Равновесие горения углерода

До сих пор мы ограничивались обсуждением только гомогенных равновесий. Аналогичный подход применим также и к гетерогенным равновесиям, однако в этом случае дело несколько упрощается. Если в процессе химического превращения участвуют две или несколько фаз, в выражении для константы равновесия следует учитывать только те из них, в которых происходят изменения концентраций реагентов. Рассмотрим в качестве примера обратимую реакцию горения углерода [c.241]

Тепловые эффекты и константы равновесия основных реакций горения и газификации. Равновесные составы газовой смеси, получающейся при горении и газификации углерода [c.71]

Таблица 84 Константа равновесия для реакций горения углерода

В табл. 4-1 приведены расчетные значения констант равновесия Кр для некоторых реакций горения и диссоциации при разных температурах. При использовании значений Кр из этой таблицы давление следует выражать в физических атмосферах. По приведенным величинам можно определить значения Кр для некоторых других реакций, которые могут быть получены комбинированием реакций из таблицы. Дело Б том, что по закону Гесса тепловой эффект АН какой-либо сложной реакции не зависит от промежуточных стадий. Точно так же изменение энтропии А5 (являющейся, как и энтальпия, функцией состояния) не зависит от промежуточных стадий. Следовательно, по соотношению (4-4) величина Кр для сложной реакции найдется перемножением или делением значений Кр для промежуточных реакций (в зависимости от того, суммируются или вычитаются эти реакции). Ниже приводятся примеры 1 и 2, в которых таким путем найдены значения Кр для реакции горения твердого углерода с образованием СО2 и для восстановительной реакции между СО2 и твердым углеродом. Данные по константам равновесия для многих реакций приводятся в термодинамических справочниках. [c.91]

Основываясь на соображениях, изложенных ранее, легко вычислить для любых температур равновесие каждой из этих реакций и узнать процентное содержа.чие СО и СО , получающихся при горении углерода на воздухе (Шоттки). Результаты расчета приведены в табл. 44. [c.237]

В обеих установках компоненты газа, выходящего из печи низкотемпературного риформинга, находятся, по-видимому, в химическом равновесии, и дальнейшее образование метана может быть достигнуто только введением иового компонента или снижением температуры. В настоящее время для обогащения газа в процессе Газинтан используется каталитическая гидрогенизация, т. е. снижается температура (приблизительно до 350°С) и вводится дополнительный очищенный пар лигроина, реагирующий, с оставшимся водородом и паром. Температурный профиль во втором реакторе, однако, повышается с самого начала, так как при низкой температуре не происходит никакого эндотермического крекинга или риформинга, а избыточный водород обеспечивает немедленное начало экзотермических реакций гидрогенизации. Аналогично процессу КОГ и здесь желательно улучшить характеристики горения получаемого газа путем дополнительной стадии метанизации. Это обеспечивает удаление любого остаточного водорода, и после поглощения основной части двуокиси углерода, находящейся в газе, окончательный продукт становится полностью взаимозаменяемым с природным газом, содержащим главным образом метан. Выходное давление обычно близко -к 35 кгс/см (3,5 МПа). [c.109]

Горение углерода (применение функций Планка-Эйнштейна и таблиц теплосодержания к расчету гетерогенного равновесия) [c.232]

Оценки скоростей догорания в каждый момент времени возможны, однако они сильно зависят от предположений о дисперсности углерода и выбранного уравнения для скорости реакций углерода с газами литературные данные здесь сильно отличаются у разных авторов. Тем не менее можно показать, что за счет снижения температуры при догорании скорость довольно резко падает и установления равновесия при горении смесей с малыми а за миллисекундные промежутки времени не происходит. [c.49]

Равновесный состав газа зависит от температуры. Однако при горячем (воздушном) дутье равновесие в практических условиях не достигается и состав газа в связи с этим определяется также интенсивностью подачи воздуха, скоростью отвода продуктов реакций из зоны горения. По практическим данным, принимаем, что 40% углерода сгорает до СО, а 60% — до Oj. [c.155]

Данные табл. 4-1 и 4-2 показывают, что при не очень высоких температурах (до 2000—2500° К) равновесие в реакциях горения СО, Н2 и твердого углерода сильно смещено в сторону продуктов горения. Реакции горения при таких температурах, характерных для стационарных топочных устройств энергетики, двигателей внутреннего сгорания и т. п., протекают практически в одну сторону, при этом возможно почти полное использование горючего. С обратными реакциями можно не считаться. Не проявляется еще и диссоциация На, О2 и N2. В примерах 3 и 4 даются детальные расчеты равновесия реакций горения Н2 и СО с использованием приводимых в табл. 4-1 значений констант. [c.91]

Реакция 1 протекает в форме горения СО. Оксид углерода окисляется в СО2 при температуре порядка 700° С. Но так как при высоких температурах происходит термическая диссоциация двуокиси углерода, то в результате окисления СО в СО2 устанавливается состояние подвижного равновесия [c.478]

Диффузионное горение частиц протекает сравнительно медленно, в результате чего часть свободного углерода и тяжелых углеводородов не успевает сгорать и в виде сажи покидает факел. Наличие углерода согласно равновесию С + С02=2С0 вызывает образование СО. Количество углерода, тяжелых углеводородов и СО, присутствующих в продуктах сгорания, определяет величину химического недожога. [c.158]

При получении технологического газа для синтеза высших спиртов й моторных топлив в продукты неполного горения углеводородов в кислороде при той же температуре вводят определенное количество диоксида углерода, что приводит к сдвигу равновесия реакции водяного газа в сторону снижения отношения [Нг] [СО] до заданного значения. [c.125]

Нет почти никаких сомнений в том. что при горении обычных горючих, содержащих водород и углерод, окисление окиси углерода осуществляется в основном через посредство равновесия водяного газа [c.201]

Описанная выше аномальная диссоциация может легко объяснить явление догорания и наличие скрытой энергии, так как, хотя время жизни молекул с возбужденными колебаниями само по себе, вероятно, меньше секунды, чередование процессов диссоциации и рекомбинации молекул может продлить процесс горения. Спектр догорания, конечно, совпадает со спектром самого пламени, как того и следует ожидать, если догорание действительно обусловлено рекомбинацией частиц, образующихся при диссоциации. Увеличение интенсивности свечения догорания в замкнутых сосудах при прохождении обратной волны сжатия объясняется тем, что увеличение давления несколько изменяет условия равновесия диссоциации и приводит к увеличению количества окиси углерода, реагирующей с кислородом. Дэвид и его сотрудники объясняли догорание и послесвечение углекислого газа в разрядной трубке (Фаулер и Гейдон [83]) излучением света возбужденными (метастабильными) молекулами углекислого газа. Эгертон и Уббелоде [60] высказали ряд возражений против этой точки зрения. Теперь ясно, что поскольку возбуждение молекул происходит не путем электронного возбуждения, а при возбуждении колебаний, то они не могут излучать ультрафиолетовый свет, соответствующий спектру нормального пламени. Как показано Гарнером, излучение света возбужденными молекулами весьма интенсивно и соответствует инфракрасной области спектра. Как при догорании, так и нри послесвечении рекомбинация, следующая за диссоциацией, приводит к появлению послесвечения в видимой и ультрафиолетовой области, причем спектр этого излучения тождествен со спектром обычного пламени. [c.213]

Процесс неполного горения природного газа протекает с увеличением объема и повышение давления должно, конечно, уменьшить содержание окиси углерода и водорода в равновесной смеси. Состав смеси при равновесии может быть рассчитан для любых значений давления на основании законов термодинамики, и такие расчеты сделаны рядом авторов. Но при практическом осуществлении интересующего нас процесса не достигается равновесия, причем, чем ниже температура, тем дальше находится система от этого состояния. [c.355]

Рассмотренное равновесие сохраняется и в том случае, если продукты неполного горения содержат кроме компонентов реакции водяного газа И другие продукты неполного горения метан или частички твердого углерода. Последние могут представлять собой частички сажи или непрореагировавшего пылевидного топлива (генераторы с кипящим слоем). [c.358]

Измерения показали, что во фронте горения (во внутреннем конусе) бунзеновского пламени колшоненты реакции водяного газа не находятся в равновесии. Здесь идет преимущественное образование окиси углерода и воды, содержание которых значительно превышает равновесное содержание, соответствующее наблюдаемой температуре. Однако непосредственно за фронтом горения устанавливается равновесие реакции водяного газа. Этот результат показывает законность применения упомянутого выше метода термохимического расчета [2] процесса образования ацетилена при неполном горении с учетом равновесия реакции водяного газа. [c.13]

Вычисленная нами константа равновесия показывает, что даже при столь высокой температуре (Ю27°С) в равновесной смеси находится некоторое количество кислорода наряду с подавляющим избытком углекислоты. При очень высоких температурах горение углерода практически идет нацело, или, что то же самое, распада углекислоты по уравнению (СО ) [С] - - (О ) не происходит. Не могло быть и речи о возможности прямого экспериментального исследования подобного равновесия с целью проверки выведенного выше теоретическим путем уравнения для константы равновесия горения углерода в углекислоту. 13прочем, контроль оказался возможным благодаря постановке измерений равновесий горения окиси углерода и распада окиси углерода на уголь и углекислоту. Ко.мбинирование константы равновесия этих двух нижеописанных реакций действительно подтверждает правильность выведенной формулы. [c.234]

Тепловой эффект соединения углерода с кислородом зависит от структуры углерода. В табл. I (см. прнложение) даны теплоты образования СО, Oj, Н О и Hj для графита табл. II—теплоты основных реакций горения и газификации в табл. Ill, IV, V и VI — логарифмы констант равновесия реакций горения углерода, окисления углерода [c.71]

Согласно СгеЬеГю вычисления, основанные на допущении, что горение идет до двуокиси углерода и воды, неверны. Газовая смесь в цилиндре не го.мо-генна, и ее состав не соответствует химическо.му равновесию. Горение происходит в несколько стадий с образованием альдегидов кислот, окиси углерода и других веществ. Горение катализируется некоторыми продуктами реакции, например двуокисью углерода или водяным паром в определенных количествах. Бо.лее эффективное действие получается, если топливо и воздух тщательно с.ме-шиваются в оптимальных количествах вместе с небольшим количеством отработанных газов в качестве катализаторов. [c.1055]

Необходимо обратить внимание на то, что при равновесии скорости прямой и обратной реакций равны между собой. Однако при термодинамическом расчете равновесия (при выводе закона действующих масс) не требуется детально знать механизм реакции, определяющий ее скорость. Достаточно иметь итоговое стехиоме-трическое соотношение для реакции типа (4-3), определяющее только баланс масс участвующих в реакции веществ. В частности, соотношение (4-4) применимо для расчета равновесия реакций (4-1), (4-2) и других аналогичных реакций, хотя механизм этих реакций очень сложен. Реакции горения водорода и окиси углерода протекают через ряд промежуточных стадий по цепному механизму. Как будет видно из дальнейшего, детали этого механизма крайне существенны при вычислении скоростей реакций. Однако эти детали не играют роли при расчете равновесия. [c.90]

В этот период в объеме частицы устанавливается динамическое равновесие между тепловыделением во фронте и стоком тепла. Тепло затрачивается на диссоциацию карбонатов, нагрев массы частицы и СО2, выделяющейся из незатронутого горением коксового ядра, на вторичную реакцию восстановления СО2 углеродом, а также на теплоотвод с поверхности частицы. В результате этого температура частицы остается постоянной до завершения процесса декарбонизации минеральной массы, после чего скорость фронта горения возрастает, и процесс заканчивается при высокой температуре в центре частицы. В случае преобладания тенловыделения над стоком тепла температура частицы продолжает повышаться и в период диссоциации карбонатов. В противоположном случае наступает срыв горения. [c.88]

Высокотемпературная конверсий этана, пропана и н-бутана при неполном горении их в кислороде 2 . В табл. П-494-П-51 пр ведень результаты вычисления адиабатического равновесия неполного горения этана, пропана и и-бутана в кислороде прп температуре предварительного нагрела исход ых реагентов 427 С, давлениях 1—30 ат и различ ых отн11шеш ях О2 2 С11 в исходной смеси, характеризующих ее состав (2С — общее количество грамм-атомов углерода в 1 моль углеводородного газа)., [c.127]

НОМ 3, И Нг К Н2О, превышающем 1,2, окалины на стали (не образуется. Поскольку от сжигания топлива до СО получается мало тепла, а несгоревший водород и вовсе не дает тепла, то невозможно при вышеуказанных соотношениях достичь температуры 1200°, если не принять каких-либо специальных мер для повышения температуры печи. Такими мерами могут быть сжигание топлива в кислороде или дожигание его в регенераторах или рекуператорах, которые служат для подогрева воздуха, расходуемого на горение или дожигание газов в особой камере, из которой тепло передается в нагревательное пространство через тонкую муфельную стенку. Номограмма на рис. 151 применима только для железа и стали. Разные металлы имеют различное химическое сродство с кислородом. Чтобы для других металлов получить номограмму, аналогичную изображенной на рис. 151, надо ее продлить в направлении обеих стрелок. Такое распространение номограммы на другие металлы было выполнено тем же Нейманном (рис. 152). Номограмма дана в логарифмических координатах со следующими делениями 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100 и т. д. Более мелкие деления показаны на вспомогательных шкалах. iMeждy прочим, из рис. 152 видно, что никель в так называемой окислительной атмосфере печи не окисляется. Количество водорода может составлять нё более 1% от количества водяного пара, а окиси углерода — всего 1 % от количества углекислого газа, никель окисляться не будет. Кривая равновесия марганца располагается вблизи противоположного конца номограммы. При температурах, поддерживаемых в печи, марганец будет окисляться даже в том случае, если атмосфера печи будет состоять из чистого водорода, окиси углерода и инертного газа, например азота. Активность марганца при высоких температурах по отношению к кислороду используется для восстановления стали в мартеновских печах. В атмосфере, состоящей из окиси углерода и инертного газа, марганец при температурах печи окисляется благодаря реакции 2С0 = С -f СО2. Хотя окись углерода (СО) при повышенных температурах является весьма устойчивым соединением, указанное выше явление временной и исчезающей диссоциации обусловливает и эту быстг ро протекающую реакцию. Вновь возникающие молекулы углекислого газа диссоциируют таким же способом, и марганец окисляется временно освобождающимся кислородом. На рис. 152 приведены также кривые равновесия других используемых в промышленности металлов. [c.201]

Если в реакции участвует только одно вещество, адсорбционное равновесие которого определяет степень заполнения, то скорость реакции окажется пропорциональной концентрации этого вещества в степени 1—а, где а — число, у которого нет никаких оснований быть целым. Таким образом, реакция оказывается дробного порядка по исходному веществу. Как мы покажем в главе II, примером может слуншть реакция углерода с кислородом — основная реакция весьма важного в технике процесса горения угля. В более сложных случаях, когда степень заполнения поверхности определяется не адсорбционным, а химическим равновесием, величина С представляет собой равновесную концентрацию адсорбирующегося вещества, а реакция имеет дробный порядок и тормозится продуктом, как в уже упоминавшихся примерах каталитического синтеза аммиака и метилового спирта. Так, для процесса синтеза аммиака на железном катализаторе, согласно Темкину и Пыжеву [14], скорость реакции определяется медленной активированной адсорбцией азота, причем адсорбированный азот находится в равновесии с аммиаком и водородом в газовой фазе, откуда [c.21]

На опыте скорость пламени во многих случаях несколько уменьшается с давлением, что описывается отрицательными значениями показателя v, лежащим между О и — V2, что, согласно результату (VIII, 69), отвечает порядку реакции между первым и вторым. Для реакции второго порядка скорость пламени не должна зависеть от давления. Этот результат сохраняет силу и для любой совокупности бимолекулярных реакций, в том числе и обратимых. К сожалению, в горячих пламенах, где существенна диссоциация продуктов горения, зависимость скорости пламени от давления существенно усложняется. Равновесия диссоциации определяются не только бимолекулярными реакциями, вследствие него степень диссоциации сильно зависит от давления. Именно поэтому в горячих пламенах изменение давления может через степень диссоциации влиять на температуру пламени, которая сильно влияет на скорость распространения. Определение формально-кинетических характеристик реакций горения при помощи теории распространения пламени использовали Барский и Зельдович [27] для реакции окиси углерода с кислородом и Розловский [28] для реакции хлора с водородом. Полученные значения энергии активации и порядка реакции сопоставлялись с кинетическими характе- [c.387]

Неполное горение метана в кислороде осуществляется в свободном объеме и протекает через три четко разграниченные стадии [14]. На первой стадии степень превращения метана составляет около 60%, на второй она достигает 90% и наблюдается образование ацетилена. На третьей стадии протекают крекинг ацетьмена и остаточного метана, газификация свободного углерода и продолжается накапливание водорода и оксида углерода. Состав газа при этом соответствует равновесию реакции 1.7, а соотношение реагирующих компонентов (Нг—СОг) (СО+СОг) и (Н2 С0) ниже стехиометрического (см. табл. 1.3). Состав исходного газа корректируется проведением конверсии оксида углерода с последующим удалением диоксида углерода. [c.17]

При ненолном горении углеводородов получаются следующие продукты полного и неполного горения углекислота, водяной пар, окись углерода, водород и сажа. При температуре выше 1000° между газообразными компонентами устанавливается равновесие водяного газа. Присутствие в системе сажи не препятствует установлепиго этого равновесия, так как скорость взаимодействия углеродной поверхности с газообразными компонентами значительно меньше скорости установления равновесия реакции водяного газа. [c.63]

Термодинамический расчет неполного горения с учетом этого равновесия позволяет найти максимально возможных выход углерода (саи и) и зависимость между выходом сажи и температурой нроду тов горе 1Г > (91. Расчет показывает, что выход сажи и температура продуктов реакции (при одном и том же коэффициенте избытка воздуха) связа 1ы линейной зависимостью, причем чем боль пе выход сажи, тем выше температура продуктов горения. При горении без образования сажи температура продуктов горения (СО2, СО, Н О, Нд) минимальна. [c.64]

Автотермическип пиролиз углеводородов [17]. Этот метод предназначен для получения высоко олефиносодержащего газа путем пиролиза в присутствии кислорода. Процесс основан на термохимическом равновесии между эндотермической реакцией расщепления и экзотермической реакцией горения. В процессе пиролиза образуются олефины, водород, вода, окись углерода, углекислый газ и продукты окисления углеводородов (альдегиды и кетоны). [c.207]

При температурах 1500° и выше при получении ацетилена при неполном горении метана компоненты реакции водяного газа находятся в равновесии, несмотря на то, что время пребывания газов в реакционной зоне не превышает 0,005 сек. В самом реакционном пространстве, которое в этом процессе представляет собой по существу фронт горения, равновесия водяного газа нет. Содержа1ше окпси углерода и водяного пара в этих газах превышает их равновесное содержание. Следовательно, равновесие устанавливается в непосредственной близости по выходе продуктов горения из фронта горения [1]. [c.4]

Спектры излучения, наблюдаемые при горении углеводородов как в горелке, так и в цилиндре двигателя, показывают арисутствие характерных полос СН и Сг- Эти полосы не обнаруживаются в области, лежащей за фронтом пламени, что дает право предполагать, что разрушение углеводородов полностью заканчивается во фронте пламени. Это, однако, не означает, что при образовании воды и двуокиси углерода достигается равновесие во фронте пламени. Полосы радикалов ОН были найдены в ультрафиолетовой части спектра как во фрок1-те пламени, так и за ним, а полосы НСО, присутствующие яо фронте пламени, полностью отсутствуют в зоне послесвечения [c.43]

