Влияния образующегося газа на превращение углерода
Для выяснения влияния образующегося газа (особенно водорода) на превращение углерода проводили серию опытов. На рис. 108 на примере угля Гаген приведен важный для расчета газогенератора результат: кривая для чистого водяного пара соответствует скорости реакции в самом нижнем слое, а кривая для смеси 57% водяного пара и 43% водорода приблизительно соответствует скорости реакции в самом верхнем слое; для сравнения там же показана кривая для чистого водорода. Ниже 800 °С присутствие водорода повышает скорость превращения углерода за счет одновременной газификации и водяным паром и водородом; выше 800°С водород тормозит газификацию водяным паром, протекающую в этих условиях с более высокой скоростью. На основании вышесказанного можно предполагать, что реальная для всего слоя скорость превращения соответствует значениям, находящимся между кривыми для чистого водяного пара и для смеси его с водородом.
В области до 1000°С не обнаружено также существенного влияния размера частиц < 2 мм. Так и следовало ожидать, ибо в указанной области скорость газификации определяется химической реакцией, протекающей на внутренней поверхности кокса.
Таким образом, температурную зависимость константы скорости реакции с хорошим совпадением можно представить законом Аррениуса:
где Е — энергия активации; к — предэкспоненциальный множитель; R — газовая постоянная; Т — температура.
Энергия активации и предэкспоненциальный множитель [37, 38] газификации некоторых углей, полученные неизотермическими опытами на лабораторной установке, приводятся ниже [36]:
Твердое топливо | Е, кДж/моль | k, мин-1 |
Бурый уголь | 106,9 | 3,5 х 104 |
Каменный газопламенный уголь Гаген | 133,2 | 5 х 104 |
Полукокс, получаемый в псевдоожиженном слое из угля Гаген | 150,0 | 2 х 105 |
Примечание. Даны кажущиеся значения, оценивающие суммарную реакцию.
Реакционная способность бурого угля, как уже сказано, значительно выше, чем для каменного. Это видно также по низкой энергии активации и высокому предэкспоненциальному множителю. Разные каменные угли различаются по реакционной способности несущественно и близки к коксам, полученным при разных условиях и температурах ниже 950°С. На основании приведенных значений Е и k можно оценить скорость превращения углерода для каждой температуры
Рис. 108. Температурная зависимость скорости газификации каменного угля Гаген смесью водяного пара и водорода при 4 МПа. Цифры на кривых означают объемное соотношение Н2О : H2.