天然气部分氧化制乙炔影响因素分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com第4期赵生斌等：天然气部分氧化制乙炔影响因素分析69天然气部分氧化制乙炔影响因素分析赵生斌，于琳，陈海滨，陶现林，王伟。(1．青海盐湖工业股份有限公司化工分公司，青海格尔木816000；2．中原石油工程有限公司西南钻井分公司，四川南充637000；3．江苏焱鑫科技股份有限公司，江苏江阴214400)摘要：影响天然气部分氧化制乙炔反应的因素较多，在实际生产中反应温度、时间、氧烃比、压力、气体混合程度、气质等均对产品收率影响较大。分析了各种影响因素，总结了生产中的经验，以

2、对提高产品收率提供指导。根据下游装置的不同生产需求，通过调整氧烃比可以对乙炔产量和合成气产量做出适当调整，以获取最大的经济效益。关键词：天然气；部分氧化；乙炔生产；影响因素；工艺参数中图分类号：TQ221．242；TE646文献标识码：B文章编号：1001—9219(2013)04-69—05天然气部分氧化制乙炔时，天然气部分燃烧产生大量热量，反应放出的热量使剩余的CH在1500~C高温下裂解为CH和H，同时部分乙炔在1500~C，1ms～3ms内分解为C和H。本文详细分析∞如0如了影响天然气部分氧化反

3、应的各种因素。优化了操作，提高了产品收率。1反应温度甲烷裂解生成乙炔的反应是吸热反应，高温有250500750J000l250l500l7502000利于反应进行。主要的反应方程式如下：Temperature／K合成气反应：图1几种烃类的标准生成自由焓与温度的关系CH4+O2———CO+H2O+H!一278kJ／mol乙炔生成反应：其优势愈来愈小。故从热力学分析，烃类裂解制乙C1+3H2+376kJ／rrol(a)炔，必须在高温条件下进行，但即使在接近2000'：E乙炔分解反应：的温度下，反应(a)在热

4、力学上还是占有利地位，因G}L—型_÷2C+}L一227kJ／mol(b)此，是否能获得乙炔，决定于它们在动力学上的竞总反应式：争。乙炔裂解的动力学基于Kassel简化动力学模型。此模型提出了如下连串反应机理：5c3qHC-HC+6~+3CO+3H202CH4—L÷C2H6+H2乙炔的收率主要决定于反应(a)与反应(b)在C2H6L÷C2H4+H2热力学和动力学上的竞争。烃类的生成自由焓与温C2H4—L÷C2H2+H2度关系图如图1所示【。C2H222从图1中可看到，在一定的温度条件下，反应上述反应中k

5、2>>k，因此该连串反应机理可简(a)的△G是很大的正值，只有在高温条件下才能化为：．有较大的平衡常数值，而反应(b)的AG却是很大2CH4—L÷C，HJ+2的负值，在热力学上占绝对优势，但随温度的升高，C2H4—上_÷CH2+H22CH’—2C+H2收稿日期：2013．01．22；作者简介：赵生斌(1981．)，男，助理工研究还认为，乙炔的裂解反应应包含体系中第程师，电话13997373606，电邮13997373606@163．coln。三体的影响，其反应机理为：学兔兔www.xuetutu.com

6、70天然气化工(C化学与化工)2013年第38卷C2H!+M—2C+H2+M冷产品的露点，能很好地回收热能。炭黑易被水润因此。甲烷热裂解系列反应的动力学关系可表湿，便于清除，因此，加压部分氧化也得到了工业化示为：的发展。减压或降低甲烷分压(加H等)能有效减dC⋯lc-k3Cc慢裂解反应速度，抑制乙炔再分解，反应时间延长．,~q操作易控制，同时乙炔收率提高。在反应温度为=k'CcH-k4CcHCM一-k~Cc,1450~(2、氧气甲烷进料的物质的量比为0．6条件下．式中CcH，Cc’HJ，Cc’H1，CM

7、分别为各物质的量研究0．O1MPa～0．4MPa范围内，压力对反应体系的浓度(kmol／m。)。影响。可获得如图2和图3的结果。图2是压力对反应速率常数分别为：CH转化率和C2H2、CO、H2及CO2收率的影H~[31。=4．5×10”exp{-4．575x10／T可以看出，cH随着压力的增加而增大；Yc’H2和yH，．k1=2．58x10exp／-2．Ol1xl0／Tls随着压力的增加逐渐减小；yc0和y0o随着压力的=4．57x104~p(-2．o69×】／71m3．kmol-I．s变化影响非常小。

8、图3是压力对CH：、CO、H及则对应的反应速率可分别定义为：CO选择性的影响。由图可见，压力对选择性影响R=Jj}．HJ’Rs=cC，R=cM较小，．s已随着压力的增加逐渐减小，．sc0随着压力当温度很高时，>，乙炔的生成速率大于乙的增加逐渐增大。可见低压对生成乙炔反应有利。炔的分解速率，就会获得较高产率的乙炔。故烃类综合考虑，反应的适宜压力在0．1MPa左右。裂解生产乙烯必须满足供给大量的反应热、高温、短时间(O．Ols一0．O01s以下