合成气（以一氧化碳和氢气为主的原料气）
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更新时间：2023-05-22
合成气
以一氧化碳和氢气为主的原料气
简介
以氢气、一氧化碳为主要组分供化学合成用的一种原料气。由含碳矿物质如煤、石油、天然气以及焦炉煤气、炼厂气、污泥和生物质等转化而得。生物质和污泥在热解或者气化时也会产生大量的合成气，从形成的气体成分区分的，按合成气的不同来源、组成和用途，它们也可称为煤气、合成氨原料气、甲醇合成气（见甲醇）等。合成气的原料范围极广，生产方法甚多，用途不一，组成（体积%）有很大差别：
历史沿革
合成气的生产和应用在化学工业中具有极为重要的地位。早在1913年已开始从合成气生产氨，现在氨已成为最大吨位的化工产品。从合成气生产的甲醇，也是一个重要的大吨位有机化工产品。1939年，德国开发的乙炔氢羧化工艺曾是生产丙烯酸及其酯的重要方法。第二次世界大战期间，德国和日本曾建立了十多座以煤为原料用费托合成从合成气生产液体燃料（见煤间接液化）的工厂，战后由于有廉价的原油，这些厂先后关闭。1945年，德国鲁尔化学公司用羰基合成（即氢甲酰化）法生产高级脂肪醛和醇开发成功，此项工艺技术发展很快。60年代，在传统费托合成的基础上，南非开发了SASOL工艺，生产液体燃料并联产乙烯等化工产品，以适应当地的特殊情况。1960年，联邦德国巴登苯胺纯碱公司的甲醇羰基化生产醋酸工艺工业化；1970年，美国孟山都公司对此法作了重大改进，使之成为生产醋酸的主要方法，进而带动了有关领域的许多研究。70年代石油涨价以后，又提出了碳一化学的概念。对合成气应用的研究，引起了各国极大的重视。
化学产品
合成气
合成气
合成气
由合成气可以生产一系列的化学品。
费托合成产品
合成气在铁催化剂作用下加压反应生成烃，也可发展为生产汽油和丙酮、醇等低沸点产品。这类生产在特殊情况下尚有意义（见费托合成）。
氢甲酰化产品
此外，正在开发中的尚有用合成气直接合成乙二醇、乙醇、醋酸、1,4－丁二醇等重要化工产品。（见彩图）
生产方法
蒸汽转化
此法以天然气或轻质油为原料，与水蒸气反应制取合成气。1915年，A.米塔斯和C.施奈德用蒸汽和以甲烷为主的天然气，在镍催化剂上反应获得了氢。1928年，美国标准油公司首先设计了一台小型蒸汽转化炉生产出氢气。第二次世界大战期间，开始用此法生产合成氨原料气。
天然气蒸汽转化
主要反应为：
主要工艺参数是温度、压力和水蒸气配比。由于此反应是较强的吸热反应，故提高温度可使平衡常数增大，反应趋于完全。压力升高会降低平衡转化率。但由于天然气本身带压，合成气在后处理及合成反应中也需要一定压力，在转化以前将天然气加压又比转化后加压经济上有利，因此普遍采用加压操作，同时增加水蒸气用量以提高甲烷转化率。高水蒸气用量也可防止催化剂上积炭。除上述主要反应外，还有下列反应发生：
在温度 800～820℃、压力
、
摩尔比3.5时，转化气组成（体积%）为：
为在工业上实现天然气蒸汽转化反应，可采用连续转化和间歇转化两种方法。
合成气
合成气
合成气
天然气部分氧化
加入不足量的氧气，使部分甲烷燃烧为二氧化碳和水：
此反应为强放热反应。在高温及水蒸气存在下，二氧化碳及水蒸气可与其他未燃烧甲烷发生吸热反应：
所以主要产物为一氧化碳和氢气，而燃烧最终产物二氧化碳不多。反应过程中为防止炭析出，需补加一定量的水蒸气。这样做同时也加强了水蒸气与甲烷的反应。
天然气部分氧化可以在催化剂的存在下进行，也可以不用催化剂。
①非催化部分氧化 天然气、氧、水蒸气在
或更高的压力下，进入衬有耐火材料的转化炉内进行部分燃烧，温度高达
出炉气体组成（体积%）约为:
。反应器用自热绝热式。
②催化部分氧化 使用脱硫后的天然气与一定量的氧或富氧空气以及水蒸气在镍催化剂下进行反应。当催化床层温度约
、操作压力时，出转化炉气体组成（体积%）约为： 
。反应器也采用自热绝热式，热效率较高。反应温度较非催化部分氧化法低。
