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课件网) 微项目 探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇 ———化学反应选择与反应条件优化 * 1、国内几十年不见的极端天气频发：2008年南方雪灾。2012年北京61年不遇的大暴雨。2018年超强台风“山竹”。2021年河南大暴雨等等。 2、国际极端天气：2021年日本西南部的部分地区迎来几十年来最强暴雨。2021年7月，北极出现48℃高温。2021年7月29日，巴西多地迎来罕见降雪。2021年6月29日，加拿大西部利顿连续三天打破加拿大有记录以来的高温纪录。 人类已经充分认识到这些危害并且正在采取行动，因此减碳排，碳达峰、碳中和等等诸如此类有关二氧化碳的术语频繁出现在我们眼前。 1.目前有机原料按消费量排序，前4位从大到小依次是乙烯、丙烯、苯、甲醇。 2.合成甲醇的原料 3.选择CO2作碳源合成甲醇的原因 (1)工业废气中含大量CO2，排放到空气中会带来环境问题; (2)天然气、煤、石油属于不可再生资源，日渐减少; (3)用CO2合成甲醇符合绿色化学要求。 大多数国家用CH4 我国用煤和重渣油 假设反应焓变和熵变不随温度的改变而变化，已知 298 K，100kPa时，有如下反应: ①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H O(g) ②CO2(g)+2H20(g)=CH3OH(g) +302(g) 反应 kJ.mol-1 J.mol-1·K-1 ① -48.97 -177.16 ② +676.48 -43.87 H S 反应② H S -T =+676.48kJ.mo1-1-298K×(-0.004385)kJ·mol-1·K-1=+689.55 kJ.mol-1>0,该反应属于吸热熵减反应，在任何温度下正向反应均不自发进行。 反应① H S -T =-48.97kJ.mo1-1-298K×(-0.177 16)kJ·mol-1·K-1=+3.82 kJ.mol-1>0,该反应属于放热熵减反应，降低温度时正向反应自发进行。 项目活动2 选择适宜的反应条件 思考：选择反应条件时，需要考虑哪些因素？ 平衡转化率、反应速率 安全、成本、方便、环保…… 物料浓度（投料比）、气体压强、温度、催化剂等 以二氧化碳和氢气为原料合成甲醇时，通常还伴随着以下副反应： CO (g)+H (g)=CO(g)+H O(g) ΔH=+41.17kJ.mol-1 ΔS=+42.08 J.mol -1·K-1 【资料】 思考：综合考虑以上角度，为废气中二氧化碳与氢气合成甲醇选择适宜的反应条件 CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H O(g) CO (g)+H (g)=CO(g)+H O(g) 放热、熵减小、气体系数和减小 吸热、熵增大、气体系数和不变 增加原料浓度、增大压强、降低温度 增加原料浓度、升高温度、增大压强、加入适当催化剂等。 催化剂的活性同时受温度等因素影响。 催化剂的选择性应偏向于主产物的形成。 1、不同n(H2)∶n(CO2)对反应的影响 阅读资料—分析实际合成甲醇条件的选择 分析表中数据看出，n(H2)∶n(CO2)数值增大，CO 转化率变化不明显,为避免造成大量氢气浪费,合成甲醇时并不是n(H2):n(CO2)的比值越大越好，文献大多选择的是n(H2)∶n(CO2)=3：1，可能是方程式系数和 成本的综合考量，并且更多的氢气有利于主反应的发生。 n(H2)：n(CO2) 2∶1 3∶1 5:1 7:1 α(CO )/% 11.63 13.68 15.93 18.71 φ(CH3ОH)/% 3.04 4.12 5.26 6.93 523 K，n(H2):n(CO2)=3∶1， 催化剂为Culzn/Al/Zr纳米纤维， 从图中数据变化可看出，压强越高，甲醇的产率越高，但从设备成本看，压强越高生产成本越高。 总压5MPa，n(H2):n(CO2)=3∶1， 催化剂为Culzn/Al/Zr纳米纤维， 从图中数据变化可看出，温度过高后，甲醇产率下降。 应选择合适的 n(H2):n(CO2)、较高的总压强、适宜的温度和催化剂有利于合成甲醇。另外配置二氧化碳富集装置、甲醇-水分离装置以及副产物一氧化碳回收装置等可以提高甲醇的产率。 在生产和科研实际中，我们常常需要设计新的反应路线或设计试制新的化学品。这时，首先需要判断所设计反应是否可行，即判断在某种条件下所设计反应是不能够下向自发进行、能进行到什么程度 ... ...
