Механизм образования сажи

Механизм образования сажи (дисперсного углерода) при горении реактивного топлива и в общем случае при химических превращениях углеродсодержащих веществ изучен еще недостаточно. Исследователи основную роль отводят полимеризации или цепным разветвленным реакциям. В последнем случае физико-химическая модель процесса включает разветвленные цепные реакции образования радикалов-зародышей, превращение их в зародыши твердой фазы (минимальные частицы, имеющие физическую поверхность) и дальнейший рост зародышей за счет гетерогенного разложения углеводородов на их поверхности. Сторонники полимеризационной схемы отмечают, что образование ацетилена наблюдается даже в метано Кисло-родном пламени. После достижения максимальной концентрации ацетилен превращается в моно- и полициклические ароматические углеводороды и полиацетилен. Экспериментально показано также, что в соответствующих условиях появлению сажевых частиц предшествует образование (в результате полимеризации) крупных углеводородных молекул с молекулярной массой примерно 500. [c.168]

Частицы сажи в зависимости от аэродинамики потоков в топке могут находиться в факеле или вне его. Частицы сажи, выпавшие из факела и попавшие в зону температур ниже 800° С, не сгорают и выносятся за пределы топочной камеры, а находящиеся в факеле, продолжают гореть до тех пор, пока температура продуктов горения под действием экранных поверхностей нагрева не упадет. При этом время пребывания частиц в факеле может оказаться недостаточным для их полного выгорания и тогда они будут выноситься за пределы топочной камеры. Из рассмотренного механизма образования сажи очевидно, что полный газовый анализ не может обнаружить ее в продуктах сгорания. [c.98]

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]

Механизм образования сажи (т. е. частиц нагара или дыма) в пламенных процессах послужил предметом интенсивных лабораторных исследований и опытных работ. Во многих странах уровень ее содержания в дымовых газах ограничивается в законодательном порядке. Важным свойством пламен является светимость, обусловленная испусканием света раскаленными частицами сажи. Выгорание этих частиц представляет собой нормальную составную часть процессов факельного горения (особенно при форсуночном сжигании жидких топлив) однако в некоторых случаях богатые топливо-воздушные смеси горят неполно и выделяют с дымовыми газами много свободной сажи. Для борьбы с этим явлением прибегают не только к улучшению конструкции горелок, но и к использованию металлсодержащих присадок к топливам. Полагают, что такие присадки вызывают каталитическую диссоциацию водяного пара с образованием гидроксильных радикалов, которые чрезвычайно быстро реагируют с частицами сажи, давая газообразные продукты, в том числе СО (ср. с реакцией водяного газа). Однако присутствие металла в продуктах сжигания топлив, содержащих указанные присадки, может в свою очередь явиться экологически вредным фактором, что заставляет искать другие пути подавления образования сажи в пламени [5]. [c.573]

Потеря тепла от механического недожога при рассмотренном механизме образования сажи может иметь величину не более 1%. Однако уже и этого количества достаточно для значительного загрязнения конвективных поверхностей нагрева и ухудшения экономичности работы котельного агрегата. [c.98]

Установленная на опыте неравновесность сажеобразования в пламенах указывает на химическое (а не термическое) происхождение сажи. Однако в настоящее время конкретный, надежно установленный и общепринятый химический механизм образования сажи в пламенах отсутствует. Несомненным нужно считать, что в этот механизм входят процессы дегидрогенизации и крекинга с последующей полимеризацией. [c.472]

Светимость пламени при сжигании мазута обусловлена образованием множества мельчайших частиц сажи. Размеры сажи в зависимости от условий сгорания и вида жидкого топлива могут изменяться от 1 до 100 нм (10- м) [2 ]. Механизм образования сажи мало изучен. По-видимому, сажеобразование является результатом высокотемпературного крекинга углеводородов в окислительной среде, который сопровождается непосредственным образованием твердого углерода или полимеризацией радикалов Са. [c.405]

МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ САЖИ [c.259]

Таким образом, образование сажи в диффузионном пламени, являющееся одной из наиболее характерных его особенностей, объясняется теми химическими реакциями, которые отличают реальное диффузионное горение от его идеализированной физической модели. Однако лежащее в основе физической модели представление о фронте горения в основном правильное. Фронт горения, хотя и не представляет собой поверхности в чисто геометрическом смысле, а имеет известную толщину, но действительно является непроницаемым для кислорода и горючего. Рассмотренные выше процессы протекают во внутренних частях пламени на некотором расстоянии от фронта горения, и кислород, не проникающий сквозь фронт горения, не принимает в них участия. В связи с этим химический механизм образования сажи при диффузионном горении должен быть таким же, как и при термическом разложении. Отличие этих процессов состоит лишь в том, что углеводород разбавлен азотом и продуктами горения, диффундирующими из фронта горения. [c.21]

Процесс образования зародышей при термическом разложении углеводородов имеет более высокую энергию активации (100 ктл моль) (1891, чем процесс роста сажевых частиц (78 ккал/моль). Этот факт находится в соответствии с двухстадийным механизмом образования сажи. [c.135]

Единой теории и общепринятых представлений о химическом механизме и физико-химических основах процесса образования углерода нз газовой фазы нет. Обзор существующих точек зрения содержится в книгах [6—9]. Однако каков бы ни был химический механизм процесса, он должен подчиняться физико-химическим закономерностям образования новой фазы. В частности, возникновение углерода в виде сажи должно подчиняться закономерностям образования новой дисперсной фазы, т. е. определяться двумя одновременно протекающими процессами образованием зародышей и их ростом. Причем лимитирующим должен быть процесс образования зародышей [10—12]. Таким образом, возникновение сажи аналогично образованию твердой дисперсной фазы при конденсации. В этом смысле механизмы образования сажи и снега аналогичны. Однако лежащая в основе образования сажи химическая реакция разложения углеводорода приводит к глубокому качественному различию процессов образования сажи и новой фазы при конденсации, протекающей в отсутствие химической реакции. Это различие определяется прежде всего механизмом образования зародыша. При конденсации зародышем являются возникающие в результате флуктуаций частицы, состоящие из нескольких молекул. Подобная частица не может быть зародышем сажевой частицы, так как она не может дать начало химической реакции, сопровождающейся выделением углерода. Такой частицей может быть только осколок молекулы, т. е. радикал. Причем этот радикал должен быть способен вступить в реакцию с исходной молекулой углеводорода с образованием нового, более тяжелого и богатого углеродом радикала. Это различие объясняется следующими причинами. При конденсации размеры зародыша определяются пересыщением системы. Если размеры частицы меньше критических, то равновесное давление пара над ней больше, чем давление в газовой фазе, и ее рост за счет конденсации невозможен. Такая частица термодинамически неустойчива и не только не может расти, но неизбежно должна распасться. [c.9]

Ниже кратко изложены имеющиеся в литературе данные о процессе сажеобразования при неполном турбулентном горении. Для установления механизма образования сажи ценность этих результатов невелика. Подробное их рассмотрение, представляющее интерес для технологии сажевого производства, выходит за рамки настоящей книги. [c.41]

Механизм образования сажи при турбулентном горении не исследован. Можно однако считать, что он не должен существенно отличаться от механизма образования сажи при ламинарном горении и что в основе его также лежит термическое разложение. Несомненно также, что сажа образуется в пограничном слое, примыкающем к фронту горения с внутренней стороны факела. Правда, в отличие от ламинарного факела, где фронт горения практи- [c.43]

В схемах, в которых принимается, что сажа образуется при конденсации углеродного пара, высказанные соображения не учитываются. Например, в работе Амелина [22] рассматривается механизм образования сажи из метана, но исходный метан без какого-либо основания или оговорки отождествляется с углеродным паром и считается, что сажа образуется при его конденсации. При этом стадия превращения метана в углеродный пар, которая энергетически должна быть наиболее трудной, вообще не рассматривается. [c.133]

По-видимому, ацетилен, как это неоднократно высказывалось рядом авторов, играет в механизме образования сажи существенную роль. [c.12]

Первый вопрос, который может возникнуть у читателя, как это при высоких температурах лазерного испарения и возникающей при этом хаотической плазмы возникают столь упорядоченные стабильные структуры. Это могут быть кусочки графита, удаляемые с помощью лазера, которые затем формируют полые структуры. Однако варьирование исходного материала, в том числе полиимидов, не приводит к изменению спектра фуллеренов. Другое направление трактовки образования фуллерена соответствует механизму образования сажи. Изучение рис. 8.1 [10] приводит к выводу о том, что количество С о не увеличивается в потоке сверхзвукового пучка кластеров, а просто количество других кластеров уменьшается. Получается, что Сбо выживает в течение процессов, происходящих в кластер- [c.287]

Детальное описание механизма образования сажи дано в книге Гейдона и Вулфорда Пламена [2], представление о котором кратко изложено ниже. [c.202]

Рис. 8.7. Схема нуклеации возможного механизма образования сажи [10]

Механизм образования сажи в пламенах углеводородных топлив включает дегидрогенизацию органических соединений и их полимеризацию, ведущую к получению больших углеродных частиц. Наличие частиц углерода в пламени обусловлено термическим и термоокислительным разложением углеводородов, происходящим главным образом в первоначальной зоне подогрева и воспламенения горячей смеси. Имеются некоторые различия в образовании сажи в диффузионных пламенах жидкого и газообразного топлива и пламенах с частичным предварительным смешением газа с воздухом. Эти различия заключаются главным образом в принятых представлениях относительно очередности и направления процессов дегидрогенизации и полимеризации, а также в месторасположении максимума образования сажи в различных зонах пламени. [c.136]

В настоящей работе исследовано сажеобразование при пиролизе нафталина и а и (5 метилнафталнна, при тех же условиях при которых проводились опыты в работе [2], но при концентрации углеводорода от 1 до 15%, При пиролизе нафталина увеличение его концентрации от I до 10% приводит не к увеличению концентрации на порядок, а к ее падению примерно на два порядка. Качественно аналогические результаты получены при пиролизе а и 3 метилнафталинов. Оги результаты показывают, что механизм образования сажи при пиролизе полиароматических углеводородов существенно отличается от механизма для углеводородов исследованных ранее. [c.194]

Можно считать экспериментально установленным, что образование сажи при горении протекает в зоне высоконагретого углеводорода в непосредственной близости от фронта горения. Таким образом, механизм образования сажи при горении принципиально, по-видимому, не отличается от механизма образования сажи при термическом разложении углеводородов. Однако, если сажа, образующаяся при термическом разложении, — это термодинамически устойчивый продукт, то сажа, являющаяся конечным продуктом неполного горения, представляет собой промежуточный термодинамически неустойчивый продукт. [c.7]

Однако все рассмотренные выше экспериментальные факты ло существу очень трудно связать с механизмом образования сажи, поэтому представляет интерес проследить за изменением концентрации метана. На рис. 12 показано распределение концентрации метана по оси факела. Как видно из рисунка, концентрация метана в продуктах горения быстро падает с увеличением расстоя-нпя от устья горелки. Так, на расстоянии 50 и 100 мм концентрация метана составляет соответственно 39 и 11%, а на высоте 145 мм метан в продуктах горения практически отсутствует. [c.70]

По-видимому, ацетилен, как это неоднократно высказывалось рядом авторов, играет в механизме образования сажи существенную роль. Однако это не позволяет утверждать, что зародыши сажевых частиц образуются именно из ацетилена. Не исключена возможность, что образование зародышей идет и из ароматических смол, которые в большом количестве образуются в нижних частях факела [1]. [c.72]

Частички сажи в ноне реакции, претерпевают дальнейшие превращения, -чаключающиеся в их коагуляции, а также в их выгорании. В настоящее время конкретный, иаде кно установленный и общепринятый химический механизм образования сажи в пламенах отсутствует. [c.231]

Что касается химического механизма образования сажи в пламенах, то в более ранних работах появление частичек сажи обычно связывалось с образованием радикалов Сг, обнаруживаемых по их спектру испускания, особенно интенсивному в случае богатых смесей. Однако в результате работ последних лет эта точка зрения была оставлена [1169, 1008, 981]. В этом отношении особенно убедительна работа Норриша, Портера и Траш [981], в которой было показано, что параллелизм между сажеобра-зованием и концентрацией радикалов Сг (обнаруживаемых по их спектру поглощения) при взрыве смеси ацетилена с кислородом отсутствует. По мнению Портера [1038], в основе механизма образования сажи в пламенах лежат процессы одновременной полимеризации и дегидрогенизации, например [c.566]

В качестве основного элементарного процесса в механизме сажеобразования Беренс [370] выдвигает процесс С0-1-Н = СЧ-0Н. Вопрос о механизме образования сажи рассматривается также в работах [330, 1105]. (См. также работу Гейдона и Фейрберна [655], в которой рассматривается механизм образования сажи в электрическом разряде в СгНг и СО.) [c.566]

Описанный механизм аналогичен механизму образования сажи и аэросила, поэтому к нему справедливы приведенные ранее соображения (стр. 246 и сл.) о том, что радиус частиц А1гОз уменьшается (дисперсность повышается) с увеличением производной 5/й т. Функциональная зависимость этой производной от температуры должна иметь максимум, т. е., иными словами, радиус частиц А1зОз должен иметь наименьшее значение при определенной (оптимальной) температуре. [c.254]

Описанный механизм аналогичен механизму образования сажи и аэросила, поэтому к нему можно отнести приведенные ранее соображения о том, что радиус частиц АЬОз уменьшается (дисперность повышается) с увеличением производной (181йх. Функциональная зависимость этой производной от температуры должна иметь мак- симум, т. е., иными словами, ра- з-ш диус частиц А Оз должен иметь наименьшее значение при опреде- -ё JQ s ленной (оптимальной) темпера-туре. [c.250]

Как уже отмечалось [404], радикал С2Н — основной предшественник С4Н2 в пламенах богатых смесей вследствие реакции СгН + С2Н2С4Н2 + Н. К сожалению, очень мало известно о процессах, которые конкурируют с образованием С4Н2 и" могут иметь важное значение в механизме образования сажи [c.281]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология