Реакция распада окиси углерода

Влияние каталитической реакции на показатели доменной плавки обсуждалось рядом авторов. Считается, что в результате этой реакции в колошниковом газе увеличивается содержание CO2, тем самым увеличивается общий приход тепла в доменной печи и повышается конечная степень использования.

При этом, однако, не учитывается, что интенсивное развитие реакции тормозит восстановление окисью углерода и общее содержание CO2 в конечном газе может и не увеличиваться. Положительная роль этой реакции (заключается в том, что отлагающийся в "порах твердых материалов сажистый углерод может изменить лорнстую структуру и в конечном счете интенсифицировать непрямое "восстановление.

Интенсификация может происходить и вследствие того, что непрямое восстановление как бы перемещается в области более "высоких температур. Однако обильное отложение сажистого углерода внутри кусков, ведущее к их измельчению, и на поверхности кусков может заметно ухудшать газопроницаемость столба материалов. Кроме того, часть сажи выносится из печи газовым потоком, что равносильно снижению степени непрямого восстановления.

Эти отрицательные явления должны усиливаться по мере интенсификации реакции и нельзя считать обоснованным утверждение, что в доменной печи необходимо стремиться к наиболее полному распаду окиси углерода. Однако чаще всего он не выявляется. Различные добавки к окиси углерода по-разному сказываются на интенсивности ее распада. Добавление азота, а в особенности углекислого газа резко снижает скорость реакции.

Влияние добавок водяного пара изучено менее полно, и данные различных авторов противоречивы. В работе, напротив, отмечается, что пары воды заметно тормозят реакцию. Кроме того, в литературе отсутствуют данные, позволяющие сравнивать влияние H2O и CO2 на ход этой реакции.

В работах получено, что водород при температуре ~600°С, в особенности при малых его добавках, интенсифицирует распад СО. С понижением температуры действие водорода ослабляется, при 400°С наблюдали даже торможение процесса. Наконец, в некоторых работах отмечается, что интенсивный распад окиси углерода замедляет процесс восстановления окислов железа. Ряд этих опытных фактов нуждается в уточнении и надлежащем объяснении.

Она протекает по адсорбционному механизму, и так как число активных центров, на которых происходит химическая адсорбция СО или H2O, вначале невелико, то и скорость реакции незначительна. Возникающие твердые продукты восстановления обладают повышенной адсорбционной способностью и, вероятно, служат катализаторами.

Рост скорости реакции связан, таким .образом, с увеличением размера активной каталитической поверхности. Последующее замедление процесса можно, пожалуй, объяснить тем, что возникшие на поверхности пор окатышей твердые продукты реакции со временем несколько теряют каталитическую активность. Влияние расхода газа на интенсивность реакции на твердом пористом катализаторе неоднозначно.

С увеличением, с одной стороны, сокращается время контакта газа с катализатором при постоянной его массе и степень превращения реагентов уменьшается, а с другой стороны, усиливается газообмен в порах, что увеличивает наблюдаемую константу скорости процесса и степень превращения. Таким образом, следует ожидать, что конечные результаты будут зависеть от типа процесса.

При 400°С на окатышах средняя величина в период понижения скорости процесса изменяется обратно пропорционально расходу и -возрастает почти линейно с временем контакта газа и навески. В самом деле, степень превращения H2O, (приведенная "к одинаковому времени контакта .при расходе 100 мл/мин, практически не зависит от расхода.

Это свидетельствует о слабом влиянии диффузионных явлений и о смещении процесса в сторону кинетического режима. Итак, можно предположить, что при 400°С реакция находится преимущественно в кинетической области, но с повышением температуры постепенно смещается в сторону внутренней диффузионной области.

Из этой серии экспериментов можно заключить, что в условиях доменной цепи объемная скорость газа должна заметно влиять на степень развития реакции на верхней ступени теплообмена. Такое влияние уменьшения количества печных газов усиливается в связи с одновременным увеличением отношения водяных эквивалентов шихты и газов, вызывающим понижение температуры и фактической скорости газового потока.

В присутствии различных железорудных материалов доменной плавки при температурах выше 700 800° С реакция водяного газа протекает столь интенсивна, что за сравнительно короткое время контакта газа с материалами реакция успевает приблизиться к равновесию.

При более низких температурах реакция сильно замедляется и при 400° С она протекает с ощутимой скоростью только на некоторых материалах. Каталитическое действие материалов возрастает с увеличением их восстановимое и степени окисленности, причем различие в каталитической активности резко усиливается с понижением температуры. Окатыши и агломераты в исходном состоянии являются весьма слабыми катализаторами реакции, и в начальных стадиях в постановлен из протекает значительно интенсивнее реакции.

Активными катализаторами для нее служат возникающие в начальных стадиях твердые продукты -восстановления. В их присутствии реакция идет значительно быстрее, чем последующее восстановление. Она замедляется при увеличении -концентрации CO2 в том числе и в результате интенсивного восстановления в начальных стадиях процесса) и водорода в системах, близких к равновесию по термодинамическим причинам.

В соответствии с этим при .понижении температуры и удалении системы от равновесия тормозящее влияние CO2 и Н2 заметно ослабевает. При 400° С реакция на железорудных окатышах и агломератах контролируется преимущественно адаорбцион но кинетическими факторами, а при 800° С заметную роль начинают играть диффузионные явления.

Увеличение объемной скорости газа при 400 500° С приводит к понижению, а при 800° С к некоторому увеличению степени превращения НгО. При пониженных температурах это объясняется главным образом сокращением времени контакта газа с материалами. В связи с большой ролью реакции водяного газа в современной доменной (плавке целесообразно организовать контроль каталитической активности железорудных материалов по методике, примененной в настоящем исследовании.

    Пока нет новостей