工業(yè)級甲醇生產(chǎn)高純甲醇的可行性研究

化CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2005年第24卷增刊工業(yè)級甲醇生產(chǎn)高純甲醇的可行性研究張志剛徐世民張衛江2李鑫鋼1李春鳳2劉范嘉2(1天津大學(xué)精餾技術(shù)國家工程研究中心,天津300072;2天津大學(xué)化學(xué)工程研究所,天津300072;3長(cháng)春工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,長(cháng)春130012)摘要敘逑了國內外高純甲醇的應用和市場(chǎng)態(tài)勢、生產(chǎn)現狀、高純甲醇生產(chǎn)技術(shù)及高純甲醇生產(chǎn)技術(shù)的新進(jìn)展,并對我國甲醇產(chǎn)能、需求和存在的問(wèn)題作了分析,最后指出了我國自主生產(chǎn)國際標準高純甲醇的必要性及可行性。關(guān)鍵詞高純甲醇;應用;生產(chǎn)技術(shù);可行性;市場(chǎng)Study on Feasibility for Producing High Purity Methanolfrom Industry MethanolZhang Zhigang., Xu Shimin, Zhang Weijiang, Li Xingang, Li Chunfeng, Liu fanjia2(1 National Engineering Research Center for Distillation Technology, Tianjin University, Tianjin, 3000722 Chemical Engineering Research Cen3 School of Chemical Engineering, Changchun University of Technology, Changchun 130012)Abstract High purity methanol is a very important solvent for chemical industry and microelectronicindustry, the application in chemical industry and microelectronic industry, market status and thepresent situation of production of high purity methanol at home and abroad were introduced firstly. Andthen, manufacture technology and production of high purity methanol in our country were discussed. Atlast, feasibility for producing high purity methanol With high added value from industry methanol wasput forward.Keywords high purity methanol; application; manufacture technology feasibility; market隨著(zhù)教育科研產(chǎn)業(yè)的迅速擴大,大型精密儀器在以下兩個(gè)領(lǐng)域。設備的數量激增,以及高科技微電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)1.1高純甲醇在化工精密儀器中的應用展,高純溶劑的使用量也迅速增加。高純溶劑(電最早大量的使用高純甲醇是應用于一些化工精子工業(yè)稱(chēng)作超凈高純試劑)是指采用潔凈的生產(chǎn)設密儀器上,主要用于高效液相色譜中作為流動(dòng)相備及工藝所能得到的雜質(zhì)含量極低的溶劑,其產(chǎn)品隨著(zhù)社會(huì )的不斷進(jìn)步,生物化工、制藥、天然產(chǎn)物檢測項目一般為30項左右,且大多項目指標要求和精細化工等科技領(lǐng)域的高速發(fā)展,高效液相色譜達到10-級1-3,高純甲醇溶劑是其中應用范圍最由于不受樣品揮發(fā)度及熱穩定性的限制,并且具有廣、最典型的高純試劑之高效、快速和靈敏等特點(diǎn),因此其不僅作為一種分1高純甲醇的應用析方法進(jìn)行組分分析,而且更多的是作為一種分離手段,用以提純和制備具有足夠純度的單一物質(zhì),近年來(lái),以甲醇、乙腈等為代表的高純有機試以致應用范圍越來(lái)越廣泛和普遍。