Инновационные технологии в нефтегазопереработке. Производство метанола

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Казанский национальный исследовательский

технологический университет

Ф. Р. Гариева, М. Ф. Галимова

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКЕ

ПРОИЗВОДСТВО МЕТАНОЛА

Монография

Казань

Издательство КНИТУ

2022

УДК 665.6:330.341
ББК 35.514:65.01

Г20

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

канд. хим. наук М. М. Латыпова

канд. хим. наук Р. З. Мусин

Г20

Гариева Ф. Р.
Инновационные технологии в нефтегазопереработке. Производство 
метанола : монография / Ф. Р. Гариева, М. Ф. Галимова; Минобрнауки 
России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 
2022. – 120 с.

ISBN 978-5-7882-3159-4

Представлен обзор научных данных по современным подходам получения 

метанола. Рассмотрены рынок метанола, тенденции развития производства метанола в России и за рубежом, классификация метанола, синтезы метанола из 
различного сырья. Подробно представлен обзор сырьевой базы производства метанола. Наряду с современными методами получения метанола (биометанол из 
биомассы, биогаза, метанол из СО2 и др.) проведен подробный анализ классических методов, реализованных на сегодняшний день в промышленности в мировом масштабе. 

Предназначена для бакалавров направления 18.03.01«Химическая техноло
гия», магистров направления 18.04.01 «Химическая технология», а также для 
научных сотрудников, аспирантов и специалистов, работающих в области нефтехимии.

Подготовлена на кафедре технологии основного органического и нефтехи
мического синтеза.

ISBN 978-5-7882-3159-4
© Гариева Ф. Р., Галимова М. Ф., 2022
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2022

УДК 665.6:330.341
ББК 35.514:65.01

2

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Введение.........................................................................................................................................5

1. РЫНОК МЕТАНОЛА ..............................................................................................................6

2. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА
В РОССИИ...................................................................................................................................22

3. ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАНОЛА
В ОРГАНИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ...........................................................................................28

4. МАРШРУТЫ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА ИЗ РАЗЛИЧНОГО СЫРЬЯ................34

4.1. Сырьевая база для производства метанола ..................................................................34

4.2. Синтез метанола из различного сырья..........................................................................39

4.2.1. Биометанол из биомассы и твердых бытовых отходов (ТБО) ............................39

4.2.2. Биометанол из биогаза..............................................................................................42

4.2.3. Биометанол из целлюлозы........................................................................................43

4.2.4. Метанол из CO2 (э-метанол).....................................................................................43

4.2.5. Совместное производство биометанола  и э-метанола ........................................47

5. ПРОИЗВОДСТВО МЕТАНОЛА ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА............................................50

5.1. Маршрут синтеза метанола ............................................................................................50

5.2. Физико-химические основы процесса получения метанола 
из синтез-газа...........................................................................................................................51

5.3. Технологии производства метанола..............................................................................56

5.3.1. Каталитическая паровая конверсия метана, или паровой риформинг метана ......56

5.3.2. Парциальное окисление метана  (POX – partial oxidation)...................................62

5.3.3. Автотермический процесс........................................................................................63

5.3.4. Мембранный процесс парциального окисления ...................................................67

5.3.5. Технология SynCOR Methanol.................................................................................71

5.3.6. Совместное производство метанола и аммиака ....................................................73

6. РЕАКТОРЫ ДЛЯ СИНТЕЗА МЕТАНОЛА........................................................................81

6. 1. Реактор синтеза метанола MRF-Z ................................................................................85

6.2. Реактор автотермического риформинга (ATR) ...........................................................87

6.2.1. Корпус реактора автотермического риформинга (ATR)......................................88

6.2.2. Горелки компании «Топсе»......................................................................................89

6.3. Реактор с охлаждением кипящей водой .......................................................................91

6.4. Реакторы с насадочным слоем.......................................................................................93

6.5. Двухступенчатый реактор со слоем катализатора ......................................................94

6.6. Мембранный реактор с псевдоожиженным слоем......................................................97

6.7. Каталитические реакторы с покрытием........................................................................98

7. КАТАЛИЗАТОРЫ ПРОЦЕССА...........................................................................................99

7.1. Катализаторы для синтеза метанола при высоком давлении ....................................99

7.2. Катализаторы для синтеза метанола при низком давлении.....................................101

