淺析天然氣部分氧化法制乙炔的反應(yīng)平衡

唐利鐘，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

唐利鐘，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）

對天然氣部分氧化法制乙炔的反應(yīng)平衡進行研究與分析，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反應(yīng)平衡限度的影響，并且還著重地分析了甲烷轉(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

Abstract：In this paper，the reaction equilibrium of acetylene in partial oxidation of natural gas is studied and analyzed.The reaction equation of acetylene in partial oxidation of natural gas is established，and the influence of a series of factors on the equilibrium limit of reaction is also considered.Methane conversion rate，acetylene，hydrogen and carbon monoxide and other products such as the yield and selectivity.

Key words：acetylene；natural gas；reaction balance

1 概述

隨著社會的不斷發(fā)展，對能源的需求越來越大，其中主要是對石油資源的消耗。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)代社會科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的不斷發(fā)展進步，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。我國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)該在我國天然氣比較豐富的地區(qū)大力地推行生產(chǎn)技術(shù)比價成熟的天然氣部分氧化法來制作乙炔，這對我國化學(xué)工業(yè)的發(fā)展以及解決我國能源問題是有著重要的意義，所以本文就主要是對天然氣部分氧化法制乙炔的反應(yīng)平衡進行分析與研究，而且考察天然氣部分氧化法制乙炔的反應(yīng)平衡對研究甲烷的分解特性以及未反應(yīng)物流的循環(huán)使用是有著重要的意義的。

就目前相關(guān)研究來說，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)的論文來說，其中大多數(shù)是對甲烷的熱力學(xué)分解進行研究，并且僅僅是局限在獨立反應(yīng)上，并不適合用于多重反應(yīng)體系。所以本文在進行分析與研究室甲烷在分解反應(yīng)體系中是含有 CH4、O2、C2H2、H2、CO、CO2、H2O 和C 等成分法，所以在進行計算的時候就選擇適合的真實其他狀態(tài)方程對反應(yīng)體系的逸度系數(shù)以及平衡的組成來進行計算，并且還進一步地分析通過實驗得到平衡時的產(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 獨立反應(yīng)數(shù)與反應(yīng)方程

在進行實驗的時候發(fā)現(xiàn)，在乙炔爐的燃燒室中天然氣與氧氣燃燒時釋放出了大量的熱量，但是還有另一部分天然氣在分解的過程中產(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

CH4 O2 C2H2 CO CO2 H2O H2 C 1 0 2 1 1 0 0 1 4 0 2 0 0 2 2 0 0 2 0 1 2 1 0 0

經(jīng)過分析之后，可以得到一個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數(shù)是8，獨立反應(yīng)數(shù)是5，所以我們是可以用以下的反應(yīng)方程式來進行表達。

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；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。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。因此，從這就可以看出溫度對反應(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雖然是隨著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

本文主要是對天然氣部分氧化法制乙炔的反應(yīng)平衡進行了分析與研究，地主要是通過三個方面來進行說明：一是對相關(guān)的情況進行了概述；二是天然氣部分氧化法制乙炔的獨立反應(yīng)數(shù)與反應(yīng)方程進行闡述；三是對天然氣分解反應(yīng)系統(tǒng)的熱力學(xué)分析。通過分析發(fā)現(xiàn)，高溫和低壓力是有利于天然氣的部分氧化分解反應(yīng)的，這樣能夠大大提高乙炔的收率，但是過高的溫度會加速乙炔的分解，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。希望通過本文的分析可以提供一些借鑒。

[1] 王志方，鄭丹星.天然氣部分氧化法制乙炔的反應(yīng)平衡研究[C]//第二屆全國化學(xué)工程與生物化工年會，2005.

[2] 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（自然科學(xué)版），2008，（05）.

Analysis of Reaction Equilibrium of Acetylene in Partial Oxidation of Natural Gas

Tang Li-zhong，Zhang Fu-hai

TM911.4

A

1003–6490（2017）09–0174–02

2017–06–30

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。