反相色譜是高效劑越來(lái)越受到化工、醫藥、電子等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的液相色譜中應用面最廣的一種分析及分離模式,其青睞。當前,我國國內高純試劑總的需求量已經(jīng)達中流動(dòng)相是完成液相色譜樣品分離分析最關(guān)鍵的到15000~20000t/a的規模,“十五”之后將達個(gè)到40000~50000t/a的規模,市場(chǎng)前景十分廣闊,動(dòng)中國煤使用最多的一種流且高純試劑利潤可觀(guān),應用面廣泛。CNMHG高純甲醇在電子、制藥、生物化工、食品、精第一作者簡(jiǎn)介張志剛(1968-),男,博士后聯(lián)系人徐世民細化工等很多工業(yè)領(lǐng)域大量使用,其中最主要應用研究員ailxusm2002@163.com.開(kāi)究張志剛等:工業(yè)級甲醇生產(chǎn)高純甲醇的可行性研331.2高純甲醇在電子工業(yè)中的應用市場(chǎng)份額為最大,默克集團是國際著(zhù)名的化學(xué)及制高純甲醇作為清洗劑應用于現代微電子行業(yè),藥公司,已有300多年的歷史。已在全世界56個(gè)而且其市場(chǎng)越來(lái)越大。其產(chǎn)品特征基本與作為電子主要國家設立了分公司,其中在28個(gè)國家建有80行業(yè)清洗劑的超凈高純試劑相同。超凈高純試劑個(gè)生產(chǎn)基地。其以對產(chǎn)品品質(zhì)的嚴格要求而著(zhù)稱(chēng)于( Process chemicals)是超大規模集成電路制作過(guò)程世,在超凈化學(xué)制品等方面居于世界領(lǐng)導地位。其中的關(guān)鍵性基礎化工材料之一,主要用于芯片的清次為美國的 Ashland公司,日本的Wako、Arch洗和腐蝕。如硅圓片在進(jìn)行工藝加工過(guò)程中,常常公司、 Sumitomo,美國的 Mallinckrodt Tyco公會(huì )被不同的雜質(zhì)所沾污,這些雜質(zhì)的沾污會(huì )導致司、 Honeywell公司、飛世爾科學(xué)世界公司IC的產(chǎn)率下降大約50%。為了獲得高質(zhì)量、高產(chǎn)( Fisher Scientific International Inc.)、 Sigma-率的集成電路芯片,必須將這些沾污物除去干凈。 Aldrich公司等,另外還有日本的關(guān)東株式會(huì )社、因此高純試劑的純度和潔凈度對集成電路的成品英國的B.D.H公司、前全蘇化學(xué)試劑和高純物率、電性能及可靠性都有著(zhù)十分重要的影響。質(zhì)研究所、伊期曼化學(xué)公司、 Allied Signal公司隨著(zhù)IC存貯容量的逐漸增大,存儲器電池的 Chemtech公司、PVS化學(xué)品公司、日本化學(xué)工業(yè)蓄電量要求盡可能的增大,因此氧化膜變得更薄,公司及德山公司等。近年來(lái),新加坡、中國臺灣地而超凈高純試劑中的堿金屬雜質(zhì)(Na、Ca等)會(huì )溶區也相繼建立了5000~10000t級的超凈高純試進(jìn)氧化膜中,從而導致耐絕緣電壓下降;若重金屬劑基地雜質(zhì)(Cu、Fe、Cr、Ag等)附著(zhù)在硅晶片的表面2.2高純甲醇的國內生產(chǎn)狀況上,會(huì )使P-N結耐電壓降低。雜質(zhì)分子或離子的我國高純試劑的研制起步于20世紀70年代中附著(zhù)又是造成腐蝕或漏電等化學(xué)故障的主要原期,相對于國外起步比較晚,經(jīng)過(guò)30年的研發(fā),因-10。因此,隨著(zhù)微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,對取得了一定的發(fā)展,如北京試劑研究所自1980年超凈高純試劑的要求也越來(lái)越高在國內率先研制成功適合中小規模集成電路5m技2高純甲醇的生產(chǎn)現狀術(shù)使用的22種MOS級試劑,隨后實(shí)現了2~3pm技術(shù)用化學(xué)品規模生產(chǎn),0.8~1.2pm技術(shù)用化學(xué)2.1高純甲醇的國外生產(chǎn)狀況品已經(jīng)完成了研究工作,部分產(chǎn)品“九五”期間已從1903年 Tswett發(fā)表了吸附色譜分離植物色經(jīng)實(shí)現了規模生產(chǎn),0.2~0.6pm技術(shù)用化學(xué)品正素的論文至今,色譜技術(shù)已有近百年的發(fā)展歷史。