Влияние газовых добавок

Добавки водяного пара и углекислого газа тормозили реакцию на всех материалах, несмотря на то, что H2O и CO2 вводили в смесь за счет азота при постоянной концентрации окиси углерода (40%).

С увеличением концентрации добавок скорость распада СО существенно снижается, причем H2O действует значительно сильнее, чем CO2. Эффект торможения не связан с течением обратной реакции: во всех случаях состав газа в реакционном пространстве по суммарным концентрациям CO2 и СО в результате реакций был далек от равновесного для реакции при 500 600°С.

Степень достижения равновесия для этой реакции на материалах А, Б, В не превышала 22; 15 и 5% соответственно. Например, при 1006С величина адсорбции на Рез04 паров воды при давлении 10 мм рт. ст. заметно больше, чем двуокиси углерода, несмотря на то, что опыты "с CO2 проводили при гораздо более высоком давлении (90 мм рт. ст.).

При дальнейшем повышении концентрации Н2 процесс продолжает ускоряться, но не столь интенсивно. Наблюдается экстремальный характер зависимости скорости реакции от концентрации Н2. Так, при любых видах добавок реакция на агломерате Б идет быстрее, чем на значительно более восстановимых окатышах А, что особенно заметно тир л добавках водорода.

Суммарная степень восстановления для слоя при 500°С составляла около 10; 5 и 2% для материалов А, Б, В соответственно, что в среднем отвечало только первой ступени восстановления окиси железа. Несмотря ,на это наблюдается, как и в других исследованиях, интенсивное течение реакции, для которой активным катализатором служит металлическое железо, а не его окислы.

Такое несоответствие можно объяснить только тем, что процесс восстановления имеет зональный характер как в пределах зерен материалов, так и для слоя в целом. В начальных стадиях восстановления (при 400 600°С) в отдельных участках реакционной поверхности зерен окислов может достигаться высокая степень восстановления вплоть до образования кристаллов металлического железа, которые и служат катализатором реакции.

На пространственную неравномерность протекания процессов восстановления и возможность образования небольших очагов металлического железа косвенно указывают опытные данные о характере отложения сажистого углерода .на поверхности частично восстановленной руды. Такая картина подтверждена следующими экспериментами. Опыты с агломератом Б повторили при прочих равных условиях со смесью 40% СО+60% N2 при 500 и 600°С в лодочке, расположенной в горизонтальной трубчатой печи.

Количество выделившегося сажистого углерода оказалось примерно таким же, как и в опытах в слое, причем отложение углерода имело точечный характер на зернах агломерата. Ускорение реакции распада СО водородом можно в соответствии с данными объяснить интенсивной адсорбцией молекул водорода на активных центрах поверхности окислов железа, на которых создаются благоприятные условия для глубокого восстановления и образования небольших участков металлического железа. Такое действие водорода проявляется и при малых его концентрациях в газовой фазе, что способствует интенсификации реакции распада окиси углерода.

Однако отнимаемое при этом от окислов железа количество кислорода может оказаться несущественным в общем балансе кислорода, отнимаемого при восстановлении, и малые добавки водорода практически не скажутся на общей степени восстановления слоя. Этим же можно объяснить отсутствие определенной связи между степенью распада окиси углерода на разных материалах и их восстановимостью (материалы А и Б). Наблюдаемые в опытах скорости восстановления окислов железа и распада окиси углерода обусловлены различными причинами.

Восстановимость определяется величиной и состоянием пористой поверхности и особенностями диффузионного обмена в порах, в то время как каталитическая активность по отношению к реакции, по видимому, связана главным образом со степенью энергетической неоднородности реакционной поверхности, доступной для молекул окиси углерода. Для интенсификации реакции вовсе не обязательно иметь высокую общую степень восстановления, важно лишь, чтобы на поверхности возникли очаги мелкодисперсного металлического железа.

Увеличение концентрации водорода в газе ведет к вовлечению в процесс все большего числа активных центров и к увеличению каталитической поверхности по отношению к реакции. При достижении некоторой концентрации водорода система приближается к адсорбционному насыщению, что ограничивает дальнейшее развитие процесса. Одновременно усиливается тормозящее влияние возрастающих количеств водяного пара, образующегося в результате восстановления.

    Пока нет новостей