Кинетика реакции газификации углерод

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]

Взаимодействие углерода с кислородом, водяным паром и двуокисью углерода рассмотрено в ряде работ, например в [97, 98], применительно к горению и газификации твердых ископаемых топлив в различных условиях. Анализ кинетики реакций взаимодействия углерода с НгО, СОг, О2 и их смесями дан в серии работ С. Д. Федосеева [99]. [c.76]

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]

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]

Помимо вышеупомянутых крупных обзорных статей, есть и другие работы, посвященные кинетике этих важных реакций углерода с газами, где в то же время содержится обширный библиографический материал. Среди них можно отметить статью [3] о реакции двуокиси углерода и паров воды с коксом, а также работу [4]. Имеется и обзор термодинамических исследований реакций газификации углерода при 298—3000° К [5]. [c.212]

Учитывая наличие обстоятельных обзорных статей, нет необходимости в изложении старых данных. Поэтому настоящее сообщение включает только краткий очерк классических методов исследования реакций газификации углерода и вытекающих выводов. Основное внимание было уделено последним достижениям в области изучения кинетики реакций углерода с газами. Особенно подробно обсуждается механизм взаимодействия кислородсодержащих газов с поверхностью углерода и влияние строения твердой фазы на ход реакции. Обращение к ранним работам будет производиться только тогда, когда они имеют непосредственное отношение к основным вопросам, обсуждаемым в статье. В заключение в общих чертах изложены последние работы авторов [3, 6], где демонстрируется применимость современного метода теоретического расчета к кинетике реакции паров воды и двуокиси углерода с коксом. [c.212]

Кинетика газификации твердого топлива. Скорость гетерогенных реакций газификации зависит от скорости (кинетики) химических реакций между углеродом топлива и газифицирующим реагентом и от скорости переноса реагирующих газов к поверхности углерода и продуктов реакции от поверхности углерода посредством молекулярной или турбулентной диффузии. [c.447]

Кинетика газификации углерода. На рис. У-4 представлена аррениусовская зависимость для реакции горения монослоя кокса, протекающей по первому порядку. [c.219]

Для изучения кинетики элементарных химических реакций в чистом виде, не осложненном влиянием массообмена и теплопередачи, было проведено много экспериментальных исследований при различных давлениях, скоростях потока, типах углей и методах нагревания. Многочисленные литературные данные по кинетике газификации углерода при низких давлениях находятся в согласии с работами Ленгмюра [11] и Мейера [12, 13]. Типичным примером подобных исследований являются работы [14—16]. Изучая реакцию паров воды, двуокиси углерода, кис- [c.214]

ИЗ уравнений кинетики реакции кокса с двуокисью углерода и парами воды, В соответствии с изложенной здесь теорией результаты должны были бы быть идентичными. Эти различия в величинах з[С(] легко объяснить при допущении, что газовая фаза (особенно водород) оказывает такое же сильное влияние на концентрацию активных центров, как и термообработка кокса. Однако, в то время как по литературным данным следы водорода чрезвычайно сильно снижают скорость газификации углей, описанные в настоящей работе реакции кокса с двуокисью углерода вообще не идут при полном отсутствии водорода использованные в опытах образцы всегда содержали его р некоторых количествах. Кроме того, если параллельно про- [c.260]

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]

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]

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]

Как указывалось в предыдущем параграфе, опыты при низких температурах проводились для более надежного определения кинетических характеристик, так как при низких температурах скорости реакций еще малы и диффузия вещества не сильно искажает кинетику. Поэтому в этом разделе будут рассмотрены только те результаты, на которые, по нашим представлениям, не должно было бы сказаться воздействие диффузии вещества. Сначала мы остановимся на теоретических разработках различных схем механизма реакций газификации и горения углерода. [c.156]

Дополнительную информацию о роли реакции газификации дают исследования кинетики прямого восстановления углеродом различного происхождения. Как правило, интенсивность прямого восстановления оказывается тем большей, чем выше активность углерода при его взаимодействии с СОг [1], [177], [204], [232]. [c.637]

Гребенщикова Г. В. Исследование кинетики реакции конверсии окиси углерода водяным паром в присутствии золы Лисичанского угля Бюллетень Подземная газификация углей , 1957, № 2. [c.315]

Механизм и кинетика гомогенных реакций горения с достаточной полнотой рассмотрены выше. Кроме указанных вторичных реакций, перечень их должен быть продолжен гетерогенными реакциями разложения углекислоты и водяного пара, реакцией конверсии окиси углерода водяным паром и семейством реакций метанообразования, которые с заметными скоростями протекают при газификации нод высоким давлением. [c.164]