7.2.1. Газофазный синтез ..................................................................................................101

7.2.2. Жидкофазный синтез ..............................................................................................104

7.3. Гомогенные катализаторы............................................................................................105

7.4. Катализаторы риформинга «Топсе»............................................................................105

Библиографический список.....................................................................................................110

4

В В Е Д Е Н И Е

В последние годы внимание к метанолу резко возросло. В настоящее время среди технологий крупномасштабного производства одной 
из востребованных является технология производства метанола, полученного из синтез-газа. В свою очередь, на основе метанола могут быть 
получены экологически чистые топлива, растворители, разнообразные 
химические продукты.  
Кроме того, может быть решен ряд актуальных проблем в области энергетики, транспорта, экологии, так как метанол можно использовать в качестве компонента и исходного реагента для производства 
моторных топлив, высокооктановых добавок, водорода. Большую роль 
может сыграть метанол и при решении вопросов охраны окружающей 
среды в плане создания в перспективе безуглеродных технологий 
в энергетике за счет повышения содержания водорода как замещающего топлива. Таким образом, метанол является промежуточным продуктом при переходе к водородной энергетике.   
В мире широкое развитие получила технология газификации 
угля с целью получения метанола. Метанол используется как топливо 
на газотурбинных установках.  
Данная монография посвящена обзору литературных данных по 
современным подходам получения метанола. В работе представлены: 
рынок метанола, тенденции развития производства метанола в России 
и за рубежом, классификация метанола, синтезы метанола из различного сырья. Подробно представлен обзор сырьевой базы производства 
метанола. Описаны совместное производство метанола и аммиака – 
IMAP Ammonia, технология IMAP Methanol, технология IMAP Urea, 
технология SynCOR Plus. В работе осуществлен подробный анализ 
применяемых химических реакторов в вышеописанных процессах. 

5

1 .  Р Ы Н О К  М Е Т А Н О Л А

Метанол (метиловый спирт) – это один из важнейших продуктов, необходимых в производстве различных органических веществ 
в химической промышленности (рис. 1.1). На основе метанола можно 
получать различные химические продукты, а также использовать его 
в качестве жидкого топлива и растворителя. Метанол удобен для транспортировки и хранения. За последнее годы применение метанола резко 
возросло [1]. 

МТБЭ – метил-трет-бутиловый эфир; ТАМЭ – трет-амил-метиловый эфир; 
КФС – карбамидоформальдегидная смола; МФС – мочевино-формальдегидная 
смола; ФФС – фенолформальдегидная смола; ТФК – терефталевая кислота; 
БДО – бутандиол; ММА – метилметакрилат; ПОМ – полиоксиметилен; 
ПММА – полиметилметакрилат 

Рис. 1.1. Применение метанола 

Благодаря метанолу можно решить большое количество имеющихся проблем в энергетике, экологии, транспорте, поскольку он является универсальным энергоносителем, сырьем и компонентом для производства моторных топлив, высокооктановых добавок, водорода, источником углерода для микробиологического синтеза белков [2]. 

Вещи, производимые из метанола, окружают нас повсеместно. 

Из метилового спирта производят формалин, который применяют в качестве антисептиков и консервантов благодаря его свойству свертывать 
белок. Производные метанола используются в производстве лаков, эмалей и смазочных масел, карбамидоформальдегид – для изготовления фанеры и других материалов для мебельного производства, формиат 
натрия – для борьбы с коррозией. Присадки на основе метанола повышают октановое число топлив, тем самым снижая количество вредных 
выбросов. Сам же метиловый спирт повышает мощность двигателей [3]. 

Направления использования метанола в мире. Основным по
требителем метилового спирта является производство формальдегида 
и топлива. Как видно из рис. 1.2, структура потребления метанола 
к 2025 г. несколько изменится. Помимо топлив, еще одной востребованной сферой применения окажутся программы МТО (methanol-toolefins), а востребованная сейчас сфера производства формальдегида 
уйдет на второй план. 

Следующим востребованным направлением использования мета
нола является получение уксусной кислоты, которая применяется в пищевой промышленности в виде растворов различной концентрации. 
Также кислота используется во многих других видах промышленности, 
например в производстве она применяется при изготовлении клея, пластиков, красок, растворителей и лекарственных препаратов.