進(jìn)行實(shí)驗室的研究工作。另外在京津滬地區也陸續特別是20世紀60年代現代液相色譜技術(shù)的問(wèn)世,出現了許多生產(chǎn)高純試劑的廠(chǎng)家,雖然國內“所謂使其在生命科學(xué)、藥物化學(xué)、食品衛生、環(huán)境化學(xué)高純”溶劑的生產(chǎn)廠(chǎng)家較多,但是產(chǎn)品技術(shù)標準不等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。在過(guò)去40多年里,同,比較混亂,產(chǎn)品的質(zhì)量也不穩定,檔次比較HPLC已經(jīng)成為一項在化學(xué)科學(xué)中最有優(yōu)勢的儀低,大多產(chǎn)品僅達到國外產(chǎn)品色譜純標準,與進(jìn)口器分析方法之一?，F在,HPLC幾乎能夠分析所高純試劑相比有較大的差距,較高端的高純產(chǎn)品尚有的有機、高分子及生物試樣,且在生物和高分子需進(jìn)口。隨著(zhù)集成電路集成度的不斷提高,對超凈試樣的分離和分析中更是獨領(lǐng)風(fēng)騷,由其導致中國高純試劑中的可溶性雜質(zhì)和固體顆粒的控制也越來(lái)乃至世界對液相色譜的需求近年來(lái)迅速增加,作為越嚴格5。液相色譜的關(guān)鍵耗材—高純甲醇的使用量亦隨之3我國自主生產(chǎn)國際標準高純甲醇的大量激增[-131另外,隨著(zhù)近年來(lái)電子工業(yè)的蓬勃發(fā)展,尤其必要性及可行性是微電子高科技工業(yè)日新月異的向前發(fā)展,國外從3.1世界甲醇供需狀況20世紀60年代便開(kāi)始生產(chǎn)電子工業(yè)用試劑,并為在世界基礎有機化工原料中,甲醇是主要的基微細加工技術(shù)的發(fā)展而不斷開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品,使高純本有中國煤化工量?jì)H次于乙烯、丙溶劑的需求量急速膨脹。到目前為止,高純溶劑的烯原料可以是天然生產(chǎn)制造商主要分布在歐美的幾個(gè)先進(jìn)發(fā)達國家,氣、、凵、乙炔尾氣等,從并由極少數幾個(gè)世界知名化學(xué)公司所壟斷,其中以20世紀50年代起,天然氣逐步成為合成甲醇的主德國E. Merck及 MerckKanto公司的產(chǎn)量及所占要原料1。34化2005年第24卷甲醇除可做許多有機物的良好溶劑外,還可用世紀后,美國發(fā)現MTBE污染水,且可能威脅人于制造甲酸、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基類(lèi)健康,開(kāi)始并已經(jīng)在汽油中禁用MTBE,從而醚、對苯二甲酸二甲酯、丙烯酸甲酯等一系列有機極大的限制了甲醇工業(yè)的發(fā)展。美國化學(xué)品市場(chǎng)協(xié)化工產(chǎn)品7。另外,還可以摻入汽油或代替汽油會(huì )經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調查,分析并預測了最近幾年甲醇的世作為各種不同用途的工業(yè)用或民用的新型燃料等。界需求狀況,如表1所示1,可見(jiàn),2003年以后因此,甲醇在化學(xué)工業(yè)、醫藥工業(yè)、輕紡民用工業(yè)世界甲醇需求比以前有所增長(cháng),但2003~2010年以及運輸行業(yè)等國民經(jīng)濟部門(mén)都有廣泛的用途。甲醇需求增長(cháng)幅度將放慢,2006年甲醇需求將大甲醇工業(yè)的飛躍出現在20世紀90年代,甲基量減少。預計南美和中東/非洲地區的生產(chǎn)能力將叔丁基醚(MTBE)作為汽油的辛烷值改進(jìn)劑,在汽進(jìn)一步增長(cháng),因為這些地區或有充足的儲量,或相油的無(wú)鉛化中發(fā)揮了重要作用,導致其市場(chǎng)需求增距大規模天然氣儲量較近。而歐洲和亞洲的生產(chǎn)能長(cháng)劇增,1992~1996年是全球甲醇工業(yè)的高速發(fā)力預計增長(cháng)將較小。