1、热解煤生产乙炔的化学平衡计算及分析王飞 郭文康摘要 本文利用 NASA的 CEA（ Chemical Equilibrium with Applications） 程序对高温裂解煤条件下的热力学平衡进行研究。通过计算表明，在不考虑游离碳析出的条件下，当温度上升到 1800 k左右时，乙炔的浓度就不在有明显的上升趋势，在 1750 2200 k之间基本保持不变；如果考虑游离碳的析出时，乙炔的浓度会明显下降，并且到达乙炔浓度最大值时所需温度会上升到 3300 k 左右。倘若混合物中氧的比重增加会导致乙炔浓度下降。 一、导言乙炔是一种重要的工业原料，由它可以衍生出成千上万的化工产品，在化工领域占有相
2、当重要的地位。以前主要是依靠电石水解的方法制乙炔，这种工艺流程长，能耗高，而且会对环境造成严重的污染。目前主要采用石油裂解烯烃的办法生产乙炔，但是石油价格比较高，而且石油的世界储备量远远少于煤。所以高温热解煤制乙炔的办法越来越受到世人的重视。由于等离子体技术具有高温，高焓，气氛可控等特点，等离子体技术在近十年来被广泛的应用于化工领域，利用等离子体技术产生高温热解煤粉制乙炔具有流程短和洁净转化等优点，在成本上也可以和传统工艺竞争，是高效洁净利用煤的一种技术。所以等离子体热解煤获取乙炔成为一种很有前景的方案，许多发达国家，如 美，德，日，英等都做了大量的研究工作并取得了一些进展。我们实验室承担了等
3、离子体热解煤生产乙炔的部分工作，为了有效的得到乙炔气体，本工作针对等离子体热解煤制乙炔工艺，利用 NASA的 CEA（ Chemical Equilibrium with Applications） 程序，求解不同温度条件下，复杂体系多组分化学反应平衡，从而确定使乙炔产率最高的反应条件，并就计算结果进行探讨。 二、计算方法 NASA的 CEA（ Chemical Equilibrium with Applications） 程序是利用求体系的最小 Gibbs自由能的方法确定体系的化学平衡的。2 1 Gibbs自由能对于一千克由 NS种物质组成的混合物的 Gibbs自由能 g 可由下式给出2.1
4、为一千克混合物种第 j种物质的摩尔数 每摩尔 j物质的化学势为对于理想气体 对于固体或液体 当体系处于化学平衡时，按照质量守恒定律，体系中的摩尔数守恒，其数学表达式为 或 其中 为一千克混合物中第 i种元素的莫尔数； 为给定的一千克混合物中第 i种物质的莫尔数； 为第 j种物质中第 i种元素的摩尔数； 为混合物中第 i种元素的千克摩尔数如果定义 其中 为 Lagrangian因子。那么平衡条件可写为 2.7 把 和 看作独立变量则可得 2.8 2.9 2 9式同样给出了质量守恒限制条件 2.2 热力学数据 热力学方程的一般形式为2.10 2.11 温度范围为 0.00 k 20000.00 k ， 所有组份的标准态均定为 298.15 k， 1.0 atm 2 3 Gbbis 迭代方程 方程为了实现化学组份的平衡，需要用迭代的方法实现。为了便于计算，将 n作为独立的参量。 Descent Newton-Raphson迭代的方法常常被用来对初始的估计值作修正。修正参量有 （ j 1， 2， NG ） , (j=NG+1,NS), , ,和 。 由 2.8和 2.9式可得
