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文檔簡介

1、煤化工工藝學(xué)第一章緒論1. 化學(xué)工業(yè);(1)石油化工(2)氯堿化工(3)煤化工(4)天然氣化工(5)精細化工2. 煤化學(xué)工業(yè)是以煤為原料經(jīng)過化學(xué)加工實現(xiàn)煤綜合利用的工業(yè),簡稱煤化工;煤化工是以煤為原料,經(jīng)過化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體,液體和固體燃料以及化學(xué)品的過程3. 煤化工包括;(1)煉焦化學(xué)工業(yè)煤的中高低溫干餡 ( 2)煤氣工業(yè)(3)煤制人造石油 工業(yè)(4)煤制化學(xué)品工業(yè)(5)煤加工制品工業(yè)4. 中國能源現(xiàn)狀,多煤,貧油,少氣5. 煤的種類,根據(jù)煤化作用可以分為,泥煤,褐煤,煙煤,無煙煤6. 從煤加工過程區(qū)分,煤化工包括煤的干鐳,氣化,液化和合成化學(xué)品等7. 煤化工分類及產(chǎn)品示意圖第二章 煤的

2、低溫干憎1煤在隔絕空氣的條件下,受熱分解成煤氣,焦油,粗苯和焦炭的過程,稱為煤干憎(煉焦,焦 化)2. 按加熱溫度的不同分類(1)低溫干W 500 OC -600oC (2)高溫干鐳900 °C1100°C (3) 中溫干憎700-900oC3. 低溫干鐳的特點(1)僅是加熱過程(2)常壓操作(3)不用加氫,不用氧氣4. 煤的性質(zhì),物理性質(zhì);孔隙率,粒度,機械強度?;瘜W(xué)性質(zhì);水分;灰完全燃燒后的)分余物;揮發(fā)分煤在隔絕空氣加熱后溢出的物質(zhì),(煤氣,煤焦油)固定碳(FC)灰熔點(IOaO- noOOC),反應(yīng)性5. 煤低溫干惘產(chǎn)物的產(chǎn)率和組成取決于原料煤性質(zhì),干鐳爐結(jié)構(gòu)和加熱

3、條件6. 焦油產(chǎn)率(6% -25 %)半焦產(chǎn)率(50%-70 %)煤氣產(chǎn)率(80-200 )7. 半焦的用途(1)民用和動力用煤(2)煉鐵(3)生產(chǎn)冶金型焦8. 低溫干鐳煤焦油是黑褐色液體,主要成分;輕酚荼洗蔥瀝9. 低溫煤焦油用途(1)制取液體燃料(2)提取酚制藥,塑料,合成纖維 (3)生產(chǎn)表面活性 劑和洗滌劑10. 煤氣密度0.91.2 kg ,用途(1)民用煤氣(2)化工原料氣(3)發(fā)電11. 干懾產(chǎn)品的影響因素(1)原料煤性質(zhì);煤化作提高,焦油量下降,煤氣減少,半焦產(chǎn)率提高(2)加熱條件,低溫時焦油多,煤氣少,甲烷多,高溫時相反(3)加熱速度;加熱速度提高,半焦減少,焦油增加,煤氣減少

4、(4)壓力壓力提高,半焦增多,焦油減少,煤氣提高12. 干館爐的供熱方式(1 )外熱式(2)內(nèi)熱式13. 內(nèi)熱式低溫干鐳與外熱式相比,優(yōu)點(1)熱載體向煤料直接傳熱,熱效率高,低溫干憎耗熱量低(2)所有裝入料在干鐳不同階段加熱均勻,消除了部分料塊過熱現(xiàn)象(3)內(nèi)熱式爐沒有加熱的燃室或火道,簡化了干餡爐結(jié)構(gòu),沒有復(fù)雜的加熱調(diào)節(jié)設(shè)備。缺點(1)只能用塊煤(2)降低了煤氣質(zhì)量(3)不適合處理黏結(jié)性較高的煤塊14. 由于加煤和煤料移動方向不同,低溫干餡爐分成(1)立式爐(2)水平爐(3)斜爐(4)轉(zhuǎn)爐15. 沸騰床干鐳爐,煤料:粒度小于6 mm的粉煤,沸騰目的;加熱均勻,強化傳熱16. 氣流內(nèi)熱式爐,

5、煤料;塊度為20-80 mm的不黏結(jié)性煤17. 魯奇三段爐;(1)干燥段(2)干鐳段(3)焦炭冷卻段18. 立式爐;原料煤要求;有一定的黏結(jié)性,塊度19. 固體熱載體干鐳工藝,優(yōu)點;外熱式干慵爐傳熱慢,生產(chǎn)能力小。氣流內(nèi)熱式爐只能處理塊狀煤料,粉煤流化床干鐳裝置的干惘氣態(tài)產(chǎn)物屮混入惰性氣體,降低了煤氣質(zhì)量。采用固體熱載體進行煤干憎,加熱速度快,載體與干鐳氣態(tài)產(chǎn)物分離容易,單位設(shè)備生產(chǎn)能力大,焦 油產(chǎn)率高,煤氣熱值高,適合粉煤干餡20. 托考斯工藝,熱載體瓷球,適于非粘結(jié)性和弱黏結(jié)性煤的低溫干惘,黏結(jié)性煤需要先氧化破 黏21. ETCH粉煤快速熱解工藝,熱載體粉焦,原料煤褐煤22. 魯奇魯爾煤氣

6、工藝。熱載體熱半焦23. 中國褐煤干懾試驗,熱載體半焦,煤種褐煤,粒度05 rn焦油產(chǎn)率有極值溫度,低于 極值溫度時焦油產(chǎn)率隨溫度升高而增加,高于極值溫度時,隨溫度升高而降低,干飾煤氣產(chǎn)率均 隨干餡溫度提高而增加24. 適于低溫干惘加工的煤,褐煤,長焰煤和高揮發(fā)分的不粘結(jié)煤等低階煤 第三章煉焦1. 煤在焦爐內(nèi)隔絕空氣加熱到IOOOOC左右,可獲得焦炭,化學(xué)產(chǎn)品和煤氣,此過程稱為高溫干憎,簡稱煉焦2. 煤氣用途,燃燒,發(fā)電,合成氨,尿素,肥料焦炭用途,高爐煉鐵(供熱燃料和還原劑)鑄造,氣化,電石和有色金屬冶煉?;瘜W(xué)產(chǎn)品,硫 酸鍍,毗唳堿,BTX (粗苯)酚荼蔥瀝3. 焦炭分類(1 )高爐焦(2)

7、鑄造焦(3)鐵合金焦(4)有色金屬冶煉用焦4. 成焦過程;(1)干燥預(yù)熱階段(小于350oC) ( 2)膠質(zhì)體形成階段(350-48OOC)軟化,膨脹(3)半焦形成階段(480- °C)固化,收縮(4)焦炭形成階段(650- 950°C)5. 沒有粘結(jié)性的煤不能形成膠質(zhì)體,鏡質(zhì)組結(jié)焦性好,絲質(zhì)組和惰性組不能形成膠質(zhì)體6. 爐墻和焦餅溫度是由火道溫度決定的,芳繪最適宜溫度為700- 800°C7. 配煤的意義;降低煤料的膨脹壓力,增加收縮,利于推焦,提高化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)率8. 煉焦用煤;焦煤,肥煤,氣煤,瘦煤以及中間過渡性牌號煤類構(gòu)成的9. 焦炭質(zhì)量,可燃性好,發(fā)熱值高,

8、化學(xué)成分穩(wěn)定,灰分低,硫和磷等雜質(zhì)少,粒度均勻,機械強度高,耐磨性好及有足夠氣孔率10. 化學(xué)成分(1)灰分Ad,灰分越低越好(2)鐳分(3)揮發(fā)分焦炭在一定溫度下,隔絕空氣加熱,溢出物質(zhì)減去水分的質(zhì)量(4)水分,2-6 %水分不穩(wěn)定,引起高爐的爐溫波動,增加結(jié)焦時間按;消耗額外熱量;影響粘結(jié)率(5)堿性成分11. 焦炭強度,耐磨強度 MlO (7-8 % )粒度小于Ionlnl的焦粉所占總質(zhì)量分數(shù)抗碎強度 M40 (70-80 %)12. 在高爐冶煉中希望焦炭反應(yīng)性要小,反應(yīng)強度要高13. 影響焦炭反應(yīng)性的因素,(1)原諒的性質(zhì)(2)煉焦工藝的因素(3)高爐冶煉條件14. 焦爐的組成及用途,

9、三大室,四大車炭化室煤干憎的場所;燃燒室煤和空氣燃燒為炭化室提供熱量的地方;蓄熱室回收燃氣室廢氣 的熱量來預(yù)熱空氣和貧煤氣;加煤車從煤塔取岀一定的煤料,起送煤料的作用;導(dǎo)焦車將焦炭轉(zhuǎn) 移到熄焦車;熄焦車將冷卻的焦炭卸至焦臺;焦臺儲焦,散熱15. 現(xiàn)代焦爐的生產(chǎn)目的;練的優(yōu)良焦炭,獲得多的煤氣和焦油副產(chǎn)物16. 常用焦爐(1)下噴式焦爐(2)中國JN60-87J焦爐(3)分段燃燒式焦爐(4)大容積焦 爐17. 現(xiàn)行焦爐生產(chǎn)的主要缺點;在于用炭化室煉焦,煤料加熱速度不均勻,煤料堆密度在炭 化室的上下方向有差異,故所得焦炭的塊度,強度,氣孔率和反應(yīng)性都不均勻18. 該進方法(1)在煤料中加入煉焦煤合

10、理配煤目的;增加焦炭的強度(2)煤破碎優(yōu)化目的; 改善煉焦用煤的堆密度19新工藝;(1)搗固煤煉焦(2)成型煤(日本)搗固煤優(yōu)點,提高煤粉碎細度而不降低焦爐生產(chǎn)能力,搗固與預(yù)熱聯(lián)合煉焦與濕煤搗固相比優(yōu)點,大大改善了焦炭質(zhì)量,塊焦率增加5%,原料煤便宜,生產(chǎn)成本低,焦爐生產(chǎn)能力大。 成型煤特點;(1)成本低(2)焦炭灰分少(3)焦炭質(zhì)量高,增產(chǎn)鐵和焦炭(4)增加設(shè)備, 投資增加、20. 煤料的預(yù)處理(1)煤的干燥,去除水分,50-7Or ( 2)煤的預(yù)熱;提高裝煤量,去除憎分 150- 200°C21. 干法熄焦;利用惰性氣體將赤熱焦炭冷卻,得到的熱惰性氣體加熱鍋爐發(fā)生蒸汽,降了溫的惰

11、性氣體,再循環(huán)使用22. 干法熄焦的優(yōu)缺點;優(yōu)點(1)提高熱效率(2)回收熱能且焦炭質(zhì)量高(3)無污水及有害氣 體缺點,裝置復(fù)雜,技術(shù)要求高,基建投資大,操作耗電多23. 濕法熄焦,優(yōu)點,簡便缺點(1)耗用大量熄焦用水,污染環(huán)境(2)損失能量24. 焦炭處理25干熄焦與煤預(yù)熱聯(lián)合的特點是能量綜合利用。26. 煤干燥可用立管式流化加熱法、沸騰床、轉(zhuǎn)筒加熱法。27. 焦爐加熱用燃料:焦爐煤氣、高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、脫氫焦爐煤氣。28. 燃燒過程三階段:煤氣和空氣混合;將混合物加熱到著火溫度;空氣中的氧和煤氣中的可 燃成分起化學(xué)作用。29. 焦爐屮傳熱的三種方式:傳導(dǎo)、輻射、對流傳熱。30. 蓄熱室

12、傳熱:格子磚在加熱期從廢氣吸收熱量,在冷卻期將熱量傳給冷氣體。格子磚是熱量 的傳遞者,實際進行換熱的是廢氣和空氣或貧煤氣。蓄熱室的作用類似換熱器。31. 耐火磚:硅磚導(dǎo)熱性能好,但耐急冷急熱性能差。黏土磚抗急冷急熱性能良好。32. 二氧化硅的三種結(jié)晶形態(tài):石英、方石英、磷石英。33. 焦爐烘爐的目的:1.去除水分。2.有利于晶形轉(zhuǎn)變。34. 型焦工藝:非黏結(jié)性煤通過加壓成型,制成具有一定形態(tài)、大小和強度的成型煤料,進一步制成型焦。35. 按煤料成型擠壓條件為 (1)冷壓成型1 ,無粘結(jié)成型2.加粘結(jié)劑成型 ( 2)熱壓成型1. 氣體熱載體成型2.固體熱載體成型熱載體為1.熱廢氣,2.高溫?zé)o煙煤

13、粉,焦粉或礦粉第四章煉焦化學(xué)產(chǎn)品的回收與精制1. 煉焦過程析出的揮發(fā)性產(chǎn)物,簡稱為粗煤氣。2. 粗煤氣由煤氣、焦油、粗苯和水構(gòu)成。3. 影響粗煤氣組成和產(chǎn)率的主要因素:煉焦溫度、二次熱解作用。4. 在低溫干憎焦油中含有帶長側(cè)鏈的環(huán)烷怪和芳姪,高溫?zé)捊沟慕褂蛣t多為多環(huán)芳坯和雜環(huán) 化合物的混合物。低溫焦油的酚鐳分含有復(fù)雜的烷基酚混合物,而高溫焦油的酚謂分中主要為酚、甲酚和二甲酚。低溫干憎煤氣中幾乎沒有氨,而煉焦煤氣中氨含量為812克每立方米。5. 煉焦化學(xué)產(chǎn)品回收的目的和意義:1.除去有害物質(zhì),便于輸送煤氣;2.經(jīng)濟效益,變廢為寶;3. 環(huán)境效益。6. 回收方法:焦油和水:冷凝和冷卻;化學(xué)產(chǎn)品:吸

14、收法。7. 粗煤氣初步冷卻的目的:將焦油和氨水進行分離。方法:沉降。8. 氯化鞍難水解,加熱時不分解,稱固定鍍。易水解的碳酸氫鍍以及氤化鍍,加熱時可分解,稱 揮發(fā)氨。9. 煤氣冷卻采用管殼式冷卻器,有立管式和橫管式。10. 煤氣輸送的目的:提高壓頭,減少阻力損失。11. 煤氣輸送設(shè)備:離心式鼓風(fēng)機和羅茨鼓風(fēng)機。12. 煤氣脫焦油霧的目的:脫除焦油蒸汽。設(shè)備:電補焦油器。13. 煤氣除蔡的目的:防止管道和設(shè)備堵塞。方法:冷卻沖洗法和油吸收法。14. 氨和毗噪回收的目的和意義:1.氨水解吸,排入大氣,形成污染;2.形成腐蝕性較高的物質(zhì);3. 氨燃燒生成NO,污染環(huán)境;4.影響粗苯的吸收,阻礙油水分

15、離。15. 氨和Il比噪的回收原理:1.氨和毗唳易溶于水,用水吸收;2.氨和毗噪具有堿性,用酸吸收。16. 飽和器法:吸收劑是硫酸。缺點是生產(chǎn)的硫酸鞍顆粒小。飽和器特點是一器兼有兩個作用:一是吸收氨和;二是硫酸鍍結(jié)晶。17. 飽和器法和無飽和器法的區(qū)別是硫酸鍍結(jié)晶粒度不同。18. 無水氨生產(chǎn):吸收劑是磷酸讓。19. 脫氨后的焦爐煤氣中含有苯系化合物,其中以苯含量為主,稱為粗苯。20. 粗苯的吸收方法:洗油吸收法。21. 粗苯回收工段由1.煤氣最終冷卻2.粗苯吸收3.吸收油脫出粗苯過程構(gòu)成。22. 煤氣終冷和除荼工藝流程:1 .煤氣終冷和機械除蔡2.終冷和焦油洗荼 3.終冷和油洗蔡。23. 粗苯

16、吸收的吸收劑:焦油洗油、石油的輕柴油鐳分。24. 粗苯精惘的原理:沸點不同,揮發(fā)度不同。25. 粗苯精制的目的:得到苯,甲苯,二甲苯等純產(chǎn)品。26. 粗苯精制流程:1.初級精憎:使地沸點化合物,高沸點含硫化合物和不飽和化合物分開2. 化學(xué)精制:把粗苯主要組分沸點范圍內(nèi)所含的硫化物 和不飽和化合物脫除。3.最終精鐳:得到合乎標準的純產(chǎn)品。27. 粗苯精制中化學(xué)精制所涉及的反應(yīng):聚合反應(yīng)、脫硫反應(yīng)、曝吩與不飽和化合物反應(yīng)。28吹苯的目的:脫除高沸點雜質(zhì),得到純粗苯蒸汽。29. 高溫煤焦油的組成:輕酚蔡洗一二蔥瀝。30. 焦油精制前的準備工作:勻合、脫水、脫鹽。勻合的目的:使焦油性質(zhì)均一。脫水的目

17、的防止突沸沖油。脫鹽的目的:降低瀝青中的灰分,較少設(shè)備腐蝕。脫水的方法:蒸發(fā)。脫 鹽的方法:加入8%12%的碳酸鈉溶液。31. 焦油蒸慵方法:分段蒸發(fā)流程和一次蒸發(fā)流程。32. 兩塔流程與一塔流程相比增加了蔥油塔。、33. 沙巴廠流程采用焦油常減壓蒸慵。2. 煤氣發(fā)生爐爐型機械化常壓煤氣發(fā)生爐包括:1具有凸型爐算的煤氣發(fā)生爐2爐算作用一一承煤漏灰3魏爾曼一一格魯夏煤氣發(fā)生爐其中,1包括a3M13型:有攪拌裝置,目的是破除黏結(jié)性, 用于弱黏結(jié)性煙煤 b3M21型: 無攪拌裝置,用于不黏結(jié)性煤(貧煤、無煙煤、焦炭)3包括a有攪拌裝置時,用于氣化弱黏結(jié)性煙煤b無攪拌裝置時,用于氣化無煙煤、焦炭等不黏

18、結(jié)性煤3. 煤氣發(fā)生站工藝流程:a熱煤氣工藝流程b無焦油回收的冷煤氣工藝流程C有焦油回收的冷煤氣 工藝流程煤氣由發(fā)生爐出來,首先進入豎管冷卻器,初步除去重質(zhì)焦油和粉塵,同時根據(jù)焦油性質(zhì)不同 冷卻至8090攝氏度左右,經(jīng)半凈煤氣管道進入電捕焦油器,除去焦油霧滴后進入洗滌塔,煤氣 被冷卻到35攝氏度以下,進入凈煤氣管道,經(jīng)排送機送至用戶。4. 水煤氣時熾熱的碳與水蒸氣反應(yīng)所生成的煤氣,燃燒時火焰呈現(xiàn)藍色,所以又稱藍水 煤氣。5. 制氣原理:6. 維持吸熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度方法:a外部加熱法b熱載體法C用氧和水蒸氣為氣化劑的連續(xù)氣化 法d用水蒸氣和空氣為氣化劑的間歇氣化法7. 間歇法生產(chǎn)水煤氣過程有a吹

19、風(fēng)階段b吹蒸汽階段兩個過程組成。8. 現(xiàn)代水煤氣發(fā)生爐采用六個階段的工作循環(huán):第一階段為吹風(fēng)階段目的:加熱燃料層第二階段水蒸汽吹凈階段 水蒸氣將殘余吹風(fēng)氣吹出。目的:避免含有氮氣和二氧化碳的吹風(fēng)氣降低水煤氣質(zhì)量,用第三階段為一次上吹階段目的:水蒸氣與原料進行水煤氣反應(yīng)第四階段為下吹制氣階段目的:使氣化過程在一個穩(wěn)定的、溫度均勻的區(qū)域進行,灰渣層得顯熱,氧化層保持在爐內(nèi)下部。第五階段為 二次上吹制氣階段目的:將爐子下部的水煤氣吹盡,為下次循環(huán)作準備。第六階段為空氣吹盡階段目的:將殘存在爐內(nèi)和管道屮的水煤氣吹入水煤氣凈制系統(tǒng)。9. 間歇式生產(chǎn)水煤氣的主要缺點是生產(chǎn)效率低。10富氧連續(xù)氣化制造水煤氣

20、和半水煤氣的特點:a提高生產(chǎn)能力b氣化效率高,煤氣中有效氣體濃度高。1. 水煤氣發(fā)生爐夾套鍋爐作用一一降低氧化層溫度,防止熔渣沾壁并副產(chǎn)蒸汽??瓶砷g歇可連續(xù)干法排渣2. 兩段式煤氣發(fā)生爐:a氣化段(下)b干鐳段(上)3.加壓氣化原理與工藝 層f灰渣層料層:a干燥曾層b干鐳層C甲烷層Cl第二反應(yīng)層e第一反應(yīng)過程原理:加氫反應(yīng):甲烷化反應(yīng):4. a壓力對煤氣組成的影響 P增加 甲烷增加二氧化碳增加 一氧化碳減少 氫減少b壓力對氧氣耗量的影響 P增加氧耗減少C壓力對蒸汽消耗量的影響P增加 氫氣消耗量增加d壓力對氣化爐生產(chǎn)能力的影響P增加生產(chǎn)能力增加e壓力對煤氣產(chǎn)率的影響P增加 煤氣產(chǎn)率減少f加壓氣化

21、對煤氣輸送動力消耗的影響P增加 動力消耗減少5. 液化排渣氣化爐的基本原理:僅向氣化爐內(nèi)通入適量的水蒸氣,控制爐溫在灰熔點以上, 使灰渣呈熔融狀態(tài),自爐內(nèi)排出。6. 攪拌器一一破黏作用水夾套一一防止爐體承受高溫7. 常壓流化床氣化:原料:O-IOmm粉煤氣化劑流化介質(zhì),僅應(yīng)介質(zhì)8. 流化床氣化爐內(nèi)的主要反應(yīng):a碳的燃燒反應(yīng)b二氧化碳的還原反應(yīng)C水煤氣變換反應(yīng)d水煤氣分解反應(yīng)9流化床分類按操作壓力分為:a常壓流化床氣化一一文溫克勒氣化B加壓流化床氣化一一高溫溫克勒氣化特點:操作,溫度壓力大幅度增加1. 溫克勒氣化流程:a原料的預(yù)處理(破碎,篩分,余熱干燥,破黏)b氣化C粗煤氣的顯熱回收 d煤氣的

22、除塵和冷卻2. 溫克勒氣化工藝優(yōu)點:a單爐生產(chǎn)能力大 b氣化爐結(jié)構(gòu)較簡單 C可氣化細顆粒煤d出路煤氣基本上不含焦油e運行可靠,開停車容易缺點:a氣化溫度低b氣化爐設(shè)備龐大C熱損失達Cl帶出物損失較多e粗煤氣質(zhì)量較差 2在原料煤屮添加石灰石,石灰或白云石來提高煤的軟化點和熔點。第五章煤的氣化1. 煤的氣化過程是一個熱化學(xué)過程,它是以煤或煤焦為原料,以氧氣,水蒸汽或氫氣等做氣化 劑,在高溫條件下,通過化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦屮的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過程、2. 發(fā)生爐的原料層可以分為(1)灰渣層(2)氧化層(3)還原層(4)干館層(5)干燥層3. 氣化類型;(1)自熱式煤的水蒸氣氣化(2)外熱式煤的水

23、蒸氣氣化(3)煤的加氫氣化(4) 煤的水蒸氣氣化和加氫相結(jié)合(5)煤的水蒸氣氣化和甲烷化的結(jié)合4. 自熱式的特點(1)無外界供熱(2)二氧化碳含量較高(3)氮氣的引用降低煤氣的質(zhì)量, 主要成分,一氧化碳,氫氣,氣化劑;空氣或氧氣 水蒸氣主要反應(yīng)5. 外熱式特點(1)熱量由外部提供,節(jié)省煤炭(2)氣化爐傳熱差,不經(jīng)濟主要成分,一氧化 碳,氫氣,氣化劑;空氣或氧氣水蒸氣6. 加氫氣化的特點(1)煤氣主要由甲烷組成(2)煤和氫氣反應(yīng)性低于煤和水蒸氣反應(yīng)性,產(chǎn)生殘焦,主要成分,甲烷,氣化劑:氫氣主要反應(yīng);水蒸氣和加氫氣化相結(jié)合特點:煤料首先進行加氫氣化,殘焦再進行水蒸氣化,得到的可燃氣體 為甲烷。水蒸氣和甲烷化相結(jié)合特點:水蒸氣氣化得到合成氣,合成氣經(jīng)轉(zhuǎn)化得到甲烷。7氧化反應(yīng):

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