Карбиды железа гидрирование

Водород, используемый для гидрирования, также вызывает коррозию сталей. При диффузии водорода в сталь происходят изменения ее структуры, связанные с взаимодействием водорода с карбидом железа, в результате чего образуется метан и происходит обезуглероживание и разупрочнение стали . [c.153]

Результаты изучения других реакций для рассматривающихся здесь образцов (см. главы 6 и 8, реакции окисления железа и гидрирования карбида железа) показывают, что количество ядер к моменту максимума скорости реакции обычно не зависит от температуры и состава газовой смеси, а определяется условиями приготовления и составом образцов железа. Можно полагать, что и для реакции карбидирования железа окисью углерода, для которой такие оценки по кинетическим данным невозможны, количество ядер и, соответственно, их средний размер в момент максимума скорости реакции не зависят от температуры реакции и состава газовой смеси. Тогда по относительным изменениям максимальных скоростей реакции можно определить энергию активации и порядок реакции карбидирования. [c.142]

Пользуясь кинетическим методом, распределение карбидного углерода в образце после карбидирования характеризовали по кинетике реакции гидрирования карбида железа [c.149]

Кинетические кривые гидрирования карбида железа для образцов 4 и 5 приведены на рис. 33. График демонстрирует типичные кинетические кривые топохимической реакции. [c.149]

В плане поставленной задачи — характеристики распределения карбида железа в гидрируемых образцах — представляет Интерес тот факт, что кинетические кривые гидрирования для [c.149]

Рис. 33. Кинетические кривые гидрирования карбида железа при 220 (а) и 240 °С (б) (числа на кривых — номера образцов).

Кривые рис. 33 расходятся, начиная со степеней превращения 6,6 4-8,9%, считая на все железо, т. е. в среднем толщина слоя чистого карбида железа соответствует глубине гидрирования около 8%. Очевидно, что этот результат относится к образцу 4, содержащему меньшее количество карбида железа. Общее содержание карбида в образце 4 составляет 23,4%. Следовательно, доля окиси углерода, реагирующей по механизму 1, приводящему к образованию чистого карбида железа, составит 8 23,4 ж 0,3. Ориентировочный характер сделанной оценки наряду с непосредственными неточностями эксперимента определяется следующими факторами. [c.151]

Ясно, что часть карбида в слое чистого карбида на более ранней стадии реакции карбидирования (при меньших степенях превращения) образовалась за счет диффузии карбидного углерода. В связи с этим сделанная оценка является завышенной. Кроме того следует учитывать, что при гидрировании карбида железа в реакцию может вовлекаться несколько слоев карбида (по глубине) за счет диффузии водорода в глубь зерна. Пфд влиянием этого относительно менее вероятного фактора мы получим заниженный результат. [c.151]

Тогда при гидрировании образовавшегося карбида железа сначала должен выделяться нерадиоактивный метан, а затем радиоактивный, причем удельная радиоактивность метана должна постепенно возрастать до максимального значения в конце гидрирования. Этой ситуации отвечает кривая 1 рис. 34, на котором представлены теоретические зависимости радиоактивности метана от глубины гидрирования для разных механизмов карбидирования. [c.152]

При протекании реакции карбидирования по механизму 2 образование карбида железа будет происходить в поверхностном монослое с последующей диффузией в глубь зерна. В этом случае радиоактивный карбид железа при последовательном карбидировании железа неактивной, а затем радиоактивной окисью углерода будет находиться главным образом в поверхностных слоях образца. В соответствии с этим наибольшая удельная радиоактивность метана, образующегося при гидрировании карбида железа, должна наблюдаться в начале гидрирования (кривая 2 рис. 34). [c.152]

В промежуточном случае карбидирование протекает по обоим механизмам одновременно и реализуется рассмотренная выше (при обсуждении итогов анализа механизма карбидирования кинетическим методом) ситуация содержание радиоактивного карбида максимально на некотором расстоянии от поверхности зерна вблизи конца слоя чистого карбида железа. В соответствии с этим кривая зависимости радиоактивности метана от степени гидрирования образцов карбидированного железа должна проходить через максимум (кривая 3 рис. 34). [c.152]

ГИДРИРОВАНИЕ КАРБИДА ЖЕЛЕЗА] [c.171]

Анализ механизма топохимической реакции кинетическим методом удобно провести на примере реакции гидрирования карбида железа [c.171]

Кинетические закономерности реакции гидрирования карбида железа были изучены в работах [1, 2]. [c.171]

Предполагалось, что при последующем карбидировании структура образцов практически не изменяется, так что приведенные в табл. 8.1 значения удельной поверхности железа могут быть использованы для определения удельных скоростей реакции гидрирования карбида железа. Впрочем, это имеет значение лишь при сопоставлении реакционной способности различных образцов. [c.172]

Как было показано в главе 7, образцы карбидированного железа содержат приповерхностный слой 100%-го карбида железа. Толщина этого слоя при прочих равных условиях определяется, очевидно, соотношением между количеством образовавшегося карбида и удельной поверхностью железа в образце. Иными словами, определяющим параметром здесь является степень превращения железа, отнесенная к единице поверхности. С учетом этого реакцию карбидирования прекращали после того, как достигалась степень превращения железа, соответствующая 5% на 1 м . При таком содержании карбида в образцах удельная скорость реакции гидрирования карбида железа не зависит от его концентрации в образце, и, следовательно, реакция гидрирования карбида в начальный период, включая максимум скорости, развивается в слое чистого карбида. Данные о продолжительности карбидирования tк и содержании карбида в образцах приведены ниже [c.173]

В соответствии с изложенным, исследования кинетики реакции гидрирования карбида железа проводили в проточной установке высокого давления. Соотношение скорости потока газа и [c.173]

При пуске водорода в реактор в течение 1 -Н 5 мин (в зависимости от линейной скорости газового потока) происходило вытеснение из установки газа (азота), находившегося в реакторе. Кинетика вытеснения газа из реактора, как показали специальные опыты, не зависела от природы газа и соответствовала, следовательно, чисто физическому процессу. Данные о кинетике вытеснения газа учитывали при расчете скорости реакции в начале гидрирования карбида железа. [c.175]

Для этой цели была изучена кинетика гидрирования карбида железа для образцов 1 и 1а, а также 4 и 4а, имеющих одинаковый состав и различающихся содержанием карбида железа. Для образцов 1 и 1а кинетику изучали при 300°С, для образцов 4 и 4а — при 280 °С. В обеих опытных сериях давление водорода составляло 10 Па. [c.176]

Ниже приведены полученные в указанных опытах значения удельных скоростей реакции гидрирования карбида железа [c.176]

Приведенные данные показывают, что содержание карбида железа в приповерхностных слоях образцов 1 и 1а, 4 и 4а одинаково и близко к 100%. Это заключение основано на совпадении значений удельных скоростей реакции гидрирования при разных содержаниях (суммарных) карбида железа в образцах, поскольку, в принципе, скорость реакции гидрирования карбида железа зависит от концентрации карбида железа в образце (см. рис. 33). [c.176]

Таким образом, имеющееся количество карбида железа в образцах (не менее 5 вес.%/м2) обеспечивает его 100%-ную концентрацию в приповерхностном слое образцов, толщина которого достаточна для исследования кинетики реакции гидрирования карбида железа. [c.176]

В отдельных опубликованных работах имеются данные о кинетике гидрирования карбидов железа или близких к ним систем (например, твердые растворы Fe—С). Наряду с каталитическим направлением такие исследования были связаны, например, с проблемой водородной хрупкости углеродистых сталей [6—8]. В указанных работах было найдено, что продуктом реакции является только метан. В то же время установлено, что реакцию гидрирования не лимитируют процессы адсорбции водорода и диффузии в твердом теле [7]. [c.176]

Дискуссионными являются формы участия водорода в реакции гидрирования. Согласно работе [8], гидрирование происходит при участии хемосорбированного водорода в работах [6, 7], напротив, предполагается, что гидрирующим агентом является водород, растворенный в решетке твердого тела. Специальных исследований макрокинетики реакции гидрирования карбида железа не проводили. [c.177]

Процесс гидрирования карбида железа водородом может включать следующие макрокинетические стадии. [c.177]

Собственно реакция гидрирования карбида железа на поверхности раздела твердых фаз. [c.177]

После образования метана в результате гидрирования карбида железа на поверхности раздела твердых фаз должны быть реализованы соответствующие стадии (диффузии, десорбции) в обратном направлении. Не будем рассматривать их более детально, так как кинетически они эквивалентны описанным стадиям диффузии водорода, а влияние их на суммарную реакцию отсутствует, поскольку наблюдаемая скорость реакции не зависит от концентрации метана. [c.177]

Рассмотрим влияние стадий 1—5 на наблюдаемую кинетику реакции гидрирования карбида железа. Согласно положениям главы 4, в качестве критерия влияния внешнедиффузионного торможения может быть использована зависимость наблюдаемой скорости реакции от линейной скорости потока газа. [c.177]

На рис. 43 представлены типичные кинетические кривые реакции гидрирования карбида железа (образец 1) для опытов, проведенных при различных линейных скоростях газового потока (со). Как видно из рисунка, линейная скорость потока газа весьма существенно сказывается на наблюдаемой кинетике реакции. [c.177]

В табл. 8.2 приведены параметры максимума скорости реакции гидрирования карбида железа (образец 1) в зависимости от линейной скорости газового потока при различных температурах и давлениях водорода. [c.177]

Рис. 43. Влияние линейной скорости ю газового потока на кинетику гидрирования карбида железа при давлении 1 10 Па а — образец 1, 300 °С б — образец 2, 260 °С (числа на кривых — ш в см/с).

Т аблица 8.2. Параметры максимума кинетических кривых гидрирования карбида железа при разных линейных скоростях потока газа (образец 1) [c.178]

В связи со сказанным были построены зависимости максимальной скорости реакции от линейной скорости газового потока. Некоторые из типичных кривых представлены на рис. 44. Как видно из рисунка, зависимость максимальных скоростей реакции гидрирования карбида железа от линейной скорости газового потока выражается кривыми с асимптотами в области высоких линейных скоростей потока газа максимальная скорость реакции перестает зависеть от линейной скорости газового потока. Это соответствует переходу реакции в кинетическую область. [c.179]

Минимальные значения линейной скорости газового потока, обеспечивающие протекание реакции гидрирования карбида железа в кинетической области, существенно зависят от условий эксперимента (температуры, давления водорода). Это естественно, поскольку при изменении условий эксперимента изменяется [c.179]

Таблица 8.3. Минимальные значения линейных скоростей газового потока (Юг) обеспечивающих отсутствие влияния внешнедиффузионного торможения на кинетику реакции гидрирования карбида железа

Более надежная оценка влияния внутридиффузионного торможения может быть дана при сопоставлении максимальных скоростей реакции гидрирования карбида железа со скоростью стационарной каталитической реакции синтеза спиртов на [c.181]

Рассмотрение данных [9] показывает, что скорость каталитической реакции синтеза спиртов, протекающей в кинетической области, превышает максимальную скорость реакции гидрирования карбида железа. В то же время продукт топохимической реакции — метан — диффундирует в порах существенно быстрее, чем обладающие большим молекулярным весом продукты каталитического синтеза. На основании этих данных можно заключить, что влияние внутридиффузионного торможения на наблюдаемую кинетику реакции гидрирования карбида железа пренебрежимо мало. [c.182]

Рассмотрим теперь возможную роль стадий адсорбции, растворения и диффузии растворенного водорода в наблюдаемой кинетике реакции гидрирования карбида железа. Для этой цели можно использовать литературные данные о скоростях соответствующих процессов. [c.182]

В многочисленных работах, посвященных исследованию диффузии водорода в железе, было установлено, что скорости процессов адсорбции и растворения водорода в железе существенно превышают скорость его диффузии в решетке железа (см., например, [10]). В свою очередь скорость диффузии водорода в железе [7, 11] на 2—3 порядка больше максимальной скорости реакции гидрирования карбида железа. Более того, в работе [7] было экспериментально показано, что стационарная концентрация водорода в твердом теле устанавливается. задолго до заметного протекания химической реакции, ведущей к образованию метана. [c.182]

Таким образом, можно принять, что концентрации хемосорбированного и растворенного в железе водорода близки к равновесным. Дальнейшее рассмотрение влияния адсорбции и растворения Нг на наблюдаемую кинетику реакции гидрирования карбида железа мы проведем в разделе, посвященном обсуждению механизма реакции. Здесь нам было важно убедиться, что перечисленные выше стадии не лимитируют суммарный процесс [c.182]

Источником водорода, необходимого для гидрирования протопродукта, являются по мнению некоторых авторов закисные соединения железа, распространенные в природе, и вода. Реакция с водой под давлением переводит закисные соединения в окис-ные с одновременным образованием водорода. По другим представлениям водород образуется в глубинах от взаимодействия воды с карбидами железа. [c.194]

Плавленые Ре-катализаторы, восстановленные при 1000° С, непосредственно после восстановления не активны и приобретают активность только после пропускания над ними синтез-газа в течение 7—50 час. [91—93]. Формирование активной каталитической поверхности с изменением структуры и фазового состава катализатора происходит в результате химического взаимодействия соединений железа с исходными реагентами и продуктами реакции [61, 95—98]. Ни металлическое железо, ни его карбиды или окислы в отдельности не катализируют процесс синтеза органических соединений из СО и На [91, 98]. В начальный период синтеза на поверхности катализатора протекает ряд конкурируюш их реакций карбидирование железа, гидрирование карбидов, окисление железа водой, восстановление окислов и другие реакции, в результате чего устанавливается динамическое равновесие поверхностных фаз [96, 99—103]. Катализаторы, восстановленные при 375— 500° С, а также карбидированные [104—106] или азотированные [106—112], не нуждаются в длительном активировании. Формирование их активной поверхности, по-видимому, сводится к быст- [c.13]

Дело в том, что для теоретического анализа наибольший интерес представляют данные, полученные на начальном этапе реакции (л 0,5), когда влияние процессов переноса вещества через слой твердого продукта относительно мало, так что из кинетических данных может быть получена информация о реакционной способности вещества. В то же время именно при малых степенях превращения различия между строгими и приближенными решениями (если последние корректны) становятся малыми. Мы это видели на примере уравнения Аврами и вновь встретимся с аналогичными результатами во второй части книги при обсуждении конкретного экспериментального материала по реакциям окисления железа и гидрирования карбида железа. Для указанных реакций расхождения между кинетическими параметрами, полученными с учетом и без учета перекрывания ядер в процессе роста, не превышают 30%. Такие отклонения не заслуживают внимания при оценке предэкспоненциального множителя. При оценке энергии активации отклонения, естественно будут на порядок меньше, так как мы имеем дело с совокупностью значений, содержащих мало изменяющуюся относительную ошибку. [c.52]

В главе 6 при оценке влияния внутридиффузионного торможения на кинетику окисления железа мы использовали соответствующие данные для каталитической дегидратации этилового спирта на а-окиси алюминия. Скорость последней реакции составляла 10 моль/(см -с) при существенно более неблагоприятных условиях диффузии (см. разд. 6.5). Такая оценка оказалась достаточной для случая окисления железа. Однако для реакции гидрирования карбида железа она уже не дает одно-значцых результатов, поскольку максимальные скорости реакции гидрирования превышают 10 моль/(см2-с), т е. существенно больше скорости реакции дегидратации. [c.181]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология