ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кинетика и механизм процесса горения углерода из "Химическая электротермия" Уже в конце прошлого столетия было установлено, что даже при комнатной температуре аморфные модификации углерода поглощают кислород, причем часть его остается прочно связанной с углеродом и может быть удалена с угля только при нагреве и только в виде смеси СО и СОа. [c.39] Согласно этой схеме образование пленки поверхностного окисла препятствует дальнейшей реакции, которая может развиваться лишь по мере разложения указаного поверхностного соединения. [c.39] Связь между кислородом и углеродом в указанных поверхностных соединениях (а они известны не только для кислорода, но и для азота, водорода и серы [7, 76]) является, повидимому, атомной. Структура и прочность таких соединений в значительной мере зависят от положения соответственного краевого атома (что следует из схемы Шилова) и от характера нарушения структуры соответственной плоской сетки углерода. Поэтому состав поверхностных окислов, даже на одном и том же углеродистом материале, различен, как различна и их термическая стойкость. [c.39] Для характеристики топохимических реакций плоских сеток графита можно указать, что, например, при добавлении азотной кислоты к яебольшому количеству графита, взвешенного в концентрированной серной кислоте, графит резко изменяет свой внешний вид, набухает и окрашивается в синий цвет ( синий графит ). Аналогичное явление имеет место при анодной поляризации графитовых электродов в концентрированной серной кислоте. [c.39] Детальное химическое и рентгенографическое исследование показало, что ионы и молекулы серной кислоты внедряются между плоскими сетками, соответственно раздвигая их, но не изменяя их структуры. В зависимости от степени окисления, как это видно из рис. 13, можно получить продукты с различными расстояниями между плоскими сетками графита и различным количеством внедренных в решетку анионов НЗО . [c.40] Аналогичная структура может быть приписана окиси графита [4, 5, 6], где между сетками внедрены ионы кислорода и гидроксила [5] (рис. 14), а также сульфиду графита [43], монофториду графита [44], бромиду [35], щелочным соединениям графита [45] и открытому Конобеевским твердому раствору железа в графите [46]. [c.40] Эта схема предполагает, что две адсорбированные на краевых атомах графита молеку. ы Ог реагируют с тремя ближайшими атомами углерода с образованием одной молекулы СОг и двух молекул СО. При этом скорость реакции определяется скоростью отрыва продуктов поверхностной реакции с поверхности графита, причем скорость эта невелика. [c.41] Для понимания процессов, происходящих при сжигании углерода в реальных условиях первостепенное значение имеют многочисленные и фундаментальные работы советских исследователей — Предводителева, Хитрина, Цу-хановой, Колодцева и Гроздовского [49], показавших главенствующее значение физических факторов, в частности, диффузии. Первичный химический механизм процесса играет, повидимому, второстепенную роль. Сейчас мы еще далеки от его правильного понимания. [c.42] Эти авторы сделали следующие выводы в отношении процесса газообразования в слое углеродистого материала. Суммарный процесс горения протекает в две стадии, локализованные в различных зонах слоя горящего угля, а именно в кислородной и восстановительной зонах. [c.42] Кислородная зона характеризуется, в основном, процессом потребления кислорода, причем продуктами реакции являются одновременно СО и СОа. Как это видно из типичного графика рис. 17, максимальная концентрация СО соответствует содержанию около 2% О2 и далее снижается в соответствии с возрастанием содержания СО при переходе в восстановительную зону, определяемую процессом восстановления СОа согласно реакции С02-ЬС 2С0. Однако процесс восстановления СОа начинается еще в кислородной зоне. Соотношение СО СОа в конце кислородной зоны не превышает единицы, а к концу восстановительной зоны достигает 10 и даже более. [c.42] В соответствии со сказанным изменяется и температура в различных местах слоя горящего угля (рис. 17) она достигает максимума в конце кислородной зоны и далее снижается, вследствие эндотермичности процесса восстановления СОа углеродом. [c.42] Опыты показали, что длина кислородной и восстановительной зон фактически не зависит от скорости дутья, но весьма сильно зависит от размеров частиц угля, возрастая пропорционально увеличению последних. Напротив, увеличение скорости дутья значительно влияет на соотношение СО СО2, увеличивая его, что объясняется повышением температуры в кислородной зоне. [c.42] Влияние сорта углеродистого материала и его химической активности практически сказывается на соотношении длин кислородной и восстановительной зон. Так, если для электродного угля и антрацита для всех зерновых составов соотношение длин кислородной и восстановительной зон равно, примерно, от 1 4 до 1 3, то для древесного угля оно близко к 1 1, а для богатого летучими подмосковного угля восстановление СОа заканчивается практически уже в пределах кислородной зоны. [c.42] Кинетика восстановления СОа углеродом исследовалась помимо Цухано-вой [49] рядом авторов, в частности, Франк-Каменецким [50]. [c.42] Вернуться к основной статье