Для практических расчетов и проектирования соответствующего оборудования определение равновесного состава является недостаточным. Размеры аппаратов, скорости течения реагентов, время их пребывания в зоне реакции должны определяться с учетом кинетики происходящих реакций. Если в первом приближении уголь рассматривать как углерод, то газификация [c.180]

Так же как и в реакции с двуокисью углерода, при постоянной скорости потока паров воды и количестве кокса в систему вводили гелий с последовательно возрастающими скоростями. Результаты измерений представлены на рис. 129, из которого следует, что простое разбавление газа, приводящее к повышению объемной скорости, не влияет на скорость реакции. Этот факт, так же как и независимость скорости реакции от размеров частиц, наглядно свидетельствует о том, что скорость диффузии в пограничном слое газа значительно выше скорости газификации. Данные рис. 129 указывают на нулевой порядок реакции по воде, что, согласно уравнению (1У-31), не случайно. Как и для реакции с двуокисью углерода, при исследовании кинетики гетерогенных реакций с водяным паром парциальное давление паров воды и объемную скорость нельзя использовать в качестве независимых переменных. [c.242]

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]

Следует отметить уникальность полученной кривой, которая не имеет аналогий в гетерогенной кинетике. Удивляет тот факт, что скорость этой реакции примерно одинакова при 1150 и 1900 К и затем не зависит от температуры вплоть до 2200 К, когда скорость газификации при использовавшемся давлении кислорода становится сравнимой со скоростью испарения углерода. [c.130]

Влияние перемешивания газа на степень превращения или на время контактирования, требующееся для достижения заданной степени превращения, изучалось математически Джиллилендом и Мейсоном и Данквертсом Результаты опытов но газификации угля двуокисью углерода в лабораторном реакторе удалось удовлетворительно истолковать, предполагая, что обратное перемешивание не происходит Наблюдалось влияние обратного перемешивания на кинетику окисления окиси азота На рис. УП1-21 приведены кривые времени контактирования, требующегося для достижения данной степени превращения как нри отсутствии перемешивания, так и нри полном перемешивании в реакторе с псевдоожиженным слоем (цифры О, 1 и 2 обозначают порядок реакции — время пребывания без перемешивания — то же с перемешиванием / — степень конверсии без перемешивания). На рис. УИ1-22 сравниваются степени превращения в реакторах разного диаметра. Очевидно, что отрицательный эффект перемешивания в газовой фазе может быть весьма значительным. [c.282]

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]

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]

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 Эиергетпческом институте АН СССР Равичем, Соловьевой и Коршуновым [158] были применены катализаторы в виде добавки углекислого, хлористого и едкого натрия (в количестве 2 /о). Нри газификации такого активированного топлива наблюдалось увеличение теплотворной способности газа от 1140 до 1460 ккал/нм , видимо, главным образом за счет ускорения реакции восстановления углекислоты. Природа этого катализа не выявлена. Но-видимому, если речь идет о влиянии на скорость восстановления углекислоты, то катализатор ускоряет разрушение поверхностных химических соединений, которые образуются лри реагировании углекислоты с углеродом. Подтверждение этого находим в опытах Уинн-Джонса, проводившего исследование кинетики реакции восстановления углекислоты с чистым углеродом и с добавками (Na. Og, Kg Og, и др.) [159] (см. гл. VII). [c.143]

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]

Для специалистов в области газификации углей представляют особый интерес работы по изучению кинетики этой реакции на угольных контактах. Первые работы в этом направлении были проведены на активированных углях с различными добавками солей К, Na, Са, Mg (работы ГИАП а, Гриневича, Ройтера с сотрудниками). По вопросу о кинетике реакций конверсии окиси углерода на естественных угольных контактах в литературе отсутствуют подробные данные, имеющийся экспериментальный материал носит противоречивый характер (Ройен и Эрхард, Инглес, Лонг и Сикес). [c.105]

По мнению автора, сущность высокоскоростной газификации заключается в выносе первичной окиси углерода из зоны горения, где она находится вместе с кислородом. Вынос этот достигается вследствие резкого различия кинетики двух реакций 1) почти мгновенно протекающей готерогенной реакции горения углерода и 2) более медленной реакции гомогенного окисления СО. [c.236]

В. П. Шевцов, Г. С. Шафир, Г. В. Клириков и В. С. Альтшулер [249], исследовавшие кинетику газификации, углерода смесями СО2 и Н2О при (800—1100°С и давлениях, равных 1 и 20 ат), пришли к аналогичным выводам. Они подтвердили, что s. Н20 > fes. oi. а скорость газификации смесью СО2 и Н2О меньше суммы скоростей отдельных реакций. Однако, в проти- [c.203]

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]