。19世纪20年代，Fischer和Tropsch两位德国科学家发明了煤炭制合成气生产液体燃料的费托（F-T）合成，为合成气生成碳氢化合物的反应提供了关键技术[6]，反应式见2-1。

2.1 低碳烯烃的制备

作为重要有机化工原料的乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烃，可通过合成气直接或间接制得。目前F-T合成是唯一有效的合成气直接制低碳烯烃的路径 [7]。间接制低碳烯烃，首先由合成气制得甲醇，再由甲醇经脱水制二甲醚，甲醇与二甲醚继续脱水产生低碳烯烃[8]，主要反应过程见2-2，2-3，2-4。

2.2 低碳醇的制備

低碳醇是指C2+的醇类混合物（如乙醇、丙醇、丁醇等），可用作绿色、清洁燃料和油品添加剂，经提纯还可用作化工原料，生产药物、化妆品等高附加值产品，极具应用前景[9]，合成气制低碳醇反应见2-5。

2.3 乙二醇的制备

乙二醇是生产防冻剂、乙醇胺和饱和聚酯对苯二甲酸乙酯（PET）的一种重要化工原料。国内外对PET的需求巨大，由乙二醇制取PET的前景广阔[10]，合成气直接制取乙二醇的反应式见2-6。

3 结语

由煤炭、天然气作为原料的合成气制备方法，虽然工艺技术成熟，但存在来源有限、能耗高、污染大的问题。而以生物质为原料制备合成气技术尽管还处在实验室研究阶段，但该合成路线节能、环保、来源丰富，是今后合成气制备的方向。以合成气作为原料，开发具有高附加值的石油化工产品、医药产品、高分子材料，有利于开辟合成气化工多元化发展途径，而合成气直接制取低碳醇、乙二醇具有重要的研究和应用前景。

参考文献

[1]佚名.中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要[EB/OL].新华网http：//www.xinhuanet.com/politics/2016lh/2016-03/17/c_1118366322.htm， 2016-03-16/2016-03-17.

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[3]葛庆杰.第六章合成气化学[J].工业催化，2016，24（3）：82-104.

[4]马刚.天然气化工发展现状及前景分析[J].石化技术，2018（8）：282.

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[8]于飞，李正甲，孙予罕，等.合成气催化转化直接制备低碳烯烃研究进展[J].燃料化学学报，2016，44（7）：1-14.

[9]安霞，宁文生，刘化章.合成气制取低碳混合醇Cu-Co双金属催化剂研究进展[J].化工进展，2018，37（10）：3843-3849.

[10]刘兴然，唐飞，赵先治，等.合成气制乙二醇生产工艺技术比较及经济性分析[J].化工设计，2018，28（01）：19-23.

收稿日期：2019-03-07

基金项目：内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目（NJZY16282）;呼和浩特民族学院博士专项基金（HMBS1705）。

作者简介：瑙莫汗（1982-），女，蒙古族，研究方向为污染生态学方面的研究工作。

通讯作者：李维俊（1979-），男，汉族，研究方向为生态学研究。