10 лет назад на использование метанола в производстве формаль
дегида, топлив, уксусной кислоты приходилось 77 % общего потребления в мире. Остальная доля приходилась на производство различных 
растворителей, лаков, пестицидов и др.

Сейчас картина несколько изменилась. Например, в Китае за по
следние годы были введены в эксплуатацию заводы с технологией МТО 
с общим показателем потребления метанола около 11 млн т/год. В связи 
с этим доля использования метилового спирта в технологии МТО составила 14 %.

Наряду с увеличением доли использования метанола в техноло
гии МТО наблюдается применение его и в других областях. Так, потребление метанола в топливном производстве возросло по следующим причинам:

– увеличение количества техники;
– введение в ряде стран стандартов метанольного топлива;
– необходимость сокращения выбросов в атмосферу.

Например, за последний год в Китае было использовано около 

9 млн т продукта. Производство уксусной кислоты из метанола также 
возросло за последние 10 лет в среднем на 3,5 % в год, что составляет 
более 1 млн т за десять лет [4]. Доля остальных потребителей метанола уменьшилась из-за медленного роста потребления: так, в период
2010–2017 гг. спрос увеличился всего на 2 млн т. Структура потребления метанола в мире и России представлена на рис. 1.2 [1].

Рис. 1.2. Структура потребления метанола

Метанол: анализ мирового рынка 2021 г. и прогноз до 2025 г.

Изменение спроса на метанол в течение последних десятилетий существенно различается. В период 1995–2005 гг. мировой спрос на метанол 
вырос на 3,7 %, в период 2005–2017 гг. – на 6,7 % в год. По прогнозу
генерального директора консалтинговой компании MMSA В. Зойера,
к 2025 г. спрос на метанол возрастет до 7,4 % в год, а общий спрос на 
метанол составит 135 млн т/год [5]. 

Темпы роста потребления метанола по годам с перспективой до 

2025 г. представлены на рис. 1.3 [1].

CAGR (англ. Compound annual growth rate) – совокупный среднегодовой темп 
роста GDP-валовый внутренний продукт 

Рис. 1.3. Мировой рынок метанола и темпы роста потребления 

Разница в спросе метанола на мировом рынке в период 
1995–2017 гг. обусловлена преобладанием той или иной сферы его использования в этот период. В 1995–2005 гг. метанол в основном использовался в химической промышленности для производства уксусной 
кислоты, формальдегида и других химических веществ, а также 
в нефтегазовой промышленности – в структуре транспортировки в качестве вещества, предотвращающего гидратообразование. В период 
2005–2017 гг. активно начали использовать в производстве моторных 
топлив, для технологии производства олефинов (технологии «метанол 
в олефины» и «метанол в пропилен» – МТО/МТР) и непосредственно 
как энергетическое топливо. Аналогичная картина прогнозируется 
и до 2025 г. [6]. 
В различных странах и регионах мира наблюдается разная скорость развития рынка метанола в связи с различными способами его использования внутри страны и поставками на экспорт. География среднегодовых темпов роста потребления метанола в мире представлена 
в табл. 1.1 [1]. 

Таблица 1.1

Рост рынка метанола и его драйверы по регионам

Рынок
CAGR

2021–2025 гг.
Факторы роста

Китай
5,9–8,9 %
Экспорт пластиков, внутренний спрос, в том 
числе на более экологическое топливо

США
5,4–8,1 %
Продукты переработки метанола с более 
высокой добавленной стоимостью

Индия
4,9–7,4 %
Внутренний спрос: пластики, строительство, экологическое топливо

Германия
3,8–5,7 %
Спрос на экологическое топливо

Великобритания
3,6–5,4 %
Спрос на экологическое топливо, дерегулирование

Мировое потребление метанола приведено на рис. 1.4 [1].

Рис. 1.4. Мировое потребление метанола 

Согласно данным анализа EY, можно сделать вывод, что Азиатско-Тихоокеанский регион занимает лидирующие позиции по потреблению метанола, а также является, соответственно, лидером по его производству. К 2025 г. планируется увеличение производства метанола 
в ряде других регионов, о чем тоже свидетельствует анализ EY. Прогнозируемое развитие связано: 
– с дальнейшим развитием потребления метанола в нефтехимическом секторе Китая и странах Азиатско-Тихоокеанского региона;