浅析天然气部分氧化法制乙炔的反应平衡

唐利钟，张福海

（青海盐湖工业股份有限公司化工分公司，青海格尔木 816000）

浅析天然气部分氧化法制乙炔的反应平衡

唐利钟，张福海

（青海盐湖工业股份有限公司化工分公司，青海格尔木 816000）

对天然气部分氧化法制乙炔的反应平衡进行研究与分析，主要是建立天然气部分氧化法制乙炔的反应方程，并且还考虑了一系列的因素对反应平衡限度的影响，并且还着重地分析了甲烷转换率、乙炔、氢气以及一氧化碳等产物的收率以及选择性等。

乙炔；天然气；反应平衡

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

随着社会的不断发展，对能源的需求越来越大，其中主要是对石油资源的消耗。但是由于石油资源是不可再生资源，随着石油资源的不断减少，其他的资源就逐渐的代替石油资源，例如天然气和煤炭等。随着现代社会科学技术和工业的不断发展进步，化学原料乙炔的生产工艺和技术也获得了较大的发展。我国的天然气主要是集中在西部地区和东南地区，所以应该在我国天然气比较丰富的地区大力地推行生产技术比价成熟的天然气部分氧化法来制作乙炔，这对我国化学工业的发展以及解决我国能源问题是有着重要的意义，所以本文就主要是对天然气部分氧化法制乙炔的反应平衡进行分析与研究，而且考察天然气部分氧化法制乙炔的反应平衡对研究甲烷的分解特性以及未反应物流的循环使用是有着重要的意义的。

就目前相关研究来说，天然气部分氧化法制乙炔的研究是比较少的，也就是我们所说的含有甲烷和氧气及其反应产物的热力学性质相关的研究是比较少的，而且现在就已经发表的著作和相关的论文来说，其中大多数是对甲烷的热力学分解进行研究，并且仅仅是局限在独立反应上，并不适合用于多重反应体系。所以本文在进行分析与研究室甲烷在分解反应体系中是含有 CH4、O2、C2H2、H2、CO、CO2、H2O 和C 等成分法，所以在进行计算的时候就选择适合的真实其他状态方程对反应体系的逸度系数以及平衡的组成来进行计算，并且还进一步地分析通过实验得到平衡时的产物分布与温度、压力等反应条件之间存在何种关系。

2 独立反应数与反应方程

在进行实验的时候发现，在乙炔炉的燃烧室中天然气与氧气燃烧时释放出了大量的热量，但是还有另一部分天然气在分解的过程中产生了C2H2、H2、CO、CO2、H2O 和 C，所以，天然气部分氧化法制乙炔的平衡构成元素应该为C、H以及O。反应体系的原子系数矩阵为

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

经过分析之后，可以得到一个3阶非零子行列式，所以原子系数矩阵的秩为3，在乙炔炉的燃烧室中的组成分数是8，独立反应数是5，所以我们是可以用以下的反应方程式来进行表达。

反应方程式中的“-”是表示消耗的反应物，而“+”则是表示生成的反应物。

3 天然气分解反应系统的热力学分析

温度对天然气分解反应体系的影响是不同的，如图1所示。反应1平衡常数是随着温度的增加而发生了下降，由1018下降到了 1013数量级；而反应2的平衡常数则也是随着温度的增加而逐渐的下降，由1032降到 1018数量级。而反应3却恰恰相反，平衡常数是随着温度的增加而逐渐的升高，由10-3逐渐升高到了105。反应4则一直是处于0.3 左右，没有发生较大的变化。反应5的平衡常数则随着温度的增加而逐渐的增加到10-15数量级。因此，从这就可以看出温度对反应1、反应2、反应3和反应5的影响是比较大的，并且反应5虽然是随着温度的增加平衡常数是逐渐增加的，但是平衡常数一直是处于较低的数值。

4 结束语

本文主要是对天然气部分氧化法制乙炔的反应平衡进行了分析与研究，地主要是通过三个方面来进行说明：一是对相关的情况进行了概述；二是天然气部分氧化法制乙炔的独立反应数与反应方程进行阐述；三是对天然气分解反应系统的热力学分析。通过分析发现，高温和低压力是有利于天然气的部分氧化分解反应的，这样能够大大提高乙炔的收率，但是过高的温度会加速乙炔的分解，所以最为适应的温度是在1 400～1 600℃之间，低压也应该持续在0.1MPa左右是最为适宜的。希望通过本文的分析可以提供一些借鉴。

[1] 王志方，郑丹星.天然气部分氧化法制乙炔的反应平衡研究[C]//第二届全国化学工程与生物化工年会，2005.

[2] 王志方，郑丹星.天然气制乙炔与燃料电池的集成系统[J].华北电力大学学报（自然科学版），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

唐利钟（1986—），男，甘肃榆中人，助理工程师，主要从事天然气部分氧化制乙炔工作。