因為這兩個(gè)地區和北美一樣,展期,甲醇需求年均增長(cháng)率為6.7%。但是進(jìn)入21沒(méi)有大規模低成本的天然氣資源優(yōu)勢[1表1世界甲醇需求狀況統計(kt/a)最終用途2003年2007年2010年平均增長(cháng)率/%甲醛113961334814788MTBE乙酸33484.244DMT和MMA164219862.811151565其他用途6226總用量76836357生產(chǎn)能力42930307893376363572,4CMAI還指出,甲醇的價(jià)格可能在2004年到國內甲醇企業(yè)開(kāi)工率僅63%,2002年為55%左頂,隨著(zhù)2005年始的新增產(chǎn)能陸續投產(chǎn),甲醇價(jià)右,有近2000kt/a生產(chǎn)能力閑置。因為甲醇下游格將開(kāi)始回落。尤其是在那些成本低廉地區的新增產(chǎn)品的經(jīng)濟效益高于甲醇的效益,從而會(huì )進(jìn)一步刺甲醇產(chǎn)能投產(chǎn)后,甲醇的價(jià)格可能會(huì )低于一些生產(chǎn)激甲醇深加工產(chǎn)品的發(fā)展,使我國為數不少的甲醇商的成本價(jià),這就逼迫一些不具備竟爭能力的甲醇下游產(chǎn)品的增長(cháng)速度將大于甲醇增長(cháng)速度。因此,裝置關(guān)停20。今后10年內,我國甲醇消費結構將重點(diǎn)轉移到發(fā)3.2我國甲醇供需現狀展甲醇燃料、MTBE、醋酸等中下游產(chǎn)品方面21。目前,國內甲醇總年產(chǎn)能力已達400多萬(wàn)噸,而高純甲醇的生產(chǎn)對甲醇及其下游產(chǎn)品工程具有十甲醇裝置規模小,大多數為萬(wàn)噸級裝置,這些裝置分重要的意義。主要建在合成氨廠(chǎng),而合成工藝多采用中、高壓33高純甲醇的制備工藝及我國具備的技術(shù)背景法,規模小,技術(shù)落后,能耗高,成本髙,無(wú)法與目前,高純溶劑的精制方法多數是保密的,但國外甲醇,尤其是以天然氣為原料的甲醇相競爭。其制備方法基本上可歸納為兩大類(lèi),一類(lèi)方法是高國內天然氣產(chǎn)地天然氣氣價(jià)已超過(guò)0.7元/米,而純原料氣直接合成高純甲醇,其制備過(guò)程中需要潔國外產(chǎn)地價(jià)約為0.15元/米,甲醇產(chǎn)品進(jìn)口價(jià)低于凈的反應環(huán)境、設備及嚴格的反應條件,為了去除國內價(jià),造成進(jìn)口劇增,沖擊國內市場(chǎng)2,使國甲醇蒸氣中的其他雜質(zhì)物質(zhì),需要以高純的錳氧化內以天然氣生產(chǎn)的甲醇無(wú)法與進(jìn)口天然氣甲醇相抗物作中國煤化工需有高純的氣體如衡。國內甲醇生產(chǎn)企業(yè)約200家。但太多數裝置采氮氣CNMHG化保護氣與催化劑用聯(lián)醇工藝,單套裝置能力較小。與世界平均規模等接觸。該種方法對生產(chǎn)工藝條件的要求十分差距較大,并且生產(chǎn)成本高、工藝落后,導致開(kāi)工嚴格,掌握該技術(shù)對我國現階段還不成熟,且該方率低。有幾十套處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)。2001年法制備的產(chǎn)品的附加值較低。另外一類(lèi)方法是提純張志剛等:工業(yè)級甲醇生產(chǎn)高純甲醇的可行性研究35·精制高純甲醇,該種方法非常適合我國的國情,前2葛繼三,何祿寬.[].半導體技術(shù)19823(4);8~5面已經(jīng)說(shuō)明,生產(chǎn)具有高附加值的高純甲醇等工業(yè)3馬生貴,李建華,張泰,孫淨字,陳正墊.化學(xué)試劑國內外級甲醇的中下游產(chǎn)品,可以大大提高我國甲醇工業(yè)標準手冊[M].北京:中國紡織出版社,199.7的生命力和競爭力,該工藝是我國最實(shí)際、最合4鄒漢法,張玉奎,盧佩章.高效液相色譜法,分析化學(xué)叢書(shū)LM.北京:科學(xué)出版社,1998理、待開(kāi)發(fā)的方法。甲醇精制技術(shù)在國內外已經(jīng)研5張仁斌等編著(zhù).高效液相色譜在醫藥研究中的應用[M].