Кинетика реакций процесса газификации

КИНЕТИКА РЕАКЦИЙ ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ [c.101]

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

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]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

В монографии изложены основы химической термодинамики, вопросы термохимии реакций горения и газификации метана, кинетики реакций в процессе горения и газификации топлив. [c.2]

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]

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]

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 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]

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]

Эти реакции, на которые мы будем ссылаться при рассмотрении термодинамики и кинетики химических реакций горения и газификации, являются реакциями суммарными. В действительности, как это будет показано дальше, механизм реагирования при горении топлив значительно сложнее. Как видно из рис. 1, помимо процессов горения и газификации в газогенераторе протекают также процессы сухой перегонки и сушки твердых топлив. [c.8]

Для процесса горения твердого топлива безусловный интерес представляют реакции горения окиси углерода и водорода. Для твердых топлив, богатых летучими веществами, в ряде прсцессов и технологических схем необходимо знать характеристики горения углеводородных газов. Механизм и кинетика гомогенных реакций горения рассмотрены в гл. VH настоящей книги. Кроме указанных выше вторичных реакций, перечень их следует продолжить гетерогенными реакциями разложения углекислоты и водяного пара, реакцией конверсии окиси углерода водяным паром и семейством реакций метанообразования, которые с заметными скоростями протекают при газификации под высоким давлением. [c.147]

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]

Газификация протекает на поверхности твердого реагента газообразные вещества диффундируют к этой поверхности и от нее. Если скорость диффузии значительно превышает скорость химической реакции, то концентрация газообразного реагента у поверхности твердой фазы мало отличается от концентрации его в газовом потоке, скорость химической реакции ие ограничивается скоростью диффузии и процесс протекает по законам химической кинетики. Если же скорость диффузии отграничивает скорость химической реакции, то концентрация газообразного реагента у поверхности твердого реагента значительно меньше его концентрации в объеме и процесс протекает в соответствии с законами диффузии. Первая область условий называется кинетической, вторая — диффузионной. Область, в которой скорости диффузии и химической реакции близки, называется переходной. [c.252]

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]

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]

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]

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]

Равновесие большинства реакций при газификации твердого топлива, в частности эндотермических реакций образования синтез-газа в условиях работы газогенераторов (900—1100°С, 10 МПа), смещено в сторону конечных продуктов. Поэтому режим газификации диктуется в основном кинетикой диффузионных и химических стадий. При температурах выше 1000°С скорость первичных реакций газификации велика и ориентировочно можно считать, что процесс идет в диффузионной области. При более строгом подходе следует учиты- [c.207]

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]

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]

Теоретические основы многих современных процессов переработки угля — его газификации, гидрирования, реакции конверсии с водяным паром и др. — даны в статье Уокера, Русинко и Остина. В ней освещены термодинамика, кинетика, макрокинетика и общие вопросы механизма реакций углерода с газами — водородом, кислородом, окисью и двуокисью углерода. [c.5]

Теория де Риса имеет существенный недостаток — она игнорирует влияние кинетики химических реакций, которое может быть весьма существенно вблизи от ведущей кромки пламени. В этой области приближение горения к модели диффузионного пламени может быть ие вполне верным. Ряд исследователей пытались обобщить модель де Риса с учетом газификации полимера в предпламенной зоне и его взаимодействия с окислителем. Примером такого исследования может служить работа Ластрина и др. [46, с. 935]. Авторы постулировали, что Vp определяется процессами, происходящими в зоне воспламенения, смежной с поверхностью. В этой области температура поверхности возрастает от Tq до Tg за счет химической реакции в газовой фазе. Другие предположения тепловой поток, параллельный поверхности топлива, ничтожен по сравнению с потоком, перпендикулярным поверхности скорость химической реакции зависит от локальной концентрации реагентов и температуры, [c.26]

Б ряде работописаны реакции газификации на пористых поверхностях углей, коксов и графита, имеются сведения по окислению саж кислородом В настоящей работе приведены экспериментальные данные по кинетике газификации различных видов саж углекислым газом и в том числе саж, получаемых в процессах производства синтез-газа и ацетилена из углеводородного сырья. Приводятся данные о физико-химических свойствах этих саж. [c.182]

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]

Эта реакция является одной из наиболее важных при газификации углерода и протекает как в окислительной, так и в восстановительной зоне. Однако в первом случае СО успевает сгореть непосредственно в кислородной зоне, во втором случае СО сохраняется, являясь основным горючим компонентом образующегося газа. На кинетику этой реакции помимо концентрации реагирующих веществ, давления и температуры процесса влияют состояние реагирующей поверхности углерода (пористость, степень совершенства кристаллической рещетки), присутствие и состав минеральных примесей в углеродной массе, которые могут играть роль катализаторов процесса. [c.124]