ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Выход сажи из "Сырье для производства углеродных печных саж" Диффузионное пламя. При горении углеводородов и ряда других органических соединений в диффузионном пламени образуется сажа, которая вызывает интенсивное свечение пламени но она не всегда выделяется в свободном виде. Так, метан в небольшом диффузионном пламени горит без выделения сажи, хотя и вызывает интенсивное свечение. При горении же ароматических углеводородов сажа выделяется в больших количествах. Образование сажи при горении топлив во многих случаях их практического применения является нежелательным явлением. Поэтому ранние исследования сажеобразующей способности топлив относятся к условиям их полного сжигания. [c.59] Из керосина были выделены ароматические, нафтеновые и парафиновые углеводороды, которые затем были сожжены в шахтерской лампе в чистом виде и в смесях друг с другом. Оказалось, что склонность к дымлению является величиной аддитивной по отношению к составу смесей. Зависимость СД индивидуальных углеводородов от их строения приведена на рис. 17. Как видно из рисунка, при одинаковом числе атомов углерода в молекуле углеводорода склонность к дымлению возрастает в ряду парафины— -олефины— -моноцикличеекие нафтены— -диены и бициклические нафтены— -алкилбензол — -алкилнафталины. Склонность к дымлению алкилнафталинов почти в два раза выше, чем алкилбензолов. С увеличением числа атомов в молекуле углеводорода в гомологическом ряду склонность к дымлению уменьшается, что может быть связано с уменьшением относительной доли в молекуле саженосных групп (бензольного кольца, углеродных атомов с двойными связями и др.). [c.59] Наличие атомов кислорода в молекуле соединения уменьшает его склонность к дымлению. По данным [63], карбонильный кислород в этом отношении более эффективен, чем гидроксильный. Точка дымления алкилмеркаптанов и сульфидов несколько ниже, чем для соответствующих углеводородов [64]. Арилмеркаптаны и арилсульфиды имеют такую же точку дымления, что и соответствующие им углеводороды. Ароматические соединения, содержащие азот, имеют более высокие точки дымления, чем их углеводородные аналоги. [c.60] Лабораторная установка расход сырья 2,5 кг/ч, суммарный удельный расход воздуха 5 м /кг, расход воздуха на распыливанне сырья 0,8 м /кг, температура в конце реактора 1100—1200°С 5 определена по кинетике образования пироуглерода. [c.62] НЫХ фракций, хроматографически выделенными из зеленого масла и коксового дистиллята, показано, что при одинаковом числе ароматических и нафтеновых колец в молекуле зависимость выхода сажи от содержания углерода в циклических структурах имеет максимум, соответствующий его содержанию 75— 85% (см. рис. 20). При одинаковом содержании углерода в парафиновых структурах выход сажи в диффузионном пламени увеличивается с увеличением числа колец в молекуле и степени их ароматизованности. [c.63] Причины нарушения такой зависимости между этими величинами будут рассмотрены позднее (см. стр. 79). Здесь же можно сказать, что коэс ициент ароматизованности в указанных пределах является достаточно объективной характеристикой сажеобразующей способности сырья. [c.64] Удельная геометрическая поверхность саж, полученных в диффузионном пламени, находится в сложной зависимости от свойств сырья. Максимальную дисперсность имели сажи, полученные из толуола, бензола и тетралина с коэффициентом ароматизованности 80—120 (см. табл. 18). Из сырья с меньшим и большим значениями А образуются сажи с меньшей удельной геометрической поверхностью. Это объясняется тем, что на скорость образования сажи, определяющей конечную дисперсность продукта, влияют одновременно два фактора — цикличность сырья и температура процесса. С увеличением коэффициента ароматизованности первый фактор, естественно, повышается, а второй — уменьшается за счет повышения выхода и излучательной способности пламени. [c.64] Пламя предварительно смешанной горючей смеси. Пламя над горелкой Бунзена является типичным примером горения предварительно смешанной горючей смеси [66]. В производстве сажи приходится сталкиваться с разными сочетаниями диффузионного горения и горения предварительно смешанных горючих смесей [67]. Если общее число атомов кислорода в пламени превышает общее число атомов горючего компонента, в равновесных условиях весь углерод должен находиться в виде СО и СО , а твердый углерод должен отсутствовать. Однако свечение углерода наблюдается даже при достаточно большом избытке кислорода в пламени [68]. Так, при горении ненасыщенных углеводородов, таких, как этилен и бензол, образование сажи начинается в нижней части внутреннего конуса пламени при этом образуется светящаяся оболочка, имеющая четко очерченную наружную границу. Высота оболочки может достигать нескольких миллиметров. Если такое пламя заключить в сосуд, то светящаяся оболочка станет значительно толще, распространится довольно далеко в пламя и затем постепенно исчезнет. Это объясняется тем, что при горении некоторых видов углеводородов реакции пиролиза с образованием сажи идут значительно быстрее реакций окисления молекулярным кислородом. [c.64] Критический расход воздуха, соответствуюш,ий моменту появления сажи в пламени парафиновых углеводородов, растет с увеличением их молекулярного веса. При увеличении числа боковых цепей у ароматических углеводородов также повышается критический расход воздуха (бензол — 0,70, кумол — 0,78). Предполагается, что из боковых цепей ароматических углеводородов при термическом разложении образуются активные радикалы, ведущие к полимеризации. Моноцикличеекие нафтеновые углеводороды ведут себя подобно парафиновым и олефиновым углеводородам. Бициклические нафтеновые углеводороды, благодаря наличию конденсированных атомов углерода в их молекуле, ведут себя аналогично моноциклическим ароматическим углеводородам 171]. [c.65] За исключением этих особенностей, зависимость выхода саж в пламени предварительно смешанных горючих смесей от структуры углеводородов примерно такая же, как и в диффузионном пламени. Производные бензола имеют меньшую склонность к дымлению в бунзеновском пламени, чем производные нафталина, а декалин и керосин имеют значительно меньшую СД, чем бензол (рис. 22). Как и в диффузионном пламени, выход сажи в бунзеновском пламени при прочих равных условиях увеличивается с ростом числа колец в молекуле углеводорода и степени их ароматизованности. [c.65] Как предполагают авторы, сажа образуется при отложении углерода из низкомолекулярных углеводородов, и процессу сажеобразования препятствует их окисление гидроксилом, концентрация которого пропорциональна величине pщQ Сажеобразующая способность бунзеновского пламени сильно повышается при введении в него паров бензола. Как видно из уравнения, этот эффект в 50 раз больше, чем при добавлении ацетилена. [c.66] Введение в пламя галогенов, карбонила железа, ферроцена, тэтраэтилсвинца, перекиси диэтила или метилэтилкетона не оказывает заметного влияния на выход сажи в бунзеновском пламени. Двуокись серы и сероводород снижают выход сажи, однако, чтобы этот эффект был заметным, необходимо введение их в больших количествах [69, 72]. [c.66] На основании этих результатов сделан вывод, что главным материалом для образования сажи в микродиффузионном пламени является углеродный скелет ароматических и частично нафтеновых колец. Углеродные атомы парафиновых цепей и частично нафтеновые кольца являются нежелательными составляющими молекулы углеводородного сырья для производства сажи. В условиях неполного горения они отщепляются от ароматических колец в виде низкомолекулярных радикалов и газифицируются, тем самым снижая температуру процесса. Иными словами, при наличии в сырье парафиновых и нафтеновых углеводородов снижается не только выход сажи, но также и ее дисперсность из-за снижения температуры процесса. [c.68] Выход сажи из азотсодержащих гетероциклических соединений (пиридина и хинолина) меньше, чем из их углеводородных аналогов — бензола и нафталина (см. табл. 18, стр.62). Этот факт можно объяснить тем, что связь между атомами азота и углерода в кольце слабее, чем углерод-углеродные связи. В случае хинотина второе. кольцо остается нетронутым выход сажи практически равен выходу сажи из моноциклических ароматических углеводородов (бензола). Выход сажи из кислородсодержащих соединений существенно ниже, чем из их углеводородных аналогов. В микродиффузионном турбулентном пламени эта закономерность более резко выражена, чем в стационарном открытом диффузионном пламени. Выход сажи из сернистых соединений ниже, чем из соответствующих им углеводородов, хотя часть серы сырья и переходит в сажу в химически связанном виде. [c.68] При микродиффузионном неполном сжигании, когда сырье распыливается воздухом и в турбулентном потоке смешивается с вторичным воздухом или продуктами полного горения какого-либо топлива, коэффициент выхода сажи Ь линейно возрастает с увеличением относительного содержания углерода в циклических структурах средней углеводородной молекулы сырья при изменении общего числа колец и числа ароматических колец Б пределах 1,5—3,0 (рис. 26). Поскольку С примерно на 10% выше абсолютного содержания углерода в циклической части молекул сырья, можно сделать вывод, что в образовании сажи наряду с углеродным скелетом ароматических и нафтеновых колец участвует также небольшая часть атомов углерода, находящихся в боковых цепях циклических молекул. [c.70] При микродиффузионном горении из-за очень малого времени пребывания в предсажевой зоне углеводороды, по-видимому, не успевают сколько-нибудь существенно измениться до начала образования зародышей сажевых частиц. Поэтому рост частиц сажи происходит в результате топохимических реакций непосредственно из исходных углеводородов и здесь более заметно влияние их структуры на выход и свойства сажи. [c.71] Вернуться к основной статье