Равновесные параметры газовых смесей H2–H2O–CO–CO2–CH4 в отсутствии и присутствии углерода

Аннотация

Внедоменное бескоксовое прямое получения железа (процесс «Мидрекс») осуществляется при 1000...1100 °C с использованием природного газа. Процессы конверсии основного компонента природного газа – метана:

CH₄ = C + 2H₂, CH₄ + CO₂ = 2H₂ + 2CO,  CH₄ + H₂O = CO + 3H₂

приводят к получению восстановительного газа и сажистого углерода при определенном соотношении молярных долей CO и CO₂. Термодинамическая возможность протекания процессов восстановления оксида металла в сложной газовой смеси определяется соотношением кис­лородных потенциалов оксида и газовой атмосферы:

(p_o = RT ln p_O2)_оксид > (p_o = RT ln p_O2)_{газ. смесь}.

Кислородный потенциал газовой смеси количественно оценивается величиной равновесного давления кислорода, а кислородный потенциал оксида упругостью его диссоциации. Присутствие в рассматриваемой газовой фазе очень малого количества кислорода определяется реакциями диссоциации CO₂ и H₂O:

lg[p_O2, атм] = 2 lg(x_H2O / x_H2) – 25708 / T + 5,653;

lg[p_O2, атм] = 2 lg(x_CO2 / x_CO) – 29529 / T + 9,149.

В работе определен кислородный потенциал газовых смесей H₂–H₂O–CO–CO₂–CH₄ в зависимости от их состава в интервале температур 800...1500 К. Полученные результаты позволяют оценить влияние присутствия метана на восстановительные свойства газовых смесей по отношению не только к оксидам железа.