Термодинамические соотношения использовались рядом исследователей для анализа поведения водорода в отдельных участках доменной печи. Так, М. А. Стефанович установил, что в окислительной зоне доменной печи при работе на увлажненном дутье отношение концентрации Н2О/Н2 гораздо ближе к равновесному для реакции водяного газа, чем для реакции диссоциации водяного пара.
Качественное шахтное оборудование для горнодобывающей промышленности в большом ассортименте предлагаем заказать в ООО «Киселевский завод горного оборудования».
А. Н. Рамм учитывал равновесные соотношения для оценки степени использования водорода и окиси углерода в доменной печи. Он рекомендует принимать в расчетах для печи в целом отношение степени использования водорода и окиси углерода, равное единице, что соответствует равновесию реакции водяного газа при 810°С.
Н. И. Красавцев рассчитал отношения равновесных концентраций Н2/Н20 в колошниковом газе в зависимости от количества инжектируемого в доменную печь природного газа и сравнил их с фактическими. В большинстве исследований обсуждаются только частные случаи. Поэтому целесообразно дать общий термодинамический анализ вопроса применительно к различным горизонтам доменной печи и к различным количествам водородсодёржащих газов.
Процессы в окислительной области: В горне идут практически необратимые реакции: вначале реакции горения углерода и водорода (в кислородной части окислительной области), затем газификации углерода и прямого восстановления окислов. Здесь расчеты равновесного состава газа излишни конечный состав газа в необратимых реакциях определяется -простыми стехиометрическими соотношениями.
В ряде исследований установлено, что при работе на увлажненном дутье выносимый из кислородной части окислительной области углекислый газ при последующем взаимодействии с углеродом кокса исчезает раньше, чем водяной пар. Аналогичная картина наблюдается при инжекции через фурмы природного газа. Особый интерес представляют результаты исследования. И. Некрасова и Ф. Н. Москалиной, разработавших и применивших методику непосредственного измерения содержания паров воды в горновых газах.
Они обнаружили в газах кислородной части окислительной зоны высокую концентрацию паров воды, .причем максимум содержания Н20 расположен к фурмам ближе, чем максимум содержания СО. Однако при последующем взаимодействии с углеродом водяной пар исчезает значительно дальше от фурм, чем углекислый газ. Эти факты нуждаются в специальном обсуждении.
Специальными опытами установлено что углекислый газ заметно тормозит взаимодействие водяного пара с углеродом. Но дело, очевидно, не только в особенности кинетики совместного реагирования Н20 и С02 с углеродом. При высоких температурах газа и кокса в горне процессы протекают столь интенсивно, что состав газа приближается к равновесному .по отношению к реакции водяного газа, и последовательность взаимодействия двуокиси углерода и паров воды с углеродом определяется термодинамическими соотношениями.
Это связано, как известно, с тем, что при температурах выше 810°С и одинаковых отношениях концентрации Н20/Н2 и С02/СО водяной пар более прочный окисел и обладает меньшим сродством к углероду, чем углекислый газ. Например, изменение стандартного изобарного потенциала ( AZ°) при 2000°К для реакций составляет 43,5 и 36,0 ккал/моль соответственно. Различие в сродстве усиливается в связи с тем, что в конце кислородной части окислительной зоны концентрация углекислого газа выше, чем ларов воды.
Так, по данным, при введении в горн 80 85 ж3 природного газа на 1 т чугуна в газах окислительной зоны максимальное содержание С02 составляет 9, а Н20 4% при почти полном отсутствии СО и Н2. Таким образом, пока в газе имеется значительная концентрация С02, водяной пар в конечном счете не участвует в газификации углерода. И только после заметного снижения содержания С02 развивается реакция.
Восстановительный потенциал газовых смесей: В области умеренных температур восстановление окислов в доменной печи осуществляется не чистыми компонентами СО и Н2, а их смесями с СОг и НО. В качестве величины, характеризующей восстановительную способность или восстановительный потенциал этих смесей, примем максимально возможное количество кислорода, которое способна отнять соответствующая смесь от определенного окисла при изотермическом восстановлении.
Очевидно, такое количество кислорода определяется изменением состава газа от исходного к равновесному при соответствующей температуре. Рассмотрим смесь СО С02. Пусть в исходном состоянии О на содержит тсо и тсо2 молей СО и С02. Таким образом, восстановительный потенциал % по отношению к данному окислу есть функция исходного состава газа и температуры.
В изотермических условиях с увеличением в газе концентрации С02 (или Н20) -потенциал уменьшается. Характер влияния температуры определяется знаком теплового эффекта реакции восстановления. Для эндотермических реакций с повышением температуры константа равновесия растет, и при постоянном исходном составе газа одновременно увеличивается и восстановительный потенциал.
Предлагаем посмотреть другие страницы сайта:
← Влияние распада СО | Равновесие реакции водяного газа →