第10卷第3期 2010年6月
过程工程学报
The Chinese Jourmal of Process Engineering
甲烷非催化部分氧化制乙炔和合成气过程的实验研究
李庆勋，
刘业飞，王铁峰
(清华大学化工系绿色反应工程与工艺北京市重点实验室，北京100084)
VoL.10 No.3 June 2010
摘要：通过探头取样和四极杆质谱在线测量甲烷、氧气和乙炔等组分的浓度分布，考察了氧气/甲烷(甲烷+乙烷/丙烷)摩尔比、气体预热温度及原料气中添加乙烷和丙烷对甲烷非催化部分氧化制乙炔和合成气的影响。结果表明，随轴向距离增加，乙炔浓度先增大后减小，存在最大值：随氧气/甲烷(甲烷+乙烷/丙烷)摩尔比增加，乙炔选择性下降；升高混合气体预热温度产物中乙炔浓度增大，620C时最大乙炔浓度为4.52%：添加乙烷和丙烷时产物中乙炔浓度基本
不变，但甲烷消耗量下降，在实验条件下，生成最大乙炔浓度的激冷位置距烧嘴出口的距离约为80mm 关键调：甲烷：乙；非催化部分氧化；探头取样；预热温度
中图分类号：TQ024;TQ027；TQ037 1前言
文献标识码：A
石油、天然气是现代化工最主要的原料来源。随着石油资源日益枯竭，天然气在燃料和化学工业原料中的地位日渐突出"]，天然气的基本成分是甲烷，其化学利用主要有两种方法：直接转化法和间接转化法：直接转化法包括甲烷氧化偶联、甲烷选择性氧化和甲烷无氧芳构化等[2]，间接转化法是将甲烷转化成合成气[3-7]，进而合成氨、甲醇等化工产品。
甲烷部分氧化是制取合成气的主要途径，当采用高温路线时，除了生产合成气，还可联产乙炔以巴斯夫(BadischeAnilin und Soda Fabrik,BASF)技术为例，该过程涉及高温、快速混合、强满流、毫秒级反应和快速终止反应等，对优化操作和安全控制要求很高。毛细管取样法与质谱相结合是一种有效的诊断火焰手段，已广泛应用于各类研究中围，利用毛细管在极短时间内从火焰体系取样，真空环境下快速膨胀来“停止”反应，该时间尺度比化学反应时间短很多，因此取样得到的化学组成接近于不受干扰时的火焰组成[9-12]
探头取样技术是一种“侵入式”分析方法，会对流场及温度和浓度分布造成影响[13-15],但取样技术是唯一能科学地同时对燃烧的所有物质进行测定的手段， Biordi等[16,17]通过大量实验，指出取样管前端夹角小于 40°时，所测数据可用于定量分析.该分析方法至今已 30多年，是一种具有普适性的实验技术，广泛应用于研究低压和氩气稀释的燃烧体系。
本研究基于天然气非催化部分氧化制乙炔工艺的特点，利用探头取样和四极杆质谱分析手段重点考察氧气/甲烷(甲烷+乙烷/丙烷)摩尔比、反应气体预热温度、收稿日期：201004-13，修图日期：201004-30
基金项目：国家自然科学基金资助项目(编号：20976090)
文章编号：1009-606X(2010)030536-06
添加低碳烷烃对甲烷部分氧化制乙炔的影响，为工艺条件优化、设备操作和装置改扩建提供理论依据与技术支
持 2
实验 2.1实验材料
甲烷、丙烷、氧气(纯度99.9%，北京北温气体公司) 乙烷(纯度99.9%，北京兆格气体公司)，反应器和取样
管为北京中诚石英玻璃公司生产， 2.2实验装置和仪器
实验在石英反应器内进行，反应器内径10mm，外径14mm，长300mm，实验装置流程如图1所示，实验
5
-
123 1. Methane cylinder 4. Shutoff vaive
7. Electrothemal fumace 11. Sampling probe
13
2. Ethane/propane cylinder 5. Mass flowmeter
8.Mixer
12. Exhaust pipe
3. Oxygen cylinder
6. Back fro-relief valve
9. Bumer
10. Reactor
13. Mass spectrum system
图1甲烷非催化部分氧化制乙块实验流程图 Fig.1 Experimental setup for methane non-catalytic
partial oxidation producing acetylene
作者简介：李庆勋(1980-)，男，山东省荣阳市人，硕士研究生，化学工程与技术专业；王铁峰，通讯联系人，Tel:010-62797490,E-mail:wangtf@tsinghua.cdu.cn 万方数据