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家园 【原创】萨索故事（9） 费托合成不能生成单一的烃。这个到目前为止，还没有办法改变。
一氧化碳加氢的反应，如果只生成一种烃，那么就只能是甲烷。这个反应不叫费托合成，而叫做甲烷化。甲烷化在实践中也有不少应用，但不是我们这里关心的。
要想生成碳数是二的烃（简称碳二，其他同理，碳数是三的烃简称碳三等等，使用这个称呼的时候，代表的烃包括烷烃、烯烃等等），那就必然要生成甲烷。至少目前的技术状态下是这样的。如果有人能发明一个反应，可以不生成甲烷而只生成碳二以及以上的烃，那么这个人就能发大财了。
费托反应得到的，就是从碳一开始，各种碳数都有的烃。最大的分子有多大？实验室里面检测到的费托合成的产物，最大的分子量好像要上亿了。这么大的分子量的东西当然没有什么用处，我们关心的，是油。
前面介绍了，油是碳数在5-20之间的烃。
能不能只生成油呢？不行。前面介绍了产物里面肯定有甲烷。其实要生成碳数高的烃，所有的碳数小的烃都要出现。而且，正常情况下，得到的碳数小的烃的分子数量，比碳数高的烃的分子要多。分子数量就是分子的个数，有一个听起来很科学的说法，叫做摩尔数。这个就是数分子个数用的。我们以后再提到分子数量，就会用摩尔数这个概念。这样，前面那句罗索话，就可以说成，正常情况下费托合成的产物，生成的大分子的摩尔数，少于小分子的摩尔数。
大约在1940年代后期，有人发现了一个规律，就是费托合成的产物分布里面，相邻的碳数的烃的摩尔数的比例是相似的。就是说，碳五的摩尔数与碳六的摩尔数的比例，与碳九的摩尔数与碳十的摩尔数的比例相似。这个比例，还是肯定大于一的。我们平常一般用高碳数的比上低碳数的，这样这个系数就是小于一的。这个系数可以被叫做产物分布系数，使用的符号，是希腊字母的第一个，阿尔法。
要是碰倒有人研究煤间接液化的，你问他你们工艺的阿尔法是多少呀？这就问得非常专业了，可以吓唬人了。
当然这个系数提出来六十多年了，现在也已经有了很多特例，特别是最近十来年，大家都想打破这个分布规律，也取得了一些成绩。但是基本上还是正确的。
再分析一下这个阿尔法。这个阿尔法肯定小于一。比如阿尔法等于0.9的时候，甲烷得到了1摩尔，碳二就有0.9摩尔，碳三0.81，碳四0.729，碳五0.656，到了碳二十，就是0.135，碳四十，就是0.016。这样的反应，得到的产物就气体液体固体都不少。阿尔法等于0.7的时候呢？甲烷如果还是1摩尔，那么碳二是0.7，碳三0.49，碳四0.343，碳十0.040，碳二十0.001，再往上就可以忽略了。这个时候，由于固体的烃的产量太少，产物基本上就是气体和液体。要是阿尔法再小，比如说只有0.3，那么甲烷还是1，碳二0.3，碳三0.09，碳四0.027，碳五0.008，碳十0.00002，产物基本上就是气体了。
产物分布的摩尔数与分布系数的关系
摩尔数对普通人来讲并不直观。换算成重量可能更好理解。还看上面的例子。阿尔法是0.9的时候，产物里面的气体占总重量的8.5%，汽油占了22.2%,柴油占了33.1%，固体蜡占了36.1%。阿尔法是0.7的时候呢？气体占了48.4%，汽油40.7%，柴油10.4%，还有0.5%的蜡。0.3的时候呢？气体占了97.1%，汽油2.9%，其他的可以忽略。
产物分布重量与分布系数的关系
这里面可以看出来，想单纯的得到汽油或者柴油，那是不可能的。但是呢，可以得到以汽油为主或者以柴油为主的成分。
但是要是遇到有人说他煤间接液化只生成汽油或者柴油，你就可以说了：你是骗子！
土鳖
关键词(Tags): #萨索(landlord)，
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 【原创】萨索故事（8） 到目前为止，我们提到油的时候，用的分子式都是CH2。
这个是错误的。
错误的？这不是开玩笑么？前面不少结论都是依靠这个的，全白玩了？
不要担心，没错得这么厉害。其实准确地说是做了个简化而已。
作为一个分子，CH2并不存在。也有分子式是CH2的，这个东西叫作卡宾，是个自由基。
自由基是什么？这个，我就不解释了，否则需要讲有机化学了。反正知道这个东西不稳定就够了。自由基嘛，听起来就不像是个老实东西。
油是碳氢化合物（学名叫烃）的混合物。油里面主要是烷烃，还有一些烯烃。
烃的分子式是什么？烷烃的分子式是这样的：
甲烷： CH4
乙烷： C2H6
丙烷： C3H8
丁烷： C4H10
戊烷： C5H12
。。。
癸烷： C10H22
十一烷： C11H24
。。。
二十烷： C20H42
。。。
发现规律没有？分子里面氢的数量是碳的数量的两倍再加二。
