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合成氣
以一氧化碳和氫氣為主的原料氣
簡(jiǎn)介
以氫氣、一氧化碳為主要組分供化學(xué)合成用的一種原料氣。由含碳礦物質(zhì)如煤、石油、天然氣以及焦?fàn)t煤氣、煉廠氣、污泥和生物質(zhì)等轉(zhuǎn)化而得。生物質(zhì)和污泥在熱解或者氣化時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的合成氣，從形成的氣體成分區(qū)分的，按合成氣的不同來(lái)源、組成和用途，它們也可稱(chēng)為煤氣、合成氨原料氣、甲醇合成氣（見(jiàn)甲醇）等。合成氣的原料范圍極廣，生產(chǎn)方法甚多，用途不一，組成（體積%）有很大差別：
制造合成氣的原料含有不同的H/C摩爾比：對(duì)煤來(lái)說(shuō)約為11；石腦油約為
；天然氣最高為
。由這些原料所制得的合成氣，其組成比例也各不相同，通常不能直接滿(mǎn)足合成產(chǎn)品的需要。例如：作為合成氨的原料氣，要求
，需將空氣中的氮引入合成氣中（見(jiàn)合成氨原料氣）；生產(chǎn)甲醇的合成氣要求 
或
用羰基合成法生產(chǎn)醇類(lèi)時(shí)，則要求
；生產(chǎn)甲酸、草酸、醋酸和光氣等則僅需要一氧化碳。為此，在合成氣制得后，尚需調(diào)整其組成，調(diào)整的主要方法是利用水煤氣反應(yīng)（變換反應(yīng)）：
，以降低一氧化碳，提高氫氣的含量。
歷史沿革
合成氣的生產(chǎn)和應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)中具有極為重要的地位。早在1913年已開(kāi)始從合成氣生產(chǎn)氨，現(xiàn)在氨已成為最大噸位的化工產(chǎn)品。從合成氣生產(chǎn)的甲醇，也是一個(gè)重要的大噸位有機(jī)化工產(chǎn)品。1939年，德國(guó)開(kāi)發(fā)的乙炔氫羧化工藝曾是生產(chǎn)丙烯酸及其酯的重要方法。第二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)和日本曾建立了十多座以煤為原料用費(fèi)托合成從合成氣生產(chǎn)液體燃料（見(jiàn)煤間接液化）的工廠，戰(zhàn)后由于有廉價(jià)的原油，這些廠先后關(guān)閉。1945年，德國(guó)魯爾化學(xué)公司用羰基合成（即氫甲酰化）法生產(chǎn)高級(jí)脂肪醛和醇開(kāi)發(fā)成功，此項(xiàng)工藝技術(shù)發(fā)展很快。60年代，在傳統(tǒng)費(fèi)托合成的基礎(chǔ)上，南非開(kāi)發(fā)了SASOL工藝，生產(chǎn)液體燃料并聯(lián)產(chǎn)乙烯等化工產(chǎn)品，以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐奶厥馇闆r。1960年，聯(lián)邦德國(guó)巴登苯胺純堿公司的甲醇羰基化生產(chǎn)醋酸工藝工業(yè)化；1970年，美國(guó)孟山都公司對(duì)此法作了重大改進(jìn)，使之成為生產(chǎn)醋酸的主要方法，進(jìn)而帶動(dòng)了有關(guān)領(lǐng)域的許多研究。70年代石油漲價(jià)以后，又提出了碳一化學(xué)的概念。對(duì)合成氣應(yīng)用的研究，引起了各國(guó)極大的重視。
化學(xué)產(chǎn)品
合成氣
合成氣
合成氣
由合成氣可以生產(chǎn)一系列的化學(xué)品。
甲醇及其產(chǎn)品
合成氣
費(fèi)托合成產(chǎn)品
合成氣在鐵催化劑作用下加壓反應(yīng)生成烴，也可發(fā)展為生產(chǎn)汽油和丙酮、醇等低沸點(diǎn)產(chǎn)品。這類(lèi)生產(chǎn)在特殊情況下尚有意義（見(jiàn)費(fèi)托合成）。
氫甲酰化產(chǎn)品
合成氣
此外，正在開(kāi)發(fā)中的尚有用合成氣直接合成乙二醇、乙醇、醋酸、1,4－丁二醇等重要化工產(chǎn)品。（見(jiàn)彩圖）
生產(chǎn)方法
蒸汽轉(zhuǎn)化
此法以天然氣或輕質(zhì)油為原料，與水蒸氣反應(yīng)制取合成氣。1915年，A.米塔斯和C.施奈德用蒸汽和以甲烷為主的天然氣，在鎳催化劑上反應(yīng)獲得了氫。1928年，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)油公司首先設(shè)計(jì)了一臺(tái)小型蒸汽轉(zhuǎn)化爐生產(chǎn)出氫氣。第二次世界大戰(zhàn)期間，開(kāi)始用此法生產(chǎn)合成氨原料氣。
天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化
主要反應(yīng)為：
主要工藝參數(shù)是溫度、壓力和水蒸氣配比。由于此反應(yīng)是較強(qiáng)的吸熱反應(yīng)，故提高溫度可使平衡常數(shù)增大，反應(yīng)趨于完全。壓力升高會(huì)降低平衡轉(zhuǎn)化率。但由于天然氣本身帶壓，合成氣在后處理及合成反應(yīng)中也需要一定壓力，在轉(zhuǎn)化以前將天然氣加壓又比轉(zhuǎn)化后加壓經(jīng)濟(jì)上有利，因此普遍采用加壓操作，同時(shí)增加水蒸氣用量以提高甲烷轉(zhuǎn)化率。高水蒸氣用量也可防止催化劑上積炭。除上述主要反應(yīng)外，還有下列反應(yīng)發(fā)生：
在溫度 800～820℃、壓力
、
摩爾比3.5時(shí)，轉(zhuǎn)化氣組成（體積%）為：
為在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，可采用連續(xù)轉(zhuǎn)化和間歇轉(zhuǎn)化兩種方法。
合成氣
合成氣
合成氣
輕質(zhì)油蒸汽轉(zhuǎn)化
是50年代英國(guó)卜內(nèi)門(mén)化學(xué)工業(yè)公司開(kāi)發(fā)的，1959年建成第一座工廠。此法主要反應(yīng)為：
在許多方面與天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化相似。
比較高，更因其中除烷烴外，還有芳烴甚至少量烯烴，易生成炭而析出，因此必須采用抗析炭的催化劑。一般仍采用鎳催化劑，而以氧化鉀為助催化劑，氧化鎂為載體。輕質(zhì)油中含硫一般較天然氣為高，而此催化劑對(duì)硫又很敏感，因此在蒸汽轉(zhuǎn)化前，需先嚴(yán)格脫硫，并同時(shí)加氫。裂化輕油脫硫十分困難，極少用來(lái)制取合成氣。用來(lái)制合成氣的是直餾輕質(zhì)油。由于輕質(zhì)油價(jià)格較高，又有上述不利之處，因此只有在缺少天然氣供應(yīng)的地區(qū)，才發(fā)展以輕油原料的合成氣生產(chǎn)。
天然氣部分氧化
加入不足量的氧氣，使部分甲烷燃燒為二氧化碳和水：
此反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)。在高溫及水蒸氣存在下，二氧化碳及水蒸氣可與其他未燃燒甲烷發(fā)生吸熱反應(yīng)：
所以主要產(chǎn)物為一氧化碳和氫氣，而燃燒最終產(chǎn)物二氧化碳不多。反應(yīng)過(guò)程中為防止炭析出，需補(bǔ)加一定量的水蒸氣。這樣做同時(shí)也加強(qiáng)了水蒸氣與甲烷的反應(yīng)。
天然氣部分氧化可以在催化劑的存在下進(jìn)行，也可以不用催化劑。
①非催化部分氧化 天然氣、氧、水蒸氣在
或更高的壓力下，進(jìn)入襯有耐火材料的轉(zhuǎn)化爐內(nèi)進(jìn)行部分燃燒，溫度高達(dá)
出爐氣體組成（體積%）約為:
。反應(yīng)器用自熱絕熱式。
②催化部分氧化 使用脫硫后的天然氣與一定量的氧或富氧空氣以及水蒸氣在鎳催化劑下進(jìn)行反應(yīng)。當(dāng)催化床層溫度約
、操作壓力時(shí)，出轉(zhuǎn)化爐氣體組成（體積%）約為： 
。反應(yīng)器也采用自熱絕熱式，熱效率較高。反應(yīng)溫度較非催化部分氧化法低。
重油部分氧化
新型煤化工
煤氣化工藝技術(shù)分為固定床氣化技術(shù)、流化床氣化技術(shù)、氣流床氣化技術(shù)三大類(lèi)，各種氣化技術(shù)均有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)原料煤的品質(zhì)均有一定的要求，其工藝的先進(jìn)性、技術(shù)成熟程度也有差異。
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
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