上究很長(cháng)時(shí)間了,公開(kāi)的技術(shù)文件也比較多2.23),海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1983而且國內也有很多廠(chǎng)家和研究單位正在研發(fā)該種技6李彤,張慶合,張維冰高效液相色譜儀器系統[M.北京術(shù),這些技術(shù)基本以精餾技術(shù)為基礎,結合一些化化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)與應用化學(xué)出版7穆啟道.[刀.化學(xué)試劑,2001,24(3):142~145學(xué)及物理方法對甲醇進(jìn)行精制的,且已經(jīng)取得了8曹立新.[.半導體技術(shù),2003,28(12):15~20定的進(jìn)展-20),但提純制備的產(chǎn)品都尚沒(méi)有達到9穆啟道,[門(mén).集成電路應用,2003,2:56~60國際標準,只是接近國外著(zhù)名廠(chǎng)家的低級別高純甲10孫世銘.[.精細與專(zhuān)用化學(xué)品,199,7(10):8~10醇產(chǎn)品指標要求。隨著(zhù)我國化工分離技術(shù)的日益發(fā)1謝孟峽,劉級,丁雅韻.[現代儀器,200,1:30~32展,尤其是天津大學(xué)精餾技術(shù)國家工程中心的填料2潘蘇民.[].現代僅器,199,6,35~4013楊先碧,阮慎康.[刀.化學(xué)通報,1998,11:56~60塔及其塔內件技術(shù)已經(jīng)達到國際先進(jìn)水平,再其他14趙明華,[.集成電路應用,2002,110(2):6~9結合膜技術(shù)等技術(shù),完全有能力實(shí)現我國自主由工15穆啟道.[門(mén).化學(xué)試劑,200,23:142~145業(yè)級甲醇提純制備高純甲醇的規?；a(chǎn)。16錢(qián)伯章.[刀化工科技市場(chǎng),2004,2,1~617羅保軍,[冂].化工中間體,2004,1(2):21~264結論與展望18[].石油化工快報,2005,35(2):15~1619美國化學(xué)品市場(chǎng)協(xié)會(huì )(CMAI).[].化工催化劑及甲醇技術(shù)高純甲醇是使用量最大的高純有機溶劑之且是油氣的下游產(chǎn)品,西部油氣田的開(kāi)發(fā)和利用為20美國化學(xué)品市場(chǎng)協(xié)會(huì )(CMAD).[刀.氣體凈化,200高純甲醇的規?；a(chǎn)提供了豐富的原料,因而精(1):27~28制甲醇符合國家的產(chǎn)業(yè)政策、技術(shù)政策以及生產(chǎn)力21錢(qián)伯章,[].化工設計,198,(2):47~52布局要求,該項目的研發(fā)及實(shí)施將極大推動(dòng)我國電22王洪記,龐利峰,張敬忠,[.江蘇化工,200238012)子、制藥、食品等工業(yè)領(lǐng)域高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。以23 Shimada Takashi: Iwata Keiichi Yasuda Masako, Purification精餾技術(shù)為主要手段,輔以膜分離、吸附、離子交of methanol[P.JP6001735,1994-01-11換等技術(shù)手段,必將生產(chǎn)出具有獨立知識和國際標4 Kenny gerard, Methanol purification[P].GB2290291,1995-準的高純甲醇產(chǎn)品,進(jìn)而開(kāi)發(fā)生產(chǎn)更多其他品種的20高純溶劑25 Saito Yoshihiko, Hashimoto Osamu, Method of purifying methanol[P].JP62042940,1987-02-24考文獻6李紅光.[].煤化工,2000,4:49~5027王中銀.[J.河北化工,2001,1:36~371韓長(cháng)日,宋小平.精細化學(xué)品實(shí)用生產(chǎn)技術(shù)手冊:電子與信28范希中,范希國,范東林等,一種甲醇精餾工藝及精餾設備息化學(xué)品制造技術(shù)[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻出版社[P],CN1438208A,2003,8,2729寧秋實(shí),李紅光,李鐘模.[]貴州化工,2004,29(3):7~8中國煤化工CNMHG