那个甲乙丙丁怎么回事？这个是中国对这些烃的命名方法，把天干借了过来，一二三四烷，说成甲乙丙丁烷，显得多有学问呀！不过十以上的，找不着词了，也只好数数了。这个数字呢，我们可以叫它碳数，就是一个分子里面有几个碳的意思。这个词我们后面还要用到。
为什么不用子丑寅卯呢？这个么，子烷，丑烷？听起来未免有点太奇怪了。再说地支也只能数到十二，没帮多少忙。
烯烃呢？烯烃分子里面的氢原子数量，正好是碳原子数量的两倍。举例子：
乙烯： C2H4
丙烯： C3H6
十八烯： C18H36
这样呢，可以看出来，用CH2来表示油，虽然不对，但是至少氢和碳的比例是差不多的。这么简化，是为了方便，否则费托合成就要写成一大堆反应了。
这么说费托合成不是一个反应了？对了，不是。费托合成本身是一系列的反应，产物是烃，一大堆呢。产物的一部分，就是液体那个部分，就是我们讲的油。产物除了液体，还有气体，固体呢。
化合物基本上都有熔点，沸点。不同的烃就有不同的熔点和沸点。碳数越高，熔点和沸点也就越高。如果沸点低于常温，那么这个烃在常温下就是气体。如果沸点高于常温，熔点低于常温，那么这个烃在常温下就是液体。如果熔点高于常温，那么这个烃在常温下就是固体。
一般的，碳数是1-4的基本上是气体。这里面都有什么呢？甲烷，乙烯，丁烷，都是平常能都听到的名字。碳数5开始，就是液体，也就是油。等到碳数高到20左右了，就是固体了。液体的烃可以叫做油，固体的烃叫做蜡。
油还可以再分。根据成分不同，可以分成汽油，石脑油，煤油，柴油，基础油等等。作为运输燃料的，也就是汽油，航空煤油，柴油。汽油里面的烃，碳数差不多是从5到10；航空柴油的碳数在9到12；柴油本身还能细分，什么轻柴油重柴油的，先不管这些，总的说柴油的碳数在10到20之间。
我们在介绍南非政府的专门委员会考察煤液化技术的时候，提到了两个技术：一个是来自德国的以生产柴油、石蜡为主的技术；一个是美国Kellogg公司的生产汽油的技术。这个德国的技术的提供者，是鲁奇公司，这个美国的Kellogg公司，现在已经和其他公司合并，叫做KBR。没听说过？听说过美国那个叫切尼的副总统，被小布什找来之前，在一家大石油公司当老板么？这家公司叫做哈利伯顿，KBR就是哈利伯顿控股的负责工程部分的公司。KBR的那个K字，就是这个Kellogg。
你看，这两个技术，一个是要生成柴油什么的，一个是要生成汽油，还真不一样。
土鳖
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 【原创】萨索故事（7） 现在我们知道了煤气里面的主要成分，一氧化碳，氢气，还有二氧化碳。二氧化碳是废物，我们不去考虑。
气化以后干什么呢？
对于煤直接液化，煤炭气化的目的，是制氢。看看煤气的成分，里面有氢呀！这时候我们有两个选择，一是想办法把氢气分离出来，再有就是嫌氢气量不够，想办法多做一点。
分离就不讲了。分离以后一氧化碳需要寻找出路。如果整个体系里面可以使用这些一氧化碳，那么分离是个选择。反正别把一氧化碳排到空气里面就好。
还能多弄出来些氢气么？可以。加水，给点温度，前面我们列的一个反应就可以用上了：
CO + H2O -- CO2 + H2
这样，就可以得到更多的氢气。这个反应，前面也提到了，叫水煤气变换。
这不是个能够完全转化的反应。或者说，这是个平衡反应。
什么是平衡反应呢？很多化学反应都不是单向的。反应物，我们列在方程式左边的，可以生成产物；而产物，也可以生成反应物。两个互相反方向的反应，可以达到一个平衡，这个时候产物和反应物的含量都不变化了。所以这样的反应，就是平衡反应。
不过这个平衡点，可以是偏向反应物的，也可以是偏向产物的。了解了这个平衡反应以后，可以控制这个反应偏向你想要的一边。所以呢，我们要得到更多的氢气，就可以控制反应向尽可能生成氢气的一边。当然，如果需要比较纯的氢气，最后还是需要分离。
好，直接液化的氢气有了。直接液化我们就讲这么多了。
下面看间接液化。
间接液化需要把煤先气化，我们前面介绍过了。
气化以后就是合成。间接液化的核心是我们前面提到的那个叫费托合成的反应，反应是这样的：
CO + 2H2 -- CH2 + H2O
发现问题没有？
我们的煤气里面，一氧化碳和氢气差不多是1:1，主要反应是
C + H2O -- CO + H2
看到没有？氢气不够！
那么怎么办呢？我们上面刚讲了，水煤气变换。
通过水煤气变换，就可以把氢气和一氧化碳的比例调到合适的比例。
综合一下，反应就是：
3C + 2H2O -- 2CH2 + CO2
又出现了一个问题，水煤气变换，要把一氧化碳变成二氧化碳，又在浪费碳了。
唉，没办法。浪费这么多碳，我也着急呀。
土鳖
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