[发明专利]一种合成气直接生产乙醇的方法

说明书

本文公开了一种合成气直接生产乙醇的方法，其中反应过程在三个反应区中完成，所述方法包括：使合成气和二甲醚进入第一反应区，以与固体酸催化剂接触反应；使来自第一反应区的流出物进入第二反应区以与金属催化剂接触反应；对来自第二反应区的流出物进行分离得到产物乙醇和副产物甲醇；使副产物甲醇进入第三反应区以进行脱水反应得到二甲醚，并使所得到的二甲醚进入所述第一反应区以循环反应。本发明提供了合成气直接转化成乙醇的新方法，依照本发明的方法，能够以合成气为原料直接生产乙醇产品。同时，本发明的方法工艺过程简单，能耗低，生产成本低，产物选择性高，具有重大的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种合成气转化生产乙醇的方法。

背景技术

乙醇是世界上公认的环保清洁燃料，可直接用作液体燃料或同汽油混合使用，以降低汽车尾气中一氧化碳、碳氢化合物、颗粒物、氮氧化合物及苯系有害物的排放，有效改善我国的环境质量，对解决我国大气污染问题，实现可持续发展具有重要意义。现有的乙醇生产工艺主要有基于生物质路线的糖类或纤维素发酵法和基于石油路线的乙烯水合法。近年来，我国燃料乙醇产销量迅速增长，已经成为继美国、巴西之后的世界第三大燃料乙醇生产国。但生物质合成燃料乙醇受限于原料短缺和能量密度低的特点而难以大规模发展。基于我国“贫油、少气、煤资源相对丰富”的能源结构和石油对外依存度不断攀升的现状，亟需发展以煤或生物质基合成气合成乙醇的新工艺，降低我国对石油的依赖，促进我国能源多元化变革。

以合成气为原料生产种类繁多的大宗基本化工原料和高附加值的精细化学品一直是催化领域中研究的热门课题。合成气直接制乙醇是近些年乙醇制备的新工艺。从工艺和成本的角度来说，合成气直接制乙醇工艺流程短，操作成本较经济，投资成本较低，但从热力学、动力学角度出发，反应很难停留于目标产物乙醇上。由于合成气直接制乙醇是一个强放热反应，所以首要问题是要选取催化性能好、选择性高、耐受性能强的催化剂。从实际反应结果看，产物分布广，不仅有大量C2含氧副产物如乙醛、乙酸，而且含有C2-C5烷烃和烯烃，乙醇选择性不理想，收率低。

由于铑基催化剂具有合成气选择合成C2含氧化合物的性能，因此受到国内外研究者的广泛关注，是近年来C1化学相对重要的研究方向之一。但是，贵金属铑的使用，使得乙醇生产成本大幅提升，且铑产量有限，大规模推广应用存在很大困难，成为该工艺路线工业化的瓶颈。大幅降低铑使用量，或用非贵金属催化剂替代铑是此项技术推向工业化的有效途径，但目前进展较为缓慢。

CN103012062A公开了以氢气和一氧化碳混合形成的合成气原料合成甲醇，甲醇脱水制备出二甲醚，然后二甲醚与一氧化碳和氢气混合进行羰化反应制取乙酸甲酯，乙酸甲酯纯化后进行加氢，加氢产物纯化后得到乙醇产品的一种合成气间接生产乙醇工艺。整个工艺包含了甲醇合成与分离、二甲醚合成与分离、二甲醚羰基化与分离以及和乙酸甲酯甲酯加氢与分离等过程单元。本发明提供了一种合成气直接生产乙醇的方法，该方法以合成气为原料，整合了甲醇合成、甲醇制二甲醚、二甲醚羰基化制乙酸甲酯以及乙酸甲酯加氢制乙醇的过程，实现了合成气直接生产乙醇。本发明不仅减少了甲醇合成单元以及相应的分离单元，而且还减少了二甲醚羰基化制乙酸甲酯的分离单元，使得本发明具备反应条件温和、工艺简单、设备投资成本以及能耗降低等优点，具有重要的应用前景。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的一些或全部问题，提供一种合成气转化的新技术和乙醇生产的方法，利用该方法可以实现合成气定向转化为乙醇。

为此，本发明提供了一种合成气直接生产乙醇的方法，其中反应过程在三个反应区中完成，所述方法包括：

a)使作为原料的合成气和二甲醚进入第一反应区，以与所述第一反应区中的固体酸催化剂接触并发生反应，得到含有乙酸甲酯和/或乙酸的流出物；

b)使来自所述第一反应区的流出物进入第二反应区，以与所述第二反应区中的金属催化剂接触并发生反应，得到含有甲醇和乙醇的流出物；