甲醇合成金属催化剂是用于加速甲醇合成反应的金属基催化剂，主要包括锌铬催化剂和铜基催化剂两大类，其核心作用是通过降低反应活化能，显著提升一氧化碳（CO）和氢气（H₂）合成甲醇的效率。以下是对这两类催化剂的详细介绍：

一、锌铬催化剂

• 主要成分：氧化锌（ZnO）、三氧化二铬（Cr₂O₃），部分配方中还含有氧化铁（Fe₂O₃）、水（H₂O）和石墨等成分。

• 特性：

• 耐硫性：对原料气中的硫化物具有较强耐受性，适用于含硫原料的甲醇合成。

• 活性较低：需在较高温度（350-400℃）和高压（25-30MPa）条件下运行，以维持反应速率。

• 历史地位：作为早期甲醇合成催化剂，锌铬催化剂曾主导高压法工艺，但因能耗高、效率低，逐渐被铜基催化剂取代。

二、铜基催化剂

• 主要类型：

• Cu-Zn-Al催化剂：以氧化铜（CuO）、氧化锌（ZnO）和氧化铝（Al₂O₃）为核心成分，是当前工业应用最广泛的甲醇合成催化剂。

• Cu-Zn-Cr催化剂：以氧化铜（CuO）、氧化锌（ZnO）和三氧化二铬（Cr₂O₃）为主要成分，适用于特定工艺条件。

• 特性：

• 低温活性：在250-300℃、5-25MPa的低压条件下即可高效运行，显著降低能耗。

• 高选择性：通过抑制副反应（如生成高级醇、醛、酮等），提高甲醇产率和纯度。

• 稳定性：氧化铝（Al₂O₃）的加入可阻止铜微晶与氧化锌烧结，维持催化剂物理性能和化学活性。

• 应用占比：全球约65%的甲醇产量使用低压铜系催化剂合成。

• 改进方向：

• 两步共沉淀法：先沉淀Cu/Al生成尖晶石结构化合物，再沉淀Cu/Zn，提升催化剂活性、稳定性和机械强度。

• 添加剂优化：引入硼（B）、铬（Cr）、锰（Mn）、钒（V）、稀土元素等，进一步增强催化剂性能。

三、其他金属催化剂

• 钼系催化剂：用于特定甲醇合成工艺，但应用范围较窄。

• 贵金属催化剂：如钯（Pd）负载于氧化铝（Al₂O₃）、二氧化硅（SiO₂）等载体上，需添加锂（Li）、钙（Ca）、钡（Ba）等促进剂以稳定中间产物甲酸盐，活性较高但成本昂贵。

• Raney铜催化剂：多孔结构可阻止铜烧结，含CO₂时维持活性，但反应空速低，尾气循环量大。