Подробности механизма, при помощи которого поддерживается это равновесие, еще не выяснены до конца, но резкий скачок на кривой зависимости энергии излзчония от давления водорода при достижении критической концентрации водорода, обнарун еннып Гарнером и его сотрудниками (см. стр. 175), указывает на то, что при концентрациях водорода, больших критической, горение поддерживается водородом, тогда как при более низких концентрациях имеет место прямое окисление окиси тлерода. Опыты Бона и его сотрудников [26], исследовавших воспламенение тщательно высушенно окиси углерода с воздухом или кислородом, показывают также, что при достаточно мощном зажигании чистая сухая окись углерода может соединяться с кислородом. Это относится в особенности к высоким давлениям при давлениях выше 5 атм влияние влаги практически несущественно. [c.201]

Нарашимханом и Фостером [10] была применена методика, сходная с использованной в работе [9]. Авторы изучали скорость образования углерода при термическом разложении метана на поверхности сажевых частиц, движущихся в потоке продуктов горения. Примененное реакционное устройство представляло собой трубу из огнеупорного пенобетона диаметром 100 мм и высотой 1500 мм. Снизу в эту трубу из топки вводились продукты полного сгорания городского газа с содержанием избыточного кислорода от О до 8% при температуре 1100— 1500°С. В середине реактора в продукты сгорания с большой скоростью вдувался метан (число Рейнольдса струи метана составляло 250 ООО, а основного потока — 5000), выше по ходу газа отбирались пробы сажи и газа. При помощи электронного микроскопа авторам не удалось обнаружить образования новых сажевых частиц при отборе сажи через 10 сек после ввода метана. В этой ближайшей точке отбора не был обнаружен также и кислород. Авторы считают, что образование сажевых частиц в условиях их опытов происходило за время меньше 10 сек, и полученные ими данные относятся только к росту слоя углерода на образовавшихся ранее сажевых частицах. В ходе опытов измеряли концентрацию сажи, размер частиц (с помощью электронного микроскопа), температуру и состав газа по всей длине реактора. Баланс углерода сходился с дефицитом в 15%, что, по-ви-димому, объясняется образованием слоя углерода на стенках. Кроме того, было отмечено, что при температурах 1100— 1500 °С за время 10" сек в газообразных продуктах наблюдалось установление равновесия реакции водяного газа. [c.76]

Последние взаимодействуют между собой но так называемой реакции водяного газа (СО Ч- Н2О —> СО2 На), которая имеет большое значение во всех процессах неполного горения. Эта реакция при высоких температурах идет настолько быстро, что водород, окись углерода, водяной пар и углекислота в продуктах горения, покидающих реакционное пространство, находятся обычно в равновесии. Этому равновесию не мешает присутствие в продуктах горения не только инертного азота, но и продуктов, не находящихся в равиовесип. К таким продуктам можно отнести метан (в небольшом количестве всегда присутствующий в продуктах неполного горения), ацетилен, этилен и твердьш углерод в виде частичек сажи. [c.4]

Следует указать, что при рассмотрении равновесия продуктов реакции неполного горения, как правило, можно не учитывать диссоциацию этих продуктов с образованием свободных радикалов, Это определяется, с одной стороны, относптельно низкой температурой, при которой протекают эти процессы (не выше 1500—1600 ), с другой стороны, значительным содержанием в продуктах пеполного горения окисн углерода п водорода, которые смеш,ают равновесие диссоцнацнн СОз и НгО в сторону недиссо-ципрованиых молекул. [c.6]

Целевым продуктом процесса является газовая смесь окис1Г углерода, водорода, двуокиси углерода и воды, находящаяся в состоянии равновесия. Так как все перечисленные продукты являются устойчивыми продуктами неполного горения и находятся в равновесии, может создаться впечатление, что знание детального механизма процесса не играет существенной роли. Однако это не так. Хотя процесс протекает при таких условиях, при которых термодинамически образование метана и углерода невозможно, получающаяся газовая смесь всегда содержит эти продукты, наличие которых существенно осложняет технологическое оформление процесса. Поэтому детальное изучение механизма этого процесса имеет большое значение, так как позволит сознательно управлять им. [c.15]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология