淺析天然氣部分氧化法制乙炔的反應(yīng)平衡

唐利忠，張福海

（青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司，青海格爾木 816000)

淺析天然氣部分氧化法制乙炔的反應(yīng)平衡

唐利忠，張福海

（青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司，青海格爾木 816000)

對(duì)天然氣部分氧化法制乙炔的反應(yīng)平衡進(jìn)行研究與分析，主要是建立天然氣部分氧化法制乙炔的反應(yīng)方程，并且還考慮了一系列的因素對(duì)反應(yīng)平衡限度的影響，并且著重分析了甲烷轉(zhuǎn)換率、乙炔、氫氣以及一氧化碳等產(chǎn)物的收率以及選擇性等。

乙炔；天然氣；反應(yīng)平衡

1 概述

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)能源的需求越來(lái)越大，其中主要是對(duì)石油資源的消耗，但是由于石油資源是不可再生資源，隨著石油資源的不斷減少，其他的資源就逐漸的代替石油資源，例如天然氣和煤炭等。隨著現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步，化學(xué)原料乙炔的生產(chǎn)工藝和技術(shù)也獲得了較大的發(fā)展。就以我國(guó)來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，我國(guó)的天然氣主要是集中在西部地區(qū)和東南地區(qū)，所以應(yīng)該在我國(guó)天然氣比較豐富的地區(qū)大力的推行生產(chǎn)技術(shù)比價(jià)成熟的天然氣部分氧化法來(lái)制作乙炔，這對(duì)我國(guó)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展以及解決我國(guó)能源問(wèn)題是有著重要的意義，所以本文就主要是對(duì)天然氣部分氧化法制乙炔的反應(yīng)平衡進(jìn)行分析與研究，而且考察天然氣部分氧化法制乙炔的反應(yīng)平衡對(duì)研究甲烷的分解特性，以及未反應(yīng)物流的循環(huán)使用有著重要的意義。

就目前相關(guān)研究來(lái)說(shuō)，天然氣部分氧化法制乙炔的研究是比較少的，也就是我們所說(shuō)的含有甲烷和氧氣及其反應(yīng)產(chǎn)物的熱力學(xué)性質(zhì)相關(guān)的研究是比較少的，而且現(xiàn)在就已經(jīng)發(fā)表的著作和相關(guān)的論文來(lái)說(shuō)，其中大多數(shù)是對(duì)甲烷的熱力學(xué)分解進(jìn)行研究，并且僅僅是局限在獨(dú)立反應(yīng)上，并不適合用于多重反應(yīng)體系。所以本文在進(jìn)行分析甲烷在分解反應(yīng)體系中是含有CH4、O2、C2H2、H2、CO、CO2、H2O 和 C 等成分法，所以在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候就選擇適合的真實(shí)其他狀態(tài)方程對(duì)反應(yīng)體系的逸度系數(shù)以及平衡的組成來(lái)進(jìn)行計(jì)算，并且還進(jìn)一步的分析通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到平衡時(shí)的產(chǎn)物分布與溫度、壓力等反應(yīng)條件之間存在何種關(guān)系。

2 獨(dú)立反應(yīng)數(shù)與反應(yīng)方程

我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，在乙炔爐的燃燒室中天然氣與氧氣燃燒時(shí)釋放出了大量的熱量，但是還有另一部分法天然氣在分解的過(guò)程中產(chǎn)生了C2H2、H2、CO、CO2、H2O 和 C，所以，天然氣部分氧化法制乙炔的平衡構(gòu)成元素應(yīng)該為C、H以及O。反應(yīng)體系的原子系數(shù)矩陣為

并經(jīng)過(guò)分析之后，可以得到一個(gè)3階非零子行列式，所以原子系數(shù)矩陣的秩為3，在乙炔爐的燃燒室中的組成分?jǐn)?shù)是8，獨(dú)立反應(yīng)數(shù)是5，所以可以用以下的反應(yīng)方程式來(lái)進(jìn)行表達(dá)。

反應(yīng)方程式中的“-”是表示消耗的反應(yīng)物，而“+”則是表示生成的反應(yīng)物。

3 天然氣分解反應(yīng)系統(tǒng)的熱力學(xué)分析

溫度對(duì)天然氣分解反應(yīng)體系的影響是不同的，如圖1所示。反應(yīng)1平衡常數(shù)是隨著溫度的增加而發(fā)生了下降，由1018下降到了 1013數(shù)量級(jí)；而反應(yīng)2的平衡常數(shù)則也是隨著溫度的增加而逐漸的下降，由1032降到 1018數(shù)量級(jí)。而反應(yīng)3卻恰恰相反，平衡常數(shù)是隨著溫度的增加而逐漸的升高，由10-3逐漸升高到了105。反應(yīng)4則一直是處于0.3 左右，沒(méi)有發(fā)生較大的變化。反應(yīng)5的平衡常數(shù)則隨著溫度的增加而逐漸的增加到10-15數(shù)量級(jí)。因此，從這就可以看出溫度對(duì)反應(yīng)1、反應(yīng)2、反應(yīng)3和反應(yīng)5的影響是比較大的，并且反應(yīng)5雖然是隨后則溫度的增加平衡常數(shù)是逐漸增加的，但是平衡常數(shù)一直是處于較低的數(shù)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要是對(duì)天然氣部分氧化法制乙炔的反應(yīng)平衡進(jìn)行了分析與研究，主要是通過(guò)三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行說(shuō)明：一是對(duì)相關(guān)的情況進(jìn)行了概述；二是天然氣部分氧化法制乙炔的獨(dú)立反應(yīng)數(shù)與反應(yīng)方程進(jìn)行闡述；三是對(duì)天然氣分解反應(yīng)系統(tǒng)的熱力學(xué)分析。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，高溫和低壓是有利于天然氣的部分氧化分解反應(yīng)的，這樣能夠大大地提高乙炔的收率，但是過(guò)高的溫度是會(huì)加速乙炔的分解的，所以最為適應(yīng)的溫度是在1 400～1 600℃之間，低壓也應(yīng)該持續(xù)在0.1MPa左右是最為適宜的。希望通過(guò)本文的分析可以提供一些借鑒。

[1] 王志方，鄭丹星.天然氣制乙炔與燃料電池的集成系統(tǒng)[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，（05）.

Analysis of Reaction Equilibrium of Partial Oxidation of Acetylene by Natural gas

Tang Li-zhong，Zhang Fu-hai

The research and analysis of the reaction equilibrium of natural gas partial oxidation of acetylene，is the main reaction equation establishment of natural gas partial oxidation of acetylene，and a series of factors on the reaction equilibrium limit is considered，and also focuses on the analysis of methane conversion，acetylene，hydrogen，carbon monoxide and other products the yield and selectivity.

acetylene；natural gas；reaction equilibrium

TQ221.242

A

1003–6490（2017）11–0222–01

2017–09–15

唐利鐘（1986—），男，甘肅榆中人，助理工程師，主要從事天然氣部分氧化制乙炔工作。