Термодинамика процесса сажеобразования при высокой концентрации водорода в газе, содержащем монооксид углерода

Abstract

Рассмотрена система, находящаяся в состоянии термодинамического равновесия, при разных температурах и содержании водорода в исходной смеси СО + Н₂. Показано, что с повышением содержания водорода количество углерода, образовавшегося в равновесной системе в расчете на 1 м3 исходной смеси СО + Н₂, снижается. При содержании водорода более 57 % на кривой зависимости выхода углерода от температуры появляется максимум, а при содержании водорода свыше 83 % процесс углеродообразования прекращается полностью при любой температуре. Выход углерода в зависимости от содержания водорода в расчете на 1 м3 монооксида углерода, находящегося в смеси с водородом, также имеет максимум, который (в зависимости от температуры) находится в диапазоне концентраций водорода от 33 до 40 %. В этом случае происходит перераспределение углерода в системе в сторону максимального его накопления в твердой фазе. С повышением содержания водорода степень развития реакции диспропорционирования углерода понижается, а роль реакции Н₂ + СО = Н₂О + С возрастает. В результате с повышением содержания водорода степень превращения монооксида углерода понижается.

Розглянуто систему, яка знаходиться у стані термодинамічної рівноваги, при різних температурах та вмісті водню у вихідній суміші СО + Н₂. Показано, що з підвищенням вмісту водню кількість вуглецю, що утворився у рівноважній системі у розрахунку на 1 м³ вихідної суміші СО + Н₂, зменшується. При вмісті водню більше 57 % на кривій залежності виходу вуглецю від температури з’являється максимум, а при вмісті водню понад 83 % процес утворення сажі припиняється повністю при будь-якій температурі. Вихід вуглецю в залежності від вмісту водню у розрахунку на 1 м³ монооксиду вуглецю, що знаходиться у суміші з воднем, також має максимум, який (у залежності від температури) знаходиться у діапазоні концентрацій водню від 33 до 40 %. У цьому випадку відбувається перерозподіл вуглецю в системі у бік максимального його накопичення у твердій фазі. З підвищенням вмісту водню ступінь розвитку реакції диспропорціонування вуглецю знижується, а роль реакції Н₂ + СО = Н₂О + С зростає. У результаті з підвищенням вмісту водню ступінь перетворення монооксиду вуглецю знижується.

The system which is in a state of thermodynamic equilibrium at different temperatures and hydrogen content in the initial mixture of CO + H₂ was considered. It is shown that with increasing of hydrogen content the amount of formed carbon in an equilibrium system per 1 m³ of initial mixture of CO + H₂ decreases. Maximum on the graphic chart of carbon yield from the temperature is viewed when the content of H₂ more than 57 % H₂. Carbon formation process stops completely when the hydrogen content is more than 83 % at any temperature. Carbon yield per 1 m³ of carbon monoxide staying in a blend with hydrogen also has a maximum, which (in a dependence on a temperature) stays in the range of hydrogen concentrations of 33 to 40 %. In this case, there is a redistribution of carbon in the system to its maximum accumulation in a solid phase. With increasing of hydrogen content the degree of carbon disproportionation reaction decreases and the role of the reaction H₂ + CO = H₂O + C increases. As a result, with hydrogen content increasing, the conversion of carbon monoxide reduces.