淺析天然氣部分氧化法制乙炔的反應平衡

唐利鐘，張福海

（青海鹽湖工業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平衡

唐利鐘，張福海

（青海鹽湖工業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方程，并且還考慮了一系列的因素對反應平衡限度的影響，并且還著重地分析了甲烷轉換率、乙炔、氫氣以及一氧化碳等產物的收率以及選擇性等。

乙炔；天然氣；反應平衡

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。隨著現代社會科學技術和工業的不斷發展進步，化學原料乙炔的生產工藝和技術也獲得了較大的發展。我國的天然氣主要是集中在西部地區和東南地區，所以應該在我國天然氣比較豐富的地區大力地推行生產技術比價成熟的天然氣部分氧化法來制作乙炔，這對我國化學工業的發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平衡對研究甲烷的分解特性以及未反應物流的循環使用是有著重要的意義的。

就目前相關研究來說，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產物的熱力學性質相關的研究是比較少的，而且現在就已經發表的著作和相關的論文來說，其中大多數是對甲烷的熱力學分解進行研究，并且僅僅是局限在獨立反應上，并不適合用于多重反應體系。所以本文在進行分析與研究室甲烷在分解反應體系中是含有 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方程對反應體系的逸度系數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物分布與溫度、壓力等反應條件之間存在何種關系。

2 獨立反應數與反應方程

在進行實驗的時候發現，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成元素應該為C、H以及O。反應體系的原子系數矩陣為

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，所以原子系數矩陣的秩為3，在乙炔爐的燃燒室中的組成分數是8，獨立反應數是5，所以我們是可以用以下的反應方程式來進行表達。

反應方程式中的“-”是表示消耗的反應物，而“+”則是表示生成的反應物。

3 天然氣分解反應系統的熱力學分析

溫度對天然氣分解反應體系的影響是不同的，如圖1所示。反應1平衡常數是隨著溫度的增加而發生了下降，由1018下降到了 1013數量級；而反應2的平衡常數則也是隨著溫度的增加而逐漸的下降，由1032降到 1018數量級。而反應3卻恰恰相反，平衡常數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4則一直是處于0.3 左右，沒有發生較大的變化。反應5的平衡常數則隨著溫度的增加而逐漸的增加到10-15數量級。因此，從這就可以看出溫度對反應1、反應2、反應3和反應5的影響是比較大的，并且反應5雖然是隨著溫度的增加平衡常數是逐漸增加的，但是平衡常數一直是處于較低的數值。

4 結束語

本文主要是對天然氣部分氧化法制乙炔的反應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數與反應方程進行闡述；三是對天然氣分解反應系統的熱力學分析。通過分析發現，高溫和低壓力是有利于天然氣的部分氧化分解反應的，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，所以最為適應的溫度是在1 400～1 600℃之間，低壓也應該持續在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平衡研究[C]//第二屆全國化學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[J].華北電力大學學報（自然科學版），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。