Химические реакции, протекающие при газификации

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]

Из 9.1 следует, что скорость реакции (в) тормозится десорбцией водорода с поверхности угля, значит процесс газификации протекает в переходной области (глава VI) и может быть интенсифицирован факторами, ускоряющими как химическую реакцию (повышение температуры и давления), так и диффузию (увеличение скорости дутья и использование реакторов, конструкция которых обеспечивает максимальное развитие поверхности контакта фаз и их перемешивание). [c.211]

Влияние давления на направление обратимых реакций определяется принципом Ле Шателье. При обычных условиях ведения процесса (давление 1 ат, температура около 1000°) равновесие главных реакции газификации (кроме реакций с образованием метана) настолько сдвинуто в сторону получения конечных продуктов, что образование генераторных газов определяется исключительно скоростью процессов. В зависимости от преобладающего влияния на суммарную скорость газификации химических реакций или скорости переноса реагирующих газов к поверхности углерода и продуктов реакции от поверхности углерода посредством молекулярной или турбулентной диффузии процесс газификации может протекать в кинетической или диффузионной областях. При нормальной температуре в зоне газификации, т. е. при температуре выше 1000°, скорость химических реакций велика и процесс идет в диффузионной области. В этом случае скорость газификации зависит от поверхности кусков или зерен топлива, диффузии активного газового компонента (кислорода, водяного пара) к углероду и от интенсивности перемешивания фаз (угля и газа). [c.190]

Следует заметить, что вне зависимости от агрегатного состояния исходных веществ сам процесс химических соединений осуществляется, как правило, в газовой фазе. Дело в том,что при непрерывном щюцессе горения тепло по тому или иному йе-ханизму передается от горячих продуктов сгорания к свежему веществу. При этом происходит плавление, разложение, испарение и газификация веществ, которые должны войти в реакцию. Сами же химические реакции протекают при весьма высоких температурах, когда вещество уже газифицировано. [c.9]

При низкой температуре скорость химической реакции достаточно медленна и СО2 постоянно обновляется диффузией в поры кокса. Вся поверхность, включая тонкие поры, находится в контакте с газовой фазой примерно постоянного состава. Говорят, что реакция протекает в кинетической области, потому что скорость газификации зависит исключительно от скорости химической реакции. [c.194]

Всякий процесс горения и газификации связан с глубоким превращением вещества, изменением его свойств и в основе своей является поэтому химическим процессом. Однако химические превращения протекают не обособленно от реальной физической обстановки и сопровождаются рядом физических явлений диффузией исходных веществ и продуктов реакций, передачей тепла, движением газов и др. Таким образом, процессы горения и газификации являются сложными физико-химическими процессами в которых сочетаются взаимосвязанные химические реакции и различные физические процессы. Очень часто горение или газификация в целом определяются не скоростью химических реакций, а скоростью протекания чисто физических процессов. Например, при высоких температурах скорость горения углерода определяется скоростью подвода кислорода к поверхности углерода и скоростью отвода газообразных продуктов реакции. [c.5]

Если скорость химической реакции велика, то процесс реагирования будет определяться более медленной чисто физической стадией. Эта область реагирования, где определяющую роль играют диффузионные явления, называется диффузионной областью. Например, процесс горения газообразного топлива, вводимого в камеру горения без предварительного смешения с окислителем, протекает в диффузионной области. Опыты показывают, что горючие смеси с достаточно большой теплотой сгорания развивают в зоне реакции высокие температуры и сгорают практически мгновенно, поэтому скорость процесса горения будет определяться только скоростью смесеобразования. При достаточно высоких температурах скорости реакций горения и газификации углерода настолько высоки, что процесс обычно определяется скоростью подвода газообразных реагентов к реагирующей поверхности, т. в. он протекает в диффузионной области. [c.69]

Как известно, с повышением температуры резко возрастает скорость химической реакции. В связи с этим возможна значительная интенсификация процессов горения и газификации, если они протекают в кинетической или промежуточной областях. Одновременно с этим улучшается состав газа при газификации и к. и. д. процесса горения и газификации. При повышении температур становится возможной работа с жидким шлакоудалением, стабилизируется процесс воспламенения. [c.206]

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]

При рассмотрении результатов, полученных при экстрагировании углей растворителями, вакуумной перегонке, низко- и высокотемпературных перегонках, газификации и сожжении, а также результатов, полученных при окислении, гидрогенизации, галогенизации и гидролизе углей различных типов, выведено заключение, что азот в угле присутствует в гетероцикле молекулы большого молекулярного веса. Подобные связи весьма устойчивы к расщеплению. По мере повышения степени обуглероживания относительное количество азота неосновного характера увеличивается. При сильном термическом или химическом воздействии на топливо реакции протекают с образованием гетероциклических соединений более низкого молекулярного веса основной и ароматический характер этих гетероциклических соединений увеличивается с увеличением жесткости обработки. [c.141]

