Головна

Речовин в плазмі

  1. A, b -необязательни, якщо використовуються, то повинні бути числами, причому a
  2. F1 Психічні і поведінкові розлади внаслідок вживання психоактивних речовин
  3. I. Моль. Еквівалентні маси і еквіваленти простих і складних речовин. закон еквівалентів
  4. Iii. Місцево дратівливі лікарські речовини
  5. III. Вимоги до відпустки наркотичних засобів і психотропних речовин; лікарських засобів, що підлягають предметно-кількісному обліку; анаболічних стероїдів
  6. XIV. речовин та їх прекурсорів, що підлягають контролю в Російській Федерації, і дикорослих конопель
  7. XXII. ПРАВОВІ ОСНОВИ РОБОТА З РЕЧОВИНАМИ, МАТЕРІАЛАМИ І ВІДХОДАМИ

Тверді вуглець речовини (ТУВ) піддаються перетворенням в плазмі в дисперсному стані. Хімічні перетворення в двофазних системах плазмообразующего газу з частинками ТУВ надзвичайно складні і включають реакції різних типів: деструкцію твердого палива з виділенням летючих продуктів, газофазного реакції виділилися продуктів, реакції типу газ-тверде тіло. Ці реакції протікають в реакторах, що характеризуються наявністю великих градієнтів швидкостей і температур. Так, радіальні зміни температури на відстані 1 см можуть досягати приблизно 104 К, а швидкостей - від 500 м / с до 0. Осьові градієнти температур і швидкостей приблизно на порядок менше. В таких умовах показники процесу визначаються не тільки хімією, але також явищами тепло- і масообміну. При цьому характерні часи протікання хімічних, фізико-хімічних і фізичних процесів є близькими величинами і тому відбувається глибока взаємозв'язок і взаємний вплив всіх цих процесів.

Один з можливих підходів до виявлення фізико-хімічних закономірностей такого складного процесу в цілому полягає в поділі його на окремі стадії, з'ясуванні характерних особливостей їх протікання і в узагальненні закономірності всього процесу на основі виявлених приватних закономірностей, своєрідному зворотному «синтезі», який можна здійснити побудовою відповідних моделей і розрахунків із залученням комп'ютерних програм.

Наприклад, при плазмохимических перетвореннях вугілля, коли холодний порошок вугілля подається в потік інертного або реагує плазми, в реакторі протікають кілька процесів:

1. Нагрівання порошку вугілля до температури початку розкладання з виділенням парів води.

2. Деструкція частинок вугілля з виділенням частини продуктів в газову фазу і освітою обуглероженного твердого залишку вищого дисперсного стану.

3. Перетворення виділилися в газову фазу продуктів в умовах низькотемпературної плазми.

4. Нагрівання частинок твердого обуглероженного залишку до температури початку реакції газ-тверде тіло.

5. Реакції частинок твердого обуглероженного залишку з газоподібними продуктами і реагує плазмообразующих газом.

Стадії 2-а, 3-я і 5-я є хімічними, швидкість їх протікання змінюється по довжині реактора: процеси деструкції вугілля проходять в початковій зоні реактора, а реакції твердого залишку з газоподібними компонентами - в кінцевій зоні. Стадії 2 і 3 починаються одночасно, проте їх швидкості визначаються різними температурами (для стадії 2 - температурою твердих частинок, для стадії 3 - значно більш високою температурою плазмообразующего газу). Протікають вони практично незалежно.

Показано, що стадія деструкції вугілля 2 є спільною для всіх плазмохімічних процесів переробки вугілля, а закономірності 3 і 5 стадій визначаються в основному природою плазмообразующего газу.

Вивчення піролізу вугілля з виходом летких 40 мас.% В плазмі водню при дуже високих швидкостях нагріву (107 К / с) показало, що швидкості піролізу не залежить від температури плазмообразующего газу при зміні останньої від 1563 до 2183 К. Це пояснюється тим, що виділення летких речовин починається при досягненні часткою певної температури, яка за розрахунками становить 1223 К і не змінюється в процесі виділення летючих. Освіта газоподібних продуктів залежить від температури: при 1693 К близько 20% вуглецю вугілля перетворюється в газоподібні продукти, а при 2220 К вже 40%. При низьких температурах значну частину виділилися продуктів складають смоли, які розкладаються на газоподібні сполуки при підвищенні температури.

Ці результати показують, що при піролізі вугілля в будь-яких температурних умовах утворюються одні й ті ж первинні продукти, які далі реагують в газовій фазі.

Первинний процес деструкції твердих палив (2-я стадія процесу) не залежить від природи плазмообразующего газу, так як під час бурхливого освіти і виділення летких їх потоки, що йдуть з частинок, такі великі, що плазмообразующий газ не може взаємодіяти з поверхнею частинок.

На 3-й стадії процесу летючі продукти, що виділилися з вугілля, потрапляють в потік нагрітого до високих температур плазмообразующего газу і зазнають перетворення, механізм яких залежить від природи плазмообразующего газу. У плазмі інертного газу і водню протікають реакції деструкції складних вуглеводнів до найпростіших з переважним утворенням ацетилену.

Кінетика і механізм газофазних реакцій цього типу вивчені досить докладно і отримані дані можуть бути використані при описі цієї стадії плазмохімічних процесів переробки вугілля.

Наступною хімічної стадією (5-й, останній) є взаємодія твердого обуглероженного залишку з газовими компонентами за наступними сумарним реакцій:

З + СО2 = 2СО (1)

З + Н2О = СО + Н2 (2)

З + 2Н2О = СН4 + Про2 (3)

З + Про2 = СО2 (4)

2С + О2 = 2СО (5)

Співвідношення швидкостей реакцій (4) і (5) при температурах понад 1200 К вище десяти, а при температурах нижче 700 К менше одиниці.

Механізм реакцій газ-тверде тіло складний. Зазвичай він включає стадії утворення активних центрів на поверхні, адсорбції і десорбції реагентів і продуктів з утворенням проміжних сполук. При не дуже високих температурах швидкості цих реакцій описуються лінійними для дробу рівняннями, які при температурах вище 1600-1800 До переходять в рівняння реакції першого порядку.

При взаємодії газів з твердими частинками обуглероженного залишку йдуть не тільки процеси газифікації вуглецю, а й реакції взаємодії їх з компонентами золи.

Останній тип реакцій, що протікає при плазмохимической переробці твердих вуглецевмісних речовин - це взаємодія вуглецю з компонентами золи. В ході цих перетворень утворюються такі цінні сполуки, як карбід кремнію, кремній, карбід заліза, феросиліцій, алюміній і т.д.

Термодинамічні розрахунки показують, що при температурі вище 1300 К діоксид кремнію переходить в газову фазу у вигляді оксиду кремнію. Максимум виходу карбосіліція спостерігається при 2000 К, потім він переходить в газоподібний стан у вигляді siс2. При температурах вище 3100 К все оксиди мінеральної частини відновлюються до елементів.





Вступ | У хімічних процесах | плазмохімічні процеси | ГЕНЕРАТОРИ низькотемпературної плазми | Електродугові плазмотрони | високочастотні плазмотрони | Термодинаміка плазмохімічних процесів | низькотемпературної плазмі | Енергії (ентальпії) енергоносія | вуглецевмісних сполук |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати