Кинетика процессов газификации

Кинетика, т. е. скорость газификации, в огромной степени определяет результат процесса. Процесс газификации твердого топлива гетерогенный — происходит взаимодействие твердого вещества с газом. Поэтому на скорость его оказывают влияние скорость химических реакций (XII, 2) и (XII, 3), скорость диффузии кислорода или водяного пара из потока газа, обтекающего твердую частицу, к его поверхности и величина поверхности контакта взаимодействующих фаз. [c.182]

Реакции газификации обратимы и протекают с увеличением объема или при постоянном объеме, большинство из них являются эндотермическими. В условиях работы газогенераторов (нормальное или относительно невысокое давление, температура 900—1100°С, избыток окислителя) равновесие их смещено в сторону образования конечных продуктов. Поэтому режим газификации определяется, главным образом, кинетикой диффузионной и химической стадий процесса. Так как твердая фаза (топливо) принимает непосредственное участие в реакции и количество ее изменяется во времени, скорость окисления углерода, например, водяным паром (реакция в) выражается уравнением [c.210]

Кинетика процесса. Газификацию можно представить [4,51 в виде суммы следующих реакций сгорание части сырья до Н2О и СО3 (сильно экзотермическая реакция) и одновременное расщепление части углеводородов слабо эндотермическая реакция) далее взаимодействие крекинг-продук-тов с НоО н СО2 с образованием На и СО (сильно эндотермическая реак ция). [c.84]

Кинетика процессов газификации чистого углерода и твердого ископаемого топлива водяным паром и диоксидом углерода была предметом многочисленных экспериментальных исследований [80—84]. Однако результаты. этих исследований для конкретного примера газификации следует использовать с осторожностью. [c.165]

Кинетика процесса газификации жидких топлив исследована еще недостаточно. [c.22]

Процеос метанизации окиси и двуокиси углерода, термодинамика и кинетика реакций которого рассмотрены в гл. 5, — важная технологическая стадия в переработке жидких твердых вадов топлива в ЗПГ. Обычно принято считать, что на подготовительных стадиях процесса производства ЗПГ в ходе различных реакций газификации, которые были рассмотрены в предыдущих главах, одновременно с образованием метана идет образование целого ряда низкокалорийных газов. Так, в результате окислительного пиролиза и паровой конверсии образуются окислы углерода причем теплота сгорания их колеблется от нуля (чистая двуокись углерода) до 3021 ккал/м , или 12 650 кДж/м (окись углерода). При гидролизе в образующейся смеси газов, теплота сгорания которой также близка к 3000 ккал/м , или 12 тыс. кДж/адз, как правило, содержится некоторое количество остаточного водорода. [c.176]

В реальных условиях работы газогенераторов (900—1000°С, 0,1 МПа) равновесие основных реакций полностью смещено в сторону конечных продуктов (синтез-газа). Режим газификации определяется, таким образом, кинетикой диффузионных и химических стадий. Скорость основных реакций газификации при температуре выше 1000°С достаточно велика, и поэтому при газификации в шахтных газогенераторах крупнокускового топлива (более 15 мм) можно принять, что процесс происходит в диффузионной области. В действительности же даже в шахтных газогенераторах и тем более в генераторах кипящего слоя процесс газификации протекает в переходной области. [c.52]

Исследована кинетика газификация порошков синтетического и природного алмаза (преимущественный размер частиц 3-5 мкм или 7-10 мкм) кислородом воздуха, СО2, N3O и парами Н3О в диапазоне температур 500-1000 С и давлении 10-10" Па. Установлены следующие особенности взаимодействия газов с алмазными порошками с кислородом воздуха - уменьшение удельной скорости газификации с течением времени (с увеличением количества газифицированного алмаза), с ССЬ - увеличение удельной скорости газификации со временем. Определены энергии активации процессов газификации. [c.74]

Кинетика процесса. Наряду с термодинамикой важное значение имеет кинетика газификации твердых топлив. [c.105]

В зависимости от превалирующего влияния на суммарную скорость газификации кинетики химических реакций или скорости диффузии, процесс газификации может протекать в кинетической или диффузионной областях (см. гл. VI). [c.447]

Скорость любой химической реакции определяется сложной зависимостью между скоростью собственно химического процесса и таких физических факторов, как перенос массы и теплопередача. При расчетах делается допущение, что термодинамическое рассмотрение применимо как для химического равновесия, так и для кинетики суммарной реакции. Эффекты массопередачи можно рассчитать теоретически для определенных моделей реагирующих систем и сравнить результаты с соответствующими данными, полученными на промышленных и лабораторных установках. Эти данные говорят о влиянии таких параметров процесса, как скорость газового потока и температуры предварительного нагрева газа перед вводом в реактор [7] выявляется возможность видоизменения модели таким образом, чтобы она более точно соответствовала реальной реагирующей системе. Однако в большинстве работ по химической кинетике реакций газификации углеродов роль физических факторов, как правило, учитывается лишь частично или совсем не учитывается. Этот вопрос подробно рассматривается ниже. Следует заметить, что имеются большие расхождения кинетических данных различных авторов, что в значительной степени обусловлено неодинаковыми условиями опыта и трудностями, с которыми связан строгий учет всех сопутствующих физических факторов. [c.213]

Ограничивая изложение способов математической интерпретации результатов газификации в шахтном противоточном генераторе описанными простейшими примерами, следует охарактеризовать современное состояние знаний в области кинетики и равновесных состояний реакций процесса газификации. Предварительно напомним, что протекание каждой реакции зависит от двух основных процессов от физического процесса массообмена между реагентами и от скорости собственно химического превращения. [c.19]

В соответствии с законами химической кинетики скорость реакции быстро растет с повышением температуры. Однако скорость или интенсивность процесса газификации зависит не от одной скорости химической реакции окислителя с углеродом топлива, а находится также в связи со скоростью подвода молекул окислителя к поверхности топлива и скоростью отвода с этой поверхности молекул образовавшегося газа. [c.67]

КИНЕТИКА РЕАКЦИЙ ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ [c.101]

Значительные исследования проведены по изучению отдельных деталей механизма и кинетики взаимодействия СО2 с углеродом. Большинство советских ученых (Франк-Каменецкий, В -лис, Колодцев, Канторович и др.) считают, что реакции восстановления в газогенераторах и топках находятся в диффузионной или переходной областях. При нормальных условиях процесса газификации реакция восстановления СО2 будет первого порядка, т. е. протекает пропорционально первой степени давления или концентрации реагирующего газа. По сравнению с реакцией горения углерода реакция восстановления СО2 протекает более медленно. Этим объясняется распространение процесса вглубь частиц топлива (т. е. имеет место внутреннее реагирование), особенно при более низких температурах и малых размерах кусков. [c.108]

При разработке конкретных технологий газификации требуется решить сложнейшую задачу — согласования динамики и кинетики химических реакций и связанных с ними процессов тепло- и мас-сообмена со свойствами используемого угля, конструкционными материалами, а также со стационарными и динамическими режимами работы газогенератора и энерготехнологической установки. [c.71]

В то же время скорость процесса газификации определяется кроме ука занных факторов также тепло- и массообменными процессами, протекающими на поверхности твердого топлива, температурой и давлением процесса с учетом влияния диффузионных факторов на кинетику процесса. Для кускового топлива влияние давления (Р) на скорость газификации пропорционально УЛ при газификации мелкозернистого и пылевидного топлива оно примерно пропорционально давлению. Исходя из этого данные для промышленного проектирования любого газогенераторного процесса (состав целевого газа, интенсивность процесса газификации, расходные коэффициенты по топливу, кислороду, пару, электроэнергии, тепловые потери в процессе, к. п. д. газификации, энергетический к. п. д.) можно получить только на основе модельных испытаний газифицируемого топлива в газогенераторном устройстве намечаемой конструкции. [c.166]

ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМА И КИНЕТИКИ РЕАКЦИЙ, ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ И ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА [c.159]

Объем камеры сгорания определяется временем, требуемым для полного сгорания продуктов пиролиза и газификации, выделяющихся из слоя горящего мусора (или временем, необходимым для сжигания самой крупной частицы в установке для сжигания отходов во взвешенном слое). Время, необходимое длн полного сгорания газов, выделяемых из горящих на колосниковой решетке отходов, лимитируется как кинетикой процесса, так и полнотой смешения. При температурах выше 760°С скорость окисления газообразных компонентов обычно достаточно большая, однако для горения твердых углеродсодержащих веществ требуются более высокие температуры, чем эти. Для характерных температур газов 870°Сили выше в уста- [c.235]

Исследование адсорбционных взаимодействий поверхности твердой фазы с газообразной и жидкой средами имеет важное научное и прикладное значение для выяснения механизмов и кинетики многих реакций, в том числе и реакций, на которых основаны производственные процессы коксования нефтяных остатков, горение углерода, его газификация, удаление гетероатомов с поверхности углерода, получение наполненных систем и др. [c.56]

Так как в химико-технологическом процессе всегда участвует несколько веществ (два минимум), то уравнение (У.16) соответственно усложняется, поскольку появляется несколько коэффициентов диффузии, плотностей и т. п. Поэтому аналитический расчет коэффициента массопередачи практически невозможен и для его определения в каждом конкретном случае нужна постановка специального эксперимента. Сложная зависимость ( .16) может быть упрощена исключением ряда переменных, если известно, в какой области идет процесс — диффузионной, кинетической или переходной. Лимитирующую стадию можно определить, изучая влияние параметров технологического режима на общую скорость процесса и. Если и возрастает с повышением температуры в соответствии с законом Аррениуса (рис. 46) и температурный коэффициент > 1,5, то, как прав 1ло, лимитирующая стадия — химическая реакция, и процесс идет в кинетической области. Если же и растет с увеличением скоростей потоков реагирующих фаз, то лимитирующая стадия — это массообмен между фазами, и процесс идет во внешнедиффузионной области. На рис. 46 показано влияние температуры и скорости газового потока на кинетику процесса в системе Т—Г для обжига, горения, газификации. Из рис. 46 видно, что в области низких температур скорость процесса резко повышается с ростом температуры, так как определяющей стадией служит химическая реакция. В области высоких температур скорость химических реакций настолько возрастает, что процесс переходит в диффузионную область и общую скорость процесса лимитирует степень турбулизации газового потока (пропорциональная скорости газа гш ). Такой вид кривых зависимости скорости процесса или выхода продукта от температуры и скоростей реагирующих фаз (или от степени их перемешивания) характерен и для других гетерогенных систем. [c.109]

Подобные же результаты были получены X. И. Колодцевым и А. Г. Серебряковой [246], изучавших кинетику слоевой газификации дробленого графита (0 5,4 мм) смесями СОг + Кг (содержащими от 10 до 70% СО2) при 1000—1500° С. Опыты показали, что при всех составах и скоростях газовых потоков, а также температурах выход СО линейно рос с содержанием СО2 в исходной смеси. Несмотря на переходный режим процесса, полученные результаты позволили авторам предположить, что взаимодействие развивается как реакция первого порядка. [c.181]

Большое значение имеют также дальнейшие работы по изучению кинетики и механизма основных реакций процесса горения и газификации, которые проводятся в Институте горючих ископаемых, Энергетическом институте АН СССР, Физико-химическом институте им. Карпова и других организациях. [c.12]

Впервые роль физических факторов (диффузии) в гетерогенных процессах горения и газификации углеродистых материалов была установлена в 1934 г. в СССР [91] и одновременно в США [120], что положило начало разработке основ диффузионной кинетики гетерогенных процессов. Большое значение для развития физико-химических основ теории горения и газификации углерода имели работы [88, 90 [c.12]

В данной главе мы рассмотрим только результаты исследования механизма и кинетики отдельных реакций, имеющих важное значение в процессах горения и газификации твердого топлива. [c.172]

Суммарная константа скорости к в случае медленной реакции газификации, как это видно из формулы (1.3), зависит в основном от кинетической константы скорости реакции к. В этом случае на сокращение длины зоны реакции сильно влияет повышение температуры или применение химически более активных углей. Что касается процесса горения, то суммарная константа скорости в начале зависит и от кинетики и от диффузии, а при малых значениях е на величину к влияет также и внутренняя реакционная поверхность. [c.477]

Условия протекания описанных реакций в промышленных генераторах значительно отличаются от условий процессов при полупромышленных и лабораторных исследованиях, являющихся основным источником данных о состоянии равновесия и кинетике реакций. Чтобы иметь возможность использовать непосредственно для производственных установок результаты лабораторных исследований (в виде формул, таблиц, графиков), следовало бы воспроизвести в лабораторных установках геометрические соотношения размеров аппаратуры и температурные режимы, соответствующие условиям газификации в промышленной аппаратуре. Поэтому перед проверкой в производственном масштабе лабораторных данных их следует рассматривать только как ориентировочные. [c.19]

Рассмотрим влияние факторов технологического режима на кинетику газификации твердого топлива, так как этот процесс служит типичным примером перехода из диффузионной области Б кинетическую (и наоборот) с изменением условий. [c.188]

Механизм и кинетика хлорирования отдельных оксидов, входя- щих в состав хромитовой руды, рассмотрены в работе [16]. На примере хлорирования брикетов, приготовленных из хромитовой руды и углеродсодержащего восстановителя, авторы этой работы подтвердили известные представления о механизме процесса, сводящегося к двум последовательным стадиям собственно реакции хлорирования с участием газообразного оксида углерода и реакции газификации твердого углерода. [c.352]

Изменение атомной структуры углей при взаимодействии с газообразными окислителями в процессах горения, газификации, активации и других технически важных процессах оказывает существенное влияние как на кинетику этих процессов, так и на свойства твердого остатка. [c.46]

Губман [291] и Дапулат [292] проводили исследования процесса газификации под давлением на смеси пара с кислородом. На рис. 55 показаны данные Данулата по изучению состава так называемого сырого газа (не отмытого водой от СО2) и чистого (отмытого от СО2) в зависимости от давления, а также изменение теплотворной способности газа. Из рисунка видно увеличение СО2 и СН и падение Н, и СО с ростом давления. Эти исследования были положены в основу создания нового процесса газификации под давлением на парокислородном дутье, но они носят качественный характер — кинетика реакций в них не изучалась. [c.225]

Дерман [428] в 1947 г. под руководством автора провел исследование процесса газификации в слое частиц электродного угля на царо-ьоз-душном дутье. Опыты показали, что разложение водяного пара начинается уже в кислородной зове, но часть получающегося при этом водорода успевает сгорать, снова образуя Н О. На рис. 118а показано изменение степени разложения пара при выходе из кислородной зоны в зависимости от содержания Н О и скорости дутья. Как видно, степень разложения пара увеличивается с увеличенпем содержания Н2О в дутье, достигая максимальных значений при 20—25% Н. 0, а затем, при последующем увеличении Н2О, быстро падает. С увеличением скорости дутья степень разложения пара в кислородной зоне увеличивается. Эти факты в свете экспериментальных данных по кинетике [c.469]

Для выяснения роли инертного газа в систему вводили с постепенно возрастающей скоростью гелий или азот, при этом скорость потока двуокиси углерода и общее количество углерода оставались постоянными. Как это и следует из теоретических рассуждений, ни гелий, ни азот не влияют на скорость реакции (рис. 118 и 119). То, что скорость реакции зависит от соотношения [СО2ИСО], но не зависит от концентрации инертного газа, наглядно показывает на ошибки, которые можно сделать при анализе кинетики гетерогенных реакций, некритически пользуясь парциальным давлением одного из газов как параметром. Подобный вывод нетрудно сделать, приняв во внимание, что парциальное давление может варьировать при изменении скорости реагирующих газов или инертного газа, а также в результате появления газообразных продуктов реакции. Следовательно, парциальное давление газа нельзя считать независимой переменной кинетических функций, описывающих процесс газификации углерода. [c.228]

Однако дальнейшие исследования показали, что не всегда наблюдаемые особенности кинетики процесса согласуются с этим выводом. Так, если реакция восстановления РегОд до ГвгОз углеродом имеет энергию активации около 40 000 кал, т. е. примерно такую же,как реакция Oa-f Ч- С 2С0, то для восстановления Feg04 и FeO величины кажущейся энергии активации значительно выше (77 ООО и 90 ООО кал, соответственно). Обнаружено автокаталитическое развитие восстановления Feg04 и FeO [7, 8] это также не согласуется с лимитирующей ролью реакции газификации С углекислым газом. Поэтому Гельд и Есин в своей монографии [9] отмечают, что в зависимости от условий оба звена I и II могут участвовать в определении кинетических закономерностей процесса. [c.144]

Большое разнообразие продуктов, получаемых при термической переработке углей, торфов, горючих сланцев в промышленных и лабораторных условиях, создавало зачастую убеждение, что иевозможй о установить некоторые общие закономерности пиролиза, его механизма и кинетики. Однако за последние годы появляется все больше работ, посвященных общим проблемам пиролиза. Современные методы термической переработки и использования твердых топлив (сжигание, газификация, прямое преобразование тепловой энергии топлива в электрическую, коксование, энергохимическое использование топлива и т. п.) включают в себя процессы пиролиза в качестве одной из важнейших стадий. [c.3]

Лабораторные установки подобного рода по организации процесса и результатам исследований наиболее близки к условиям технических аппаратов—топок, печей, котлов, газогенераторов, вагранок и т. п. —для сжигания п газификации топлив в виде слоя, пылеугольной аэровзвеси и т. п., а также к условиям сжигания кокса в доменных печах [33, 210] (рис. 32). Однако и лабораторные, и опытно-промышленные исследования таких комплексных процоссов горения и газификации, являясь очень важными для разработки теории, не могут служить основанием для изучения кинетики и тем более механизма химических реакций — окислония, восстановления и т. п. В них можно только выявить роль и-характер нротекания той илн другой реакции в общем процессе. [c.166]

Современные процессы горения и газификации a тo протекают в области 1600° и выше, для которой имеется очень мало (или совсем нет) данных по механизму или кинетике реакции углерода с кислородом. Для получения данных для области высоких температур в настоящем исследовании была принята методика больших скоростей, использованная Гродзовским и Чухановым [1]. Эта методика была выбрана для того, чтобы умень- [c.257]

В обзоре Фредерсдорфа и Эллиота [2] рассматриваются отдельно вопросы термодинамики, физики (течение жидкости и теплопередача), кинетики и диффузии в реакциях газификации углерода большая же часть работы посвящена технологическим процессам. Следует отметить, что в разделе о кинетике содержится подробная сводка результатов, полученных в огромном числе предыдущих исследований. [c.212]

В представленном обзоре почти отсутствуют ссылки на работы советских ученых, даже когда эти работы занимают ведущее положение. Например, работы школы акад. М. М. Дубинина по адсорбционным характеристикам углерода, работы по исследованию физико-химического мехаппз ма процесса взаимодействия углерода с газами, обобщенные в следующих монографиях Ф р а н к - К а м е н е ц к и й Д. А., Диффузия и теплопередача в химической кинетике, Изд-во АН СССР, 1947 Предводителев А. С., Хитрин Л. Н., Цухано-в а О. А., Колодцев X. И., Г р о д з о в с к и й М. К., Горение углерода, Изд-во АН СССР, 1949 Канторович Б. В., Введение в теорию горения и газификации твердого топлива, Изд-во АН СССР, 1961, а также исследования П. А. Теснера с сотрудниками по получению сажистого углерода и т. д. [c.6]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология