Роль вторичного реагирования

Поток кислорода, поступающего на реагирование j, связан с потоком реагирующего углерода j_с соотношением , где n - стехиометрический коэффициент, зависящий от выхода конечных продуктов СО и СО₂.

При реагировании только до СО₂ (С + О = СО₂) .

При реагировании только до СО (2С + О₂ = 2СО) .

Таким образом, количество газифицированного углерода зависит от того, какие протекают реакции.

Процесс химического реагирования углеродной частицы, обтекаемой потоком с малой скоростью может быть представлен следующей схемой (рис. 4.3):

Рис. 4.3. Влияние вторичного реагирования на поток газифицированного углерода

1. При сравнительно невысоких температурах t < 700 °С кислород реагирует с углеродом с образованием СО и СО₂. Реакции (р3) и (р4) при этих температурах практически не идут. Поскольку СО и СО₂ образуются в практически равных количествах, стехиометрический коэффициент ν≈(0,75+0,375)/2≈0,5.

2. При более высоких температурах t = 700-1200 °C оксид углерода может вступить во вторичную реакцию (р3) и сгореть в пограничном слое, потребляя часть кислорода, поступающего к поверхности частицы. В этом случае сумма реакций (р2) и (р3) может быть представлена результирующей реакцией (р1):

2С + О₂ = 2СО

2СО + О₂ = 2СО₂

2С + 2О₂ = 2СО₂

и стехиометрический коэффициент ν = 0,375.

3. При температуре более 1200 °С становится заметной реакция (р4), углекислота может частично возвратиться и вступить во вторичную реакцию с углеродом, образуя оксид углерода. Поэтому при температурах t = 1200-1300 °С стехиометрический коэффициент возрастает и может быть принят в этом диапазоне температур равным ν≈0,5.

4. При очень высоких температурах t > 1300 °C процесс восстановления СО₂ по реакции (р4) может протекать настолько быстро, что при вторичном реагировании будет образовываться такое количество оксида углерода, на окисление которого затратится весь кислород. В этом случае кислород не будет достигать поверхности частицы и основным процессом станет реагирование углерода с углекислотой. В этом случае результирующей реакцией является реакция (р2):

(С + СО₂ = 2СО)·2

2СО + О₂ = 2СО₂

2C + O₂ = 2CO,

и стехиометрический коэффициент равен ν = 0,75.