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概述
第五章合成气的生产过程
合成气是指一氧化碳和氢气的混和气，英文缩写是Syngas。其H2/CO〔摩尔比〕由1/2
到3/1。合成气在化学工业中有着重要作用。
合成气的生产方法
以煤为原料的生产方法：有间歇和连续两种操作方式。煤制合成气中H2/CO比值较低，适于合成有机化合物。
以自然气为原料的生产方法：主要有转化法和局部氧化法。目前工业上多承受水蒸气转化法〔steamreforming〕，该法制得的合成气中H2/CO比值理论上是3，有利于用来制造合成氨或氢气。
以重油或渣油为原料的生产方法：主要承受局部氧化法〔partialoxidation〕。
工业化的主要产品
合成氨
合成甲醇
合成醋酸
烯烃的氢甲酰化产品
合成自然气、汽油和柴油
合成气应用途径
直接合成乙烯等低碳烯烃
合成气经甲醇再转化为烃类
甲醇同系化制乙烯
合成低碳醇
合成乙二醇
合成气与烯烃衍生物羰基化产物
由煤制合成气
以煤或焦炭为原料，以氧气〔空气、富氧或纯氧〕、水蒸气等为气化剂，在高温条件下通过化学反响把煤或焦炭中的可燃局部转化为气体的过程，其有效成分包括一氧化碳、氢气和甲烷等。
煤气化的根本反响
煤气化过程的主要反响有：
这些反响中，碳与水蒸气反响的意义最大，此反响为强吸热过程。碳与二氧化碳的复原反响也是重要的气化反响。气化生成的混合气称为水煤气。总过程为强吸热的。
提高反响温度对煤气化有利，但不利于甲烷的生成。当温度高于900℃时，CH4和CO2
的平衡浓度接近于零。低压有利于CO和H2生成，反之，增大压力有利于CH4生成。
煤气化的反响条件
温度一般操作温度在1100℃以上。
压力一般为2.5～3.2MPa。
水蒸气和氧气的比例H2O/O2比值要视承受的煤气化生产方法来定。
煤气化的生产方法及主要设备
气化过程按操作方式来分，有间歇式和连续式。目前最通用的分类方法是按反响器分类，分为固定床〔移动床〕、流化床、气流床和熔融床。至今熔融床还处于中试阶段，而固定床
〔移动床〕、流化床和气流床是工业化或建立示范装置的方法。
固定床间歇式气化制水煤气法
固定床连续式气化制水煤气法
此法由德国鲁奇公司开发。目前鲁奇炉已进展到MarkV型，炉径5m，每台炉煤气〔标准状态〕的生产力量达100000m3/h。鲁奇法制的水煤气中甲烷和二氧化碳含量较高，而一
氧化碳含量较低，在C1化工中的应用受到肯定限制，适合于做城市煤气。
流化床连续式气化制水煤气法
进展流化床气化法是为了提高单炉的生产力量和适应采煤技术的进展，直接使用小颗粒碎煤为原料，并可利用褐煤等高灰分煤。它又称为沸腾床气化，把气化剂送入气化炉内，使煤颗粒呈沸腾状态进展气化反响。温克勒〔Winkler〕煤气化方法承受流化床技术。
气流床连续式气化制水煤气法
较早的气流床法是K-T法，由德国Koppers公司的Totzek工程师开发成功，是一种在常压、高温下以水蒸气和氧气与粉煤反响的气化法。气化设备为K-T炉。其次代气流床是德士古法，由美国Texaco公司于20世纪80年月初开发成功。
由自然气制造合成气
自然气制合成气的工艺技术及其进展
现在暂且不考虑副反响来争论主反响的化学平衡。三个主反响中只有其中两个是独立的，通常认为第一个和第三个是独立反响。反响达平衡时，产物含量到达最大值，而反响物含量达最小值。列出这两个独立反响的化学平衡常数式再加上物料衡算式，联立求解此方程，就可以计算出平衡组成〔一般用摩尔分数表示〕。
甲烷水蒸汽转化反响和化学平衡
依据物料衡算可计算出反响后各组分的组成和分压，假设反响达平衡，该表中各项则代表各对应的平衡值，可将有关组分的分压代入甲烷水蒸气转化制合成气反响的Kp1和CO变换反响的Kp2的公式，整理后得到依据反响温度查出或求出Kp1和Kp2，再将总压和气体的
初始组成代入以上两式，解出nx和ny，那么，平衡组成和平衡分压即可求出。平衡组成是
反响到达的极限，实际反响距平衡总是有肯定距离的，通过对肯定条件下实际组成与平衡组成的比较，可以推断反响速率快慢或催化剂活性的凹凸。在一样反响时间内，催化剂活性越高，实际组成越接近平衡组成。
平衡组成与温度、压力及初始组成有关，图5-7显示了CH4、CO、及CO2的平衡组成与温度、压力及水碳比〔H2O/CH4摩尔比〕的关系，H2的平衡组成可依据组成约束关系式
〔∑yi=1〕求出。
下面分析在什么状况下会有碳析出，如何避开或尽量削减析碳的可能性。三个析碳反响也是可逆的，它们的平衡常数式分别为：
以上三式中各组分的分压均为体系在某指定状态时的实际分压，而非平衡分压。可由温度、压力查出Kp，再依据指定