ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ИЧсСКис uqjujjjvljirin лриЦСССа. . iii Перспективы развития процесса из "Химия и технология синтетического жидкого топлива и газа" Механизм взаимодействия углерода с кислородом и водяным паром до настоящего времени точно не установлен. Первоначально предполагалось, что при реагировании углерода с кислородом единственным продуктом является диоксид углерода, а оксид углерода образуется как вторичный продукт по реакции (3.9). Существовала и противоположная точка зрения о первичном образовании оксида углерода и его последующем превращении в СОг по реакции (3.11). Аналогичные расхождения во взглядах были и в отношении реакций (3.7) и (3.8). [c.100] Числовые значения коэффициентов Я и V, характеризующие соотношение количеств СО и СОг в продуктах реакции, зависят от условий проведения процесса и находятся в следующих пределах 1 Х 2, 0,5 7 1. [c.101] Рассмотрим условия равновесия основных реакций, опреде- ляющих состав газа при газификации твердых топлив. [c.101] Изменение давления по-разному сказывается на протекании рассматриваемых реакций. Процесс (3.9) идет с увеличением объема, поэтому при повышении давления равновесие должно сдвигаться в сторону исходного вещества (СО2) и должно уменьшаться содержание СО в конечном газе. Реакция (3.10), напротив, протекает с уменьшением объема, поэтому для нее повышение давления благоприятно, так как приводит к увеличению равновесного выхода метана. В реакции (3.14) объем реагирующих веществ не изменяется, поэтому состав равновесной смеси не зависит от давления. [c.102] Задаваясь величиной Рн , находят парциальные давления остальных компонентов по уравнениям [(3.26) — (3.29)]. Для проверки вычислений используют зависимость (3.22). [c.103] На рис. 3.14 приведены расчетные данные, полученные по описанной методике и иллюстрирующие влияние основных условий газификации (температура, давление, соотношение водорода и кислорода в дутье) на равновесный состав получаемого газа. Видно (рис. 3.14, а), что при увеличении температуры уменьшаются концентрации дпоксида углерода, водяного пара и метана при соответствующем возрастании содержания водорода и оксида углерода. В области температур выше 950 °С суммарное количество СО2, Н2О и СН4 не превышает 5% (об.) и равновесная смесь состоит практически лишь из СО и Нг в соотношении, близком к 2 1. Анализируя влияние давления (рис. 3.14,6) на равновесный состав получаемого газа, можно видеть, что в этом случае наблюдаются обратные зависимости увеличение давления приводит к возрастанию доли метана, водяного пара и диоксида углерода за счет снижения количеств водорода и оксида углерода. Изменение состава дутья (рис. 3.14, в) отражается на равновесном составе газа в меньшей степени, чем изменения температуры и давления. Тем не менее увеличение соотношения Н О в дутье способствует некоторому повышению концентраций Н2, Н2О и СН4 и снижению количеств СО и СО2. Во всех случаях равновесные концентрации водяного пара и диоксида углерода близки между собой. [c.103] Приведенные данные по составам газов могут быть получены лишь в условиях термодинамического равновесия. В реальных условиях газификации равновесное состояние, как правило, не достигается, поэтому концентрации СО, Нг и СН4, а также степень разложения водяного пара всегда ниже равновесных. [c.104] Существует несколько типов идеальных генераторных газов. [c.104] Эта реакция эндотермическая (132,8 кДж), поэтому количество тепла, затрачиваемого на ее проведение, должно быть учтено при расчете коэффициента полезного действия газификации. [c.104] Выход газа, мЗ/кг Теплота сгорания газа, кДж/мЗ К,, д. [c.105] Основные характеристики идеальных генераторных газов представлены в табл. 3.18. Видно, что наибольшее количество газа образуется при получении воздушного газа, однако его теплота сгорания невелика вследствие того, что почти /з его объема приходится на азот. В этом случае наблюдается также наименьший к.п.д. газификации. При получении генераторных газов с использованием водяного пара к.п.д. равен 100%, а теплота сгорания получаемого газа существенно выше, чем у воздушного. Следует отметить, что выход газа и его теплота сгорания находятся в обратной зависимости при увеличении одного из этих параметров происходит уменьшение другого. [c.105] Данные, относящиеся к идеальным генераторным газам, как и результаты термодинамических расчетов равновесных составов, можно использовать для ориентировочной оценки результатов газификации при различных условиях. [c.105] Кинетика процесса. Наряду с термодинамикой важное значение имеет кинетика газификации твердых топлив. [c.105] Кинетика и механизм взаимодействия углерода с газифицирующими агентами до сих пор окончательно не установлены. Однозначно доказано лишь то, что в зависимости от условий проведения процесса его скорость может лимитироваться либо диффузией газообразных реагентов из ядра потока к иоверхно-сти частицы и внутрь ее пор, либо химической реакцией окислителей с углеродом на поверхности частиц. В первом случае (диффузионная область) скорость химической реакции значительно превышает скорость диффузии, поэтому на поверхности частицы концентрация газообразного реагента близка к нулю, так как все его молекулы, проникшие через диффузионную пленку к поверхности частицы, сразу же вступают в реакцию с углеродом. Во втором случае (кинетическая область) вследствие пониженной скорости химической реакции по сравнению с диффузией концентрация газообразного реагента на поверхности частицы и в ядре потока практически одинакова. [c.106] В связи с изложенным суммарные реакции взаимодействия углерода с кислородом и водяным паром записывают, как указывалось выше, в виде обобщенных уравнений (3.17) и (3.18). [c.107] Необходимо также упомянуть точку зрения С. Д. Федосеева, согласно которой, вследствие того что газификация происходит в неизотермических условиях, скорость суммарного процесса лимитируется лишь химическими превращениями, т. е. он всегда протекает в кинетической области. [c.107] Основные свойства твердых горючих ископаемых, влияющие на их газификацию. Спекаемость топлива. Некоторые угли (преимущественно каменные) в области температур 400— 450 °С начинают переходить в пластическое состояние благодаря образованию жидких продуктов их термического разложения. При 510—520°С пластическая масса начинает затвердевать, а к 600 С процесс спекания завершается. Спекаемость зависит от содержания в топливе летучих и их состава, характеризуемого показателем (С + )/0 , который отражает соотношение количества углеводородных и кислородсодержащих соединений в летучих продуктах. Чем выше указанный показатель, тем интенсивнее спекается топливо. К неспекающимся топливам относятся торф, бурые угли, антрациты, тощие и длиннопламенные каменные угли. [c.107] Спекаемость углей интенсифицируется при быстром нагревании и повышенном давлении, но замедляется под действием кислорода и диоксида углерода. Спекаемость — нежелательное явление, и для ее устранения при проведении газификации в плотном слое применяют различные перемешивающие устройства, поддерживающие слой в разрыхленном состоянии. Кроме того, в ряде случаев предварительно обрабатывают топливо кислородсодержащими газовыми смесями при таких температурах и концентрациях кислорода, которые недостаточны для воспламенения. [c.107] При газификации твердых горючих ископаемых в псевдоожиженном слое их частицы спекаются значительно слабее. [c.107] Вернуться к основной статье