В зоне газификации при этом протекают следующие химические реакции [c.39]

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]

Газификация — процесс, включающий несколько последовательно и параллельно протекающих химических реакций. Ранее считалось, что восстановительные реакции протекают значительно медленнее, чем окислительные, и что длительность газификации онределяется, главным образом, скоростью восстановительных реакций. Эти представления в настоящее время оставлены. В частности, установлено, что восстановление [c.252]

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]

Воспламенение ТРТ представляет собой сложное явление, включающее совокупность физико-химических процессов (рис. 38). Вначале по одному или нескольким упомянутым механизмам к топливу необходимо подвести энергию. После некоторого периода прогрева часть твердой фазы начинает разлагаться, причем процессы разложения протекают в основном вблизи поверхности ТРТ. Иногда на поверхности топлива появляется расплавленный слой. Вследствие целого ряда процессов, таких, как теплопроводность, поглощение излучения топливной массой, химические реакции под поверхностью и пиролиз на поверхности, происходит газификация этого слоя или прямая сублима- [c.83]

При газификации топлива в кипящем слое протекают те же химические реакции, что и при газификации в неподвижном слое, но со значительно большей интенсивностью. Интенсивность реакций определяется скоростью диффузии газифицирующей среды к углероду топлива, так как скорости реакций взаимодействия компонентов газифицирующей среды с углеродом топлива превосходят скорости диффузии. Частицы топлива при этом находятся во взвешенном состоянии и, будучи окруженными газифицирующей средой, движутся с определенной относительной скоростью. Когда сила лобового дав- [c.127]

В газовой фазе канала газификации протекают гомогенные химические реакции, скорость которых в основном определяется температурой и концентрацией соответствующих компонентов. [c.41]

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]

Для процессов, сопровождаемых обратимой химической реакцией между твердыми и газообразными реагентами, равновесные концентрации и равновесный выход продукта определяются при помощи константы равновесия, рассчитанной по концентрациям или парциальным давлением газообразных реагентов и газообразных продуктов реакции. При расчете константу равновесия выражают только через равновесные концентрации компонентов газовой фазы, поскольку парциальные давления насыщенных паров твердых веществ малы и почти не изменяются. Если реакция идет без изменения числа молей газа, равновесие зависит только от температуры. Примером могут служить обе стадии производства водорода железопаровым способом — восстановление водорода из водяного пара железом и регенерация железа восстановлением его из оксидов водородом и оксидом углерода (водяным газом газификации твердого топлива). При получении водорода протекают реакции [c.172]

Газификация угля осуществляется при высоких температурах и представляет собой многостадийный гетерогенный физико-химический процесс. Органическая масса угля, в первую очередь углерод, входящий в ее состав, взаимодействует с газообразными окислителями. При этом протекают следующие первичные реакции углерода с кислородом и водяным паром [63] [c.89]

К высокотемпературным относятся такие важнейшие процессы химической технологии, как пиролиз, газификация и гидрирование различных видов топлива, сушка, обжиг, кальцинация, диссоциация, спекание и плавление различных минералов, выплавка металлов, испарение, возгонка, разложение и сжигание неорганических и органических веществ, а также ряд других процессов электротермии, металлургии и силикатной промышленности. Большая часть газовых гетерогенно-каталитических реакций также протекает при высоких температурах. [c.81]

Существенным фактором, интенсифицирующим процессы горени [ и газификации твердых топлив, в ряде случаев можно считать также скорость потока реагирующих газов. В слоевых процессах скорость горония насколько высока и потребление кислорода в гетерогенных реакциях происходит так быстро и так активно, что длина кислородной зоны измеряется 2—3 диаметрами частиц, причем с повышением расхода дутья интенсивность гореиия углерода пропорционально возрастает (см. рис. 31). Практически скорость реагирования твердого топлпва в слое лимитируется только скоростью дутья и, следовательно, устойчивостью слоя кусков. Горение кокса в доменной печи, как известно, протекает при высоких темиературах (1600—2000°), и поэтому скорость процесса в основном оиределяется скоростью молярной диффузии, которая в свою очередь определяется скоростью дутья. Огромные скорости реакции твердых топлив, помимо благоприятных температурных условий, обеспечиваются высокими относительными скоростями между газом и частицами топлива. Высокие скорости обтекания газом кусков топлива, наряду с непрерывным подводом кнслорода к реакционной поверхиости, способствуют и отводу продуктов сгорания, в том числе и таких, как окись углерода, оказывающая тормозящее действие на горение углерода, и тем самым интенсифицируют слоевой процесс. Пределом скорости реакции в слое является переход в кинетический режим, когда суммарная скорость реакции будет определяться пе скоростью подвода окислителя, а скоростью химической реакцрш. Однако этого предела в кислородной зоне обычно достигнуть не удается, и практически суммарная скорость реакции в слое определяется, как раньше указывалось, такой скоростью подвода реагирующего газа, при которой сохраняется устойчивость залегания кусков топлива в слое. В зависимости от фракционного состава топлива критическая скорость газового потока, при которой теряется устойчивость частиц в слое, характеризуемая данными, приведенными [c.560]

Из описания других катализаторов газификации жидких топлив следует, что в состав большей части их входят щелочно--земельные металлы. Каталитическое действие щелочноземельных металлов объясняют тем, что в их присутствии и при высоких тем- пературах процесса газификации возникает интенсивная электронная эмиссия образующиеся частицы сажи приобретают одинаковые электрические заряды, в результате замедляется их укрупнение (агломерация). В момент образования частицы сажи имеют размеры молекул и проявляют исключительную активность по отношению к водяному пару и тенденцию к укрупнению. Агломерация частиц протекает с мгновенной скоростью, опережающей скорость их реакции с водяным паром. Когда из частиц сажи, имеющих молекулярные размеры, образуются частицы (агрегаты) размером в несколько микронов, их активность по отношению к водяному пару резко снижается, и они выходят из процесса газификации, не прореагировав полностью с водяным паром. Таким образом, каталитическое действие щелочноземельных металлов сводится к замедлению агломерации частиц сажи и поддержанию их в химически активном состоянии по отношению к водяному пару. [c.73]

В выполненной А. Ф. Беляевым экспериментальной работе по исследованию горения летучих взрывчатых веществ впервые было установлено, что вещество вначале нагревается до температуры кипения, затем испаряется основная химическая реакция протекает в узкой зоне над поверхностью вещества [3]. Механизм горения взрывчатых веществ А. Ф. Беляева в дальнейшем математически описал Я- Б. Зельдович, использовав теорию распространения пламени в газах. Поскольку основной компонент пороха (нитроклетчатка) нелетуч. Я- Б. Зельдовичем при распространении теории горения на горение баллиститного пороха была выдвинута гипотеза о газификации пороха. Под газификацией понималось эндотермическое превращение пороха в газообразные продукты, pea-, гирующие затем между собой с выделением тепла. [c.269]

При самовоспламенении одиночной капли горючего задержка воспламенения прежде всего включает два характерных времени время, в течение которого происходит нагрев капли, испарение горючего, образование горючей смеси в результате диффузии и смешения иаров горючего с окружающим воздухом н нагрев горючей смеси до достаточно высокой температуры, при которой начинается быстрая химическая реакция, и время, в течение которого происходит развитие химической реакции и ее ускорение, принимаюихее взрывной характер, т.е. образуется пламя. При самовоспла-меиепии жидкой капли горючего, внесенной в высокотемпературную воздушную среду, необходимо также учитывать время распыления жидкости. Таким образом, можно выделить две группы достаточно характерных процессов. На начальной стадии воспламене-иия протекают физические процессы, такие как распыление, теплоперенос, газификация, диффузия и смешение, на последующей стадии протекают химические процессы. [c.79]

Горение или газификация куска угля всегда сопровождаются проникновением газа 1шутрь тела куска через его поры посредством диф-фу.зии Поэтому химические реакции при горении или газпфикации всегда протекают не только на внешней поверхности, но и внутри. Б главе VI были подробно рассмотрены законы внутреннего реаги])Г)-иания. [c.252]

В предыдущих работах в этом направлении [139 и др.] авторы ограничивались рассмотрением выгорания одной частицы, что совершенно недостаточно при переходе к процессу горения потока угольной пыли. Кроме того, эти авторы исходили из неправильного предположения о том, что горение мелких пылинок аналогично горению угольного шарика крупных размеров, когда гетерогенная реакция протекает в основном на его внешней поверхности. Б работах по горению пыли [302, 493], а также более поздней работе Орнинга [343] принималось, что скорость горения определяется одной диффузией, и на поверхности частицы концентрация кислорода равна нулю. Эти исследования не ушли вперед по сравнению с работой Нуссельта [302] (сделавшего первый шаг в том же направлении), несмотря на то, что к этому времени были известны исследования Хоттеля и сотрудников [190] и Блинова [191] в которых впервые произведен учет скорости химической реакции в процессе горения угольной частицы. В работе [139] учитывается скорость химической реакции, но время горения определяется при неизменной концентрации кислорода в окружающей среде (т. е. при неограниченном количестве кислорода). Кроме того, пренебрегается реагированием внутри объема частицы. Горение и газификация всегда сопровождаются проникновением газа внутрь пор частицы. Поэтому реакция протекает не только на внешней поверхности, но и внутри объема. При достаточно малом размере частицы весь ее объем участвует в реакции. [c.474]

Для газификации под атмосферным давлением температурный интервал от 800 до 900° является переходной областью. При более низкой температуре реакция протекает по законам химической кинетики, прн болеее высоких — по законам диффузии. Газификацию проводят большей частью при температуре выше 1000° (что необходимо в связи с влиянием температуры на состояние равновесия), т. е. в области температур, когда скорость газификации ограничивается скоростью диффузии. [c.253]

Суммарная кинетика горения полимера весьма сложна и включает такие разные типы реакций, как газофазные, поверхностные и подповерхностные реакции в конденсированной фазе. Химический механизм газофазных реакций при горении полимера подобен механизму реакций в диффузионных пламенах углеводородов, поэтому горение полимера можно интерпретировать как реакцию на твердой поверхности, приводящую к формированию углеводородного пламени. Реакции в конденсированной фазе включают поверхностные и подповерхностные реакции. Подповерхностные реакции представлены реакциями разложения твердой фазы, которые протекают по той причине, что разложение начинается раньше газификации. Для поверхностных реакций возможны две ситуации когда поверхность жидкая и когда она твердая и обугленная. В работе [26] проведено исследование поверхностного пиролиза ПБККГ, ПБКГГ, ПБАН, полиуретана и других связующих и обнаружено, что в широком диапазоне изменения тепловых потоков и давлений на их поверхности образуется кипящий расплавленный слой и происходит обугливание материала. [c.68]

Горение и газификацию следует рассматривать как единый и неразрывный процесс. Общая основа этих процессов — химическое соединение кислорода с углеродом, сопровождающееся одними и теми же вторичными реакциями. В настоящее время можно с уверенностью констатировать, что ни один огневой газификационный процесс не протекает без глубокого развития сопутствующего ему процесса горения так же, как ни один процесс горения не протекает без глубокого развития сопутствующих ему газифп-кационных процессов. [c.5]

Реакция СО2 + С 2С0—38 790 ккал1кг-молъ эндотермическая и относится к числу наиболее важных реакций газификации твердых топлив. В обычных газогенераторах, когда в результате сложного комплекса физико-химических явлений в кислородной зоне образуются почти полные продукты горения, основная роль в процессе по.иучвния горючего газа лежит на зоне восстановительных реакций. Реакция разложения углекислоты протекает и в кислородной зоне при горении углерода, но в большинстве случаев окись углерода успевает сгореть в газовой атмосфере, содержащей кислород. Большой интерес, естественно, представляют исследования по разложению углекислоты углеродом топлива применительно к условиям зоны восстановительных реакций, которая характеризуется отсутствием кислорода в реагирующей газовой среде. [c.164]

Кроме физико-химических процессов в массе твердого топлива при газификации протекают также вторичные реакции в газообразной и жидкой фазах. Ход этих реакций сущсственнно влияет на образование продуктов разложения и зависит от температуры и времени реагирования. При быстром высокоскоростном нагреве газо-паровой смеси вредные реакции конденсации и полимеризации не успевают протекать и в продуктах перегонки образуется большое количество ароматических и непредельных соединений, в том число газообразных углеводородов. Ранее предполагалось, что смола получается главным образом за счет физического процесса перегонки битумов, обнаруживаемых в топливе органическими растворителями. Работами ЭНИН АН СССР показано, что битумы и другие составные вещества извлекаются из топлива не вследствие их растворения, как предполагалось ранее, а в результате физико-химического изменения топливных молекул и их разрушений. [c.97]

Реакция С02 + С 2С0 — 38790 ктл1кгмоль является эндотермической и относится к числу наиболее важных реакций газификации твердых топлив. В обычных газогенераторах, когда в результате сложного комплекса физико-химических явлений в кислородной зоне образуются почти полные продукты горения, основная роль в процессе получения горючего газа лежит на зоне восстановительных реакций. Как было видно, реакция разложения углекислоты протекает и в кислородной зоне при горении углерода, но в большинстве случаев возникающая окись углерода успевает сгореть в газовой атмосфере, содержащей кислород. Естественно, большой интерес представляют исследования по разложению углекислоты углеродом топлива применительно к условиям зоны восстановительных реакций, которая характеризуется отсутствием кислорода в реагирующей газовой среде. С практической точки зрения на первом этапе было достаточно знать скорость восстановления углекислоты различными сортами топлива, чтобы судить о степени их пригодности для доменного и генераторного процессов. [c.147]