申请/专利权人：西南石油大学;天府新能源研究院

申请日：2022-06-02

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN114943195B

主分类号：G06F30/28

分类号：G06F30/28;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2024.03.26#专利申请权的转移;2022.09.13#实质审查的生效;2022.08.26#公开

摘要：本发明公开了一种水煤气变换反应平衡常数预测模型的构建方法，包括以下步骤：步骤1：采用非简谐振子模型描述水煤气变换反应中反应物和产物分子的内振动；步骤2：通过解步骤1中的非简谐振子模型的薛定谔方程，得到各种物质分子的振动能级表达式；根据步骤2得到的振动能级表达式，获得各种物质分子的振动配分函数，并结合分子的平动和转动配分函数，建立反应物和产物吉布斯自由能的解析表达式；步骤4：根据吉布斯自由能解析表达式，建立水煤气变换反应平衡常数预测模型；本发明构建的预测模型计算得到的平衡常数具有更高的精确度；克服了对大量反应实验数据的依赖；本发明方法也为处理其他化学反应过程中平衡常数的计算提供了一种新的途径。

主权项：1.一种水煤气变换反应平衡常数预测模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用非简谐振子模型描述水煤气变换反应中各种物质分子的内振动；物质分子包括一氧化碳、水、氢气和二氧化碳；步骤2：通过解步骤1中非简谐振子模型的薛定谔方程，得到各种物质分子的振动能级表达式；步骤3：根据步骤2得到的振动能级表达式，从分子结构出发，获得各种物质分子的振动配分函数，并结合分子的平动和转动配分函数，由吉布斯自由能和配分函数的热力学关系，建立反应物和产物吉布斯自由能的解析表达式；氢气、一氧化碳、二氧化碳和水的吉布斯自由能解析表达式建立过程如下：S11：采用改进五参量指数型振子或改进Tietz振子模型描述H2、CO、CO2和H2O分子的内振动，振子模型为 式中：De为离解能，re为平衡键长，r为原子间距离，α为屏蔽参量，q为变形参量；S12：通过解S11提出的振动子模型的薛定谔方程，得到H2、CO、CO2和H2O分子的振动能级表达式： 式中：符号±对H2分子取负号，其余3种分子取正号；Ev为振动能级，h为普朗克常数，v为振动量子数，μ为约化质量，π为圆周率；S13：根据S12得到的振动能级表达式和振动配分函数定义式，采用Poisson求和公式进行求和运算，得到单个分子的振动配分函数： 式中 式中：qv表示分子的振动配分函数，k为玻尔兹曼常数，c为光速，ωe为平衡振动频率，vmax为最大振动量子数；S14：根据S13得到的振动配分函数，并考虑分子的平动配分函数和转动配分函数，运用吉布斯自由能与配分函数的关系，得到H2、CO、CO2和H2O的摩尔吉布斯自由能解析表达式： 式中：和分别表示H2、CO、CO2和H2O的摩尔吉布斯自由能，R为普适气体常量，c为光速，ωe为平衡振动频率，ωea和ωeb分别为分子的平衡反对称和弯曲振动频率，m为分子的质量，P为气体压力，Θr表示转动温度，Ia、Ib和Ic表示水分子的3个主转动惯量步骤4：根据步骤3构建的吉布斯自由能解析表达式，通过吉布斯自由能和平衡常数的关系，建立水煤气变换反应平衡常数预测模型；水煤气变换反应平衡常数预测模型为： 式中：K为平衡常数，R为普适气体常量，T为热力学温度，ΔG为吉布斯自由能变化量，为反应物CO的总摩尔吉布斯自由能，为产物CO2的总摩尔吉布斯自由能，为产物H2的总摩尔吉布斯自由能，为反应物H2O的总摩尔吉布斯自由能；其中： 式中：为CO的标准生成焓，为CO在温度为298.15K下的摩尔焓，为H2O的标准生成焓，为H2O在温度为298.15K下的摩尔焓，为H2的标准生成焓，为H2在温度为298.15K下的摩尔焓，为CO2的标准生成焓，为CO2在温度为298.15K下的摩尔焓；GCO为CO的摩尔吉布斯自由能，为H2O的摩尔吉布斯自由能，为H2的摩尔吉布斯自由能，为CO2的摩尔吉布斯自由能。

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