ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИСТЕМЫ H2 – O2 – C
Аннотация
В гетерогенной смеси «Н2 – О2 – С» при повышенных температурах в результате протекания реакций окисления, ре акции водяного газа и двух реакций газификации углерода об разуется газовая смесь (H2 – H2O – CO – CO2). В работе вы полнен термодинамический анализ возможных процессов, протекающих при температурах 700–1500 К в системе «Н2 – О2 – С».
Определены равновесные параметры получающихся газовых композиций – их состав и окислительно-восстановительнные свойства.
В любой газовой смеси, содержащей H2O и (или) CO2, весьма низкую концентрацию кислорода, образующегося в результате диссоциации H2O и CO2, принято определять величиной lg( pO2 , атм). При заданном общем давлении эта величина рассчитывается по составу газовой смеси и справочной информации по реакциям диссоциации H2O или CO2. Результаты выполненного анализа представляются двумя номограммами. Такие номограммы, во-первых, являются наглядным, альтернативным табличному, способом представления весьма обширной информации по свойствам сложных газовых атмосфер. Во-вторых, с использованием номограмм и справочной информации по упругостям диссоциации оксидов металлов можно оценить параметры восстановления этих оксидов.
В бинарных газовых смесях (CO – CO2) и в водяном газе (H2 – H2O – CO – CO2) при определенных сочетаниях состава и температуры возможно образование сажистого углерода. Этим объясняется существование ограничений при температурах ниже ~ 1100 К в получении водяного газа с любыми концентрациями компонентов.
Возможны различные по технологической и экономической целесообразности способы получения газовых смесей. В частности, при нагревании паров воды в контакте с избытком углерода до ~ 1100 К получается практически чистая эквимолярная смесь (H2 – CO) с высоким восстановительным потенциалом. Введение в эту систему водорода позволяет получить газовые смеси с чрезвычайно низким давлением кислорода, и это делает термодинамически возможным восстановление оксида любого металла.
Проанализирована целесообразность представления полученной информации трехмерной диаграммой, построенной на концентрационном треугольнике «Н2 – О2 – С». Учет реакций образования метана приводит к заметным изменениям равновесных параметров газовых смесей лишь при температурах ниже примерно 900 К.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Esin O.A., Gel'd P.V. Fizicheskaya khimiya pirometallurgicheskikh protsessov [Physical Chemistry of Pyrometallurgical Processes]. Moskow, Metallurgizdat Publ., 1962. 671 p.
Goldstein N.L. Vodorod v domennom protsesse [Hydrogen in the Blast Furnace Process]. Moskow, Metallurgy Publ., 1971. 208 p.
Popel S.I., Sotnikov A.I., Boronenkov V.N. Teoriya metallurgicheskikh protsessov [Theory of Metallurgical Processes]. Moskow, Metallurgy Publ. 1986. 463 p.
Ryzhonkov A.I., Arsent'ev P.P., Yakovlev V.V. et al. Teoriya metallurgicheskikh protsessov [Theory of Metallurgical Processes]. Moskow, Мetallurgy Publ., 1989. 392 p.
Digonsky S.V., Ten V.V. [Role of Hydrogen in the Reduction of Metal Oxides with Solid Carbon]. Al’ternativnaya energetika i ekologiya, 2009, no. 11 (79), pp. 45–55. (in Russ.)
Digonsky S.V. [Carbothermic Reduction of Oxide raw Materials in Nonequilibrium Chemical Systems]. Tekhnologiya metallov, 2008, no. 8, pp. 3–7. (in Russ.)
Digonsky S.V., Dubinin N.A. Kravtsov E.D. Sposob polucheniya metallov iz ikh sul’fidov [Method for Producing Metals from Their Sulfides]. Patent RF no. RU 21111271 C1, 1998.
Digonsky V.V., D igonsky S.V., Gorbovsky V.E. Sposob polucheniya metallov [Method for the Production of Metals]. Patent RF no. RU 2033431 C1, 1995.
Strokina I.V., Yakushevich N.F. [Changes in Oxidation Reduction Properties Gas Phase of the CO2 – H2 System]. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya [Ferrous Metallurgy], 2011, no. 6, pp. 3–5. (in Russ.)
Yakushevich N.F., Strokina I.V., Poljach O.A. [Determination of Parameters of Redox Processes in the System Fe – C – O2 – H2]. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya [Ferrous Metallurgy], 2011, no. 8, pp. 13–18. (in Russ.)
Grishin А.М., Simonov V.K., Scheglova I.S. [About Disparity of Kinetic Conformities to Law to Thermodynamics Preconditions of Reactions of Carbon Gasification by Н2О and СО2]. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya [Ferrous Metallurgy], 2013, no. 56 (7), pp. 64–67. (in Russ.) DOI: 10.17073/0368-0797-2013-7-64-67
Dubinin A.M., Mavrin S.P. [Optimal Parameters of the Steam Coal Gasification in the Gasifier with Damped Circulating Fluidized Bed]. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya [Ferrous Metallurgy], 2016, no. 59 (11), pp. 773–780. (In Russ.) DOI: 10.17073/0368-0797-2016-11-773-780
Podgorodetskii G.S., Tretyak A.A., Gorbunov V.B., Polulyakh L.A. [Perspective Use of Polyfuel Gas Generator in Practice of Blast-Furnace Shops]. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya [Ferrous Metallurgy], 2016, no. 59 (12), pp. 879–885. (In Russ.) DOI: 10.17073/0368-0797-2016-12-879-885
Vyatkin G.P., Kuznetsov Ju.S., Mikhailov G.G., Kachurina O.I. Termodinamika vosstanovleniya zheleza iz oksidov [Thermodynamics of Iron Reduction from Oxides]. Chelyabinsk, Publishing Center SUSU, 2017. 346 p.
Mikhailov G.G., Leonovich B.I., Kuznetsov Yu.S. Termodinamika metallurgicheskikh protsessov i sistem [Thermodynamics of Metallurgical Processes and Systems]. Moskow, MISiS Publishing House, 2009. 520 p.
Muan A., Osborn E.F. Phase Equilibria Among Oxides in Steelmaking. Pergamon Press Limited, New York, 1965. 236 p.
Kazachkov E.A. Raschety po teorii metallurgicheskikh protsessov [Calculations on the Theory of Metallurgical Processes]. Мoskow, Metallurgy Publ., 1988. 288 p.
DOI: http://dx.doi.org/10.14529/met180401
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.
