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碳的氧化物合成甲醇的反应式如下：
CO+2H2 CO2+3H2
CH3OH CH3OH + H2O
项目一 专业基础知识
任务一 烃类蒸气转化
一、气态烃蒸气转化的化学反应
在烃类蒸气转化过程中，各种烃类主要进行如下反应：
烷烃： 或
CnH2n+2+
n -1 2
H2O
CnH2n+2+ nH2O
CnH2n+2+ 2nH2O
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任务一 烃类蒸气转化
四、烃类蒸气转化催化剂
烃类蒸气转化反应是吸热的可逆反应，高 温对反应平衡和反应速度都有利。但即使温度 在1000 ℃时，其反应速度仍然很低，因此，需 用催化剂来加快反应的进行。由于烃类蒸气转 化过程是在高温下进行的，且存在析碳问题， 这样就要求催化剂除具有高活性、高强度外， 还要具有较好的热稳定性和抗析碳能力。
项目一 专业基础知识
学习目标
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能力目标 1．具有初步分析、判断和选择甲醇制气、净化的工艺条件的能力； 2．能够分析判断影响化工生产过程的各种因素； 3．能够掌握典型工段的正常操作，并能进行异常现象的判断及常见事故的处理。
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学习目标
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合成甲醇（或氨）首先是制备原料氢气和碳的氧化物（以CO为主），制取过程包 括：原料气的制备、脱硫、变换、脱碳等。
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任务一 烃类蒸气转化
五、工业生产方法
（一）转化过程的分段 2．二段转化的化学反应
2H2 + O2
2H2O（g）， ΔrH298= -483.99 kJ/mol
2CO+O2
2CO2，ΔrH298=-565.95 kJ/mol
甲烷则与水蒸气作用：
CH4+H2O（g）
CO+3H2
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3n+1 4
CH4
+
n -1 4
CO2
nCO+（2n+1）H2
nCO+（3n+1）H2
烯烃：
CnH2n+ nH2O
nCO + 2nH2
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任务一 烃类蒸气转化
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一、气态烃蒸气转化的化学反应
甲烷与蒸汽的转化反应是一个复杂的反应平衡系统，其可能发生的反应有：
主反应： CH4+H2O CH4+2H2O CH4+CO2
%
%
项目一 专业基础知识
任务一 认识化学工业 任务二 化工生产过程的基本问题 任务三 催化剂及其化工应用
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学习目标
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知识目标 1．了解原料气制取工业生产的方法； 2．理解原料气制备反应机理，主要设备的结构原理，催化剂的组成及组分的作用； 3．理解气固相催化反应、气液反应、伴有化学反应的吸收过程等的特点； 4．掌握气态烃蒸气转化、重油部分氧化等不同原料气制备过程的基本原理，原料 和工艺路线，主要设备和工艺条件的选择，催化剂的使用条件； 5．掌握原料气的脱硫工艺流程确定，工艺参数和主要设备的选择
气转化法所采用的压力均较高（3.5 MPa以上）。总之，从热力学方面考虑，高温、低压和高水碳比 是有利于降低甲烷平衡含量的。但是，即使在相当高的温度下，反应的速度仍然很慢，所以需要催
化剂来加速反应。
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任务一 烃类蒸气转化
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三、甲烷蒸气转化反应动Βιβλιοθήκη Baidu学
甲烷蒸气转化过程是催化剂存在下的气固相反应，计算和实验均表明，在甲烷蒸气转化管的工 业生产条件下，外扩散影响很小，可以忽略不计，甲烷蒸气转化反应受内扩散控制。表2-2列出了 不同粒度的催化剂对甲烷蒸气转化反应速率的影响。
CO+3H2 CO2+4H2 2CO+2H2
副反应： CH4
2CO
CO+H2
C + 2H2 C+CO2
C +H2O
CH4+2CO2
3CO+H2+H2O
CH4+3CO2
4CO+2H2O
CO+H2O
CO2+H2
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任务一 烃类蒸气转化
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二、甲烷蒸气转化反应热力学
对于反应CH4+H2O
CO+3H2和CO+H2O
反应，其平衡常数随温度的变化参见表2-1。
CO2+H2，前者为吸热反应，后者为放热
另外转化气中的甲烷含量受到水碳比和压力的影响。在给定条件下水碳比越高，甲烷平衡含量
越低。但水碳比也不可过大，过大不仅经济上不合理，而且也影响生产能力。蒸气转化反应是一个
体积增大的反应，压力增加，甲烷平衡含量亦将随之增大。但为了减少原料气的压缩功耗，目前蒸
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任务一 烃类蒸气转化
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五、工业生产方法
（一）转化过程的分段 1.转化深度 甲烷在甲醇合成过程中为惰性气体，它在合成回路中的逐渐积累有害而无利。因此要求转化气 中残余的甲烷含量一般应控制在0.5%（干基）以下。为此，在加压操作条件下，相应地蒸气转化温 度应控制在1000 ℃以上。因烃类蒸气转化反应为吸热反应，故应在高温下进行。除了采用蓄热式的 间歇催化转化法之外，现代大型合成甲醇厂多采用外热式的连续催化转化法。鉴于目前耐热合金钢 管只能在800～900 ℃下工作，工业上采用了分段转化的流程。首先，在较低温度下，在外热式一段 转化炉内进行烃类蒸气转化反应，而后在较高温度下，于耐火砖衬里的钢制转化炉（二段转化炉） 中加入氧气，利用反应热将甲烷转化反应进行到底。
（一）催化剂的活性组分
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任务一 烃类蒸气转化
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四、烃类蒸气转化催化剂
（二）载体和助催化剂 催化剂的载体应具有使镍的晶体尽量分散、达到较大的比表面并阻止镍晶体熔结的特性，起 分散和稳定活性组分微晶的作用。镍的熔点为1455 ℃，而转化温度在其半熔温度以上，分散的 镍微晶在这样高的温度下很易活动，相互熔结。因此，作为催化剂的载体要能耐高温、机械强度 高。一般载体的熔点要在2000 ℃，且多为金属氧化物。这类载体有氧化铝（熔点2015 ℃）、氧 化镁（熔点2800 ℃）等。
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任务一 烃类蒸气转化
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五、工业生产方法
（二）烃类蒸气转化的工艺条件 1．压力 从化学平衡考虑，转化反应宜在低压下进行。但是现代实际生产装置的操作压力已提高到3.0～ 6.0 MPa，其原因如下：（1）节约动力消耗。烃类蒸气转化反应为体积增大反应，压缩含烃原料气 和二段转化所需的氧气远比压缩转化气消耗的功低。（2）提高过量蒸汽热回收的价值。操作压力 越高，一定水碳比的气体混合物中水蒸气分压也就越大，相应的冷凝温度就高，过量蒸汽余热利用 的价值就越大。同时，压力高，气体的传热系数大，热回收设备容积相应减小。（3）减小设备容 积，降低投资费用。加压操作后，转化、变换、脱碳的设备容积大为减小，可以节省投资费用。