水素炭素比の制御はメタノール合成にどのような影響を与えるか？
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水素炭素比の制御はメタノール合成にどのような影響を与えるか？
合成メタノールの水素と一酸化炭素の分子比は2:1であるが、反応ガスは触媒表面への吸着やその他の要因の影響を受けるため、反応速度を高めるためには反応ガス中の水素含有量を理論値よりも多くする必要がある。異なる原料から異なる工程で得られる原料ガスの組成では、水素含有量がこの比率に従うとは限らず、水素含有量が高い原料ガスの場合は、変換前または変換後に二酸化炭素を加えて水素と炭素の比率を調整する必要がある。一方、重油や石炭を原料として製造される粗原料ガスの水素・炭素比は低すぎるため、一酸化炭素変換工程を設けて一酸化炭素と水素の比率を調整し、その後二酸化炭素を除去する必要がある。 化学反応の物質収支に基づき、メタノール合成塔に供給されるガスの組成は、メタノール合成の要求および原料ガスの理論的な比率を満たすものであり、すなわち（H₂－CO₂）／（CO＋CO₂）＝2.15となる。運転中は通常、わずかに高い水素含有量を維持するべきであり、過剰な水素は一方で反応速度の向上に寄与し、他方でカルボニル鉄や高級アルコールの生成を抑制する効果があり、触媒の使用寿命を延ばすのにも役立つ。 したがって、炭素水素比を適切に制御することは、原料の利用率や製品の純度に大きな影響を与えます。
実験により、最大反応速度時の組成は化学量論的な組成ではなく、動力学方程式によって決定される最適な水素炭素比であることが示されている。新鮮ガスの水素炭素比は、全合成システムの物質収支に基づいて決定される。物質反応の要求を満たし、システムの安定した生産を維持するため。H2-CO2／CO+CO2=2.0～2.2