Кинетика и механизм процесса горения углерода

Основой процесса горения твердого топлива является горение коксового остатка, т. е. горение углерода. Это объясняется тем, что, во-первых, углерод коксового остатка является основной составляющей органической массы. любого твердого топлива во-вторых, этап сгорания кокса-углерода является наиболее длительной стадией процесса и, в-третьих, горение кокса-углерода является основным источником тепловыделения. Следовательно, горение твердого топлива в значительной мере определяется механизмом и кинетикой горения углерода. [c.139]

Книга посвящена процессам образования различны.х форм твердого углерода (сажа, пироуглерод) при термическом разложении и горении углеводородов. В ней собраны и обобщены количественные данные по кинетике, рассмотрен механизм образования сажи и пиро-углерода. [c.2]

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]

Небольшое количество галоидов и четыреххлористого углерода действует на процесс горепия окиси углерода как ингибиторы, т. е. замедляют процесс горения. Рассмотрим механизм и кинетику горения окиси углерода в присутствии водяных паров или водорода. Как показали исследования, в этих условиях горение окиси углерода протекает по типу цепных реакций с разветвленными цепями. Кинетику горения окиси углерода удалось определить по изучению экспериментальных данных по распространению пламени в смесях окиси углерода с кислородом или воздухом. Для смесей с избытком СО и при содержании водяных паров не более 3% скорость реакции оказалась пропорциональной концентрации СО в зоне реакции и начальной концентрации водяных паров в смеси [c.106]

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]

Монография посвящена процессам образования различных форм твердого углерода (сажа, пироуглерод) при термическом разложении и горении углеводородов. В книге собраны и обобщены имеющиеся в литературе и полученные автором количественные данные по кинетике рассматриваемых процессов. На основании этих данных приведены общие представления о механизме процессов образования пироуглерода и сажи. [c.279]

В конце XIX в. развитие промышленности (в особенности металлургической) вызывало глубокое изучение процессов горения в направлении исследования механизма горения углерода и разработки методов управления процессом горения. Вследствие широкого применения газообразного топлива в промышленных печах и двигателях внутреннего сгорания стало необходимым обратить самое серьезное внимание на вопросы кинетики горения. [c.6]

Небольшие количества галоидов и четыреххлористого углерода действуют на процесс горения окиси углерода как ингибиторы (отрицательные катализаторы), т. е. замедляя процесс горения. Рассмотрим механизм и кинетику горения окиси углерода в присутствии водяных паров или водорода. Как показали исследования, в этих условиях горение окиси углерода протекает по типу цепных реакций. Кинетику горения окиси углерода удалось определить, изучив экспериментальные данные по распространению [c.79]

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]

В этой главе дан критический обзор данных по константам скорости реакций, наиболее важных для описания кинетики высокотемпературного горения водорода, окиси углерода и углеводородов с числом атомов С не более четырех. Представлены рекомендуемые механизмы и константы скорости реакций в интервале температур 1200—2500 К таким образом, не рассматриваются холодные пламена, низкотемпературное воспламенение и реакции органических перекисей и перекисных радикалов. Однако в тех случаях, когда имеются трудности с интерпретацией значений констант скорости при высоких температурах, низкотемпературные данные также представлены. Поскольку в настоящее время наши знания по кинетике реакций неполны, предложенный набор реакций не охватывает эксперименты в смесях с большим избытком топлива [404]. В большинстве случаев приводятся только те реакции, скорости которых могут быть важны для моделирования процессов горения. Таким образом, мы исключаем из рассмотрения много второстепенных реакций с участием частиц, присутствующих в таких низких концентрациях, что эти реакции не могут играть важной роли в процессе горения. Эта методология исключения каких-либо стадий ни в коей мере не является исчерпывающей. При анализе литературных данных мы отдавали предпочтение недавним прямым измерениям констант скорости элементарных реакций. Результаты, полученные при математическом моделировании сложных реагирующих систем, рассматриваются только тогда, когда указано, что чувствительность к выбранной элементарной реакции достаточно высока, или когда отсутствуют прямые измерения. Теоретические расчеты не рассматриваются. [c.209]

Окисление метана с целью получения из него окиси углерода и водорода изучалось в гомогенных и гетерогенных системах в лабораторных условиях, на пилотных установках и на заводах. Несмотря на то, что в результате такого исследования были достаточно детально разработаны технологические схемы процесса, тем не менее до настоящего времени сравнительно мало известно о кинетике и механизме реакций метана с кислородом, водяным паром и двуокисью углерода. Предполагается, что как при гомогенных, так и при гетерогенных реакциях равных объемов м тана и кислорода при температуре от 700 до 1500° С вначале возникает пламя [22, 19], в котором вступают во взаимодействие часть метана и весь кислород. В результате этих процессов образуется двуокись углерода и водяной пар. Дальнейшее окисление мотана происходит, очевидно, за счет двуокиси углерода, в то время как пар образуется при начальном горении. Обсуждение природы реакций горения но входит в задачу данной главы. [c.311]

Кинетика гомогенных реакций представляет самостоятельный интерес, так как рассматривает реакции, важные для металлургии, например горение метана, окиси углерода и других газов. Кроме этого, кинетика гомогенных реакций позволяет глубже изучить их механизм, т. е. найти промежуточные состояния и пути, по которым реализуются химические превращения. В этой связи следует подчеркнуть, что химическая реакция обычно состоит из нескольких более простых стадий или процессов, связанных, например, с переходом атомов или молекул в возбужденное состояние, с образованием неустойчивых промежуточных соединений. Такие промежуточные превращения называются элементарными актами. Сочетание нескольких элементарных актов и определяет скорость химической реакции, которая может быть найдена опытным путем, например, химическим анализом образовавшихся продуктов или по уменьшению концентрации исходных веществ, [c.165]

Радикально-цепной механизм горения проявляется еще и в резко выраженной зависимости скорости процесса от присутствия в реакционной зоне некоторых веществ, способствующих образованию активных центров или, наоборот, их уничтожению (обрыву цепей). Так, скорость горения оксида углерода в сухом воздухе очень мала, но она резко увеличивается при добавлении к реакционной смеси небольшого количества водяного пара или водорода. Появляющиеся при этом активные центры Н и ОН коренным образом меняют кинетику процесса. [c.158]

Современное состояние знаний по химии горения может быть проиллюстрировано указанием вопросов, которые еще не могут ыть отражены в книге, подобной данному изданию. Во-первых, достаточно надежно может быть описано горение только топлив, молекулы которых имеют в своем составе не более двух атомов углерода модели горения пропана и бутана находятся в стадии интенсивной разработки, а механизм горения октана может быть представлен только в гипотетической форме. Во-вторых, при горении смесей углеводородов с кислородом, содержание которого менее стехиометрического, образуется сажа, механизм образования которой понят еще явно недостаточно, вследствие чего нет реалистичных моделей таких процессов. Аналогично протекание физических и химических процессов на поверхностях горящих твердых тел (например, угля) известно только в самых общих чертах. В отношении механизма образования экологически вредных продуктов горения остается много неясного. Установлен лишь механизм образования окислов азота при высоких температурах горения, но очень плохо понят механизм образования N0 из азотсодержащих молекул топлива или в результате реакции углеродсодержащих радикалов с молекулой азота. Непонятно также, как происходит обратный процесс превращения первоначально образовавшихся окислов азота Б молекулярный азот в пределах основной зоны пламени. Пока остается очень низким уровень понимания химии сернистых соединений в пламенах. С учетом вычислительных возможностей современных ЭВМ приходится идти на сильные упрощения газодинамических или кинетических аспектов. При детальном моделировании кинетики реакций горения приходится описывать газодинамику потока в рамках различных приближений, которые обычно сводятся к предположению одномерного стационарного адиабатического течения, которое на практике может быть [c.9]

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 Советском Союзе изучением механизма и кинетики горения газов успешно занимается институт химической физики АН СССР под руководством акад. Н. Н. Семенова, которым разработана теория цепных реакций работами сотрудника этого института чл.-корр. АН СССР Я. Б. Зельдовича создана теория горения и детонации газов и, наконец, широко известны работы чл.-корр. АН СССР А. С. Предводителева и его сотрудников по горению углерода, а также работы проф. Г. Ф. Кнорре по изучению топочных процессов. [c.6]

Представления о промежуточных углеродо-кислородных соединениях, связанных с процессом химической адсорбции, были развиты Шиловым, Ридом и Уиллером, Сивоненом, Чухановым и описываются в разделе механизма и кинетики реакции горения углерода. [c.57]

Решающим обстоятельством в этот момент развития радикальной химии оказалось открытие явления разветвленных цепей. В конце 20-х годов Н. Н. Семеновым в Ленинграде и почти одновременно Ч. Хин-шелвудом в Оксфорде было показано, что кинетика ряда процессов окисления и горения в газовой фазе осуществляется по совершенно новому типу цепных механизмов — через разветвленные реакционные цепи. Довольно быстро после установления этого фундаментального факта было показано, что основным и, как позже оказалось, практически единственным типом частиц — носителей и передатчиков цепей в газовых системах, как и в случае неразветвленных цепей Нернста—Бо-денштейна, являются частицы, повышенная химическая энергия которых обусловлена наличием одной или нескольких насыщенных валентностей, т. е. опять-таки свободные радикалы. Так, оказалось, что горение водорода и окиси углерода осуществляется через посредство атомов Н и О, радикалов ОН и, как выяснилось несколько позже, НО2. Окисление углеводородов идет через образование алкильных радикалов К, перекисных кЬг и др. [c.13]

Димеризация протекает по радикальному механизму, что доказывается как наличием периода индукции, так и торможением реакции окисью азота. Далее следует конденсация полигена в многоядерные ароматические углеводороды. При достаточно высокой температуре параллельно с прогрессивной поликонденсацией протекают процессы термической деструкции, дающие широкую гамму разнообразных продуктов преимущественно ароматического характера. При еще более высоких температурах высокомолекулярные углеводороды переходят в зародыши углерода и дальнейший распад происходит уже гетерогенным образом на поверхности этих зародышей, как топохимическая реакция. Для процессов воспламенения определяющей является стадия димери-зации, кинетика которой хорошо изучена. Связь между этой кинетикой и условием самовоспламенения мы рассмотрим в следующей главе. Для распространения пламени определяющими являются процессы, происходящие в зоне пламени близ максимальной температуры горения. Здесь существенную, но пока еще мало выясненную роль могут играть гетерогенные топохимические процессы на поверхности углеродных зародышей. [c.280]

С 30-х годов XX в. исследования горения окиси углерода проводились в основном в двух аспектах. Одни исследователи (Пасса-уэр, Ян, Хитрин, Файок, Соколик) изучали влияние малых добавок активных веществ — НгО и Нг и различной степени подогрева горючего газа и окислителя (воздуха) на скорость нормального распространения пламени (с использованием горелки Бунзена, бомб постоянного объема или давления). Другие (Семенов и Кондратьев с сотр., Хиншелвуд, Льюис и Эльбе, Гейдон) с использованием методов спектроскопии и т. п. изучали главные закономерное /и низкотемпературного воспламенения смесей окиси углерода с кислородом, зависимости пределов воспламенения от состава смесей, давления и температуры ими исследовались также кинетические характеристики элементарных химических реакций с участием активных частиц — атомов и радикалов, которые, как было установлено, способствуют значительному ускорению реакций в пламенах. Было также в основном установлено наличие взаимосвязи между макрокинетическими закономерностями и механизмом и кинетикой процесса с участием элементарных реакций. [c.89]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология