Термодинамика процесса сажеобразования при высокой концентрации водорода в газе, содержащем монооксид углерода
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, сниж...
Saved in:
| Published in: | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут газу НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127270 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Термодинамика процесса сажеобразования при высокой концентрации водорода в газе, содержащем монооксид углерода / В.Г. Котов, А.М. Святенко, А.И. Ховавко, А.А. Небесный, Д.С. Филоненко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2014. — № 1. — С. 38-43. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859808401249271808 |
|---|---|
| author | Котов, В.Г. Святенко, А.М. Ховавко, А.И. Небесный, А.А. Филоненко, Д.С. |
| author_facet | Котов, В.Г. Святенко, А.М. Ховавко, А.И. Небесный, А.А. Филоненко, Д.С. |
| citation_txt | Термодинамика процесса сажеобразования при высокой концентрации водорода в газе, содержащем монооксид углерода / В.Г. Котов, А.М. Святенко, А.И. Ховавко, А.А. Небесный, Д.С. Филоненко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2014. — № 1. — С. 38-43. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| description | 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.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:17:38Z |
| format | Article |
| fulltext |
oxidation of hydrocarbons. Rossijskij himicheskij
zhurnal, 2007, 51 (4), pp. 133–139. (Rus.)
14. Han Yi-Fan, Ramesh Kanaparthi, Chen Luwei,
Widjaja Effendi, Chilukoti Srilakshmi, Chen
Fengxi. Observation of the reversible phase-trans-
formation of �-Mn2O3 nanocrystals during the cata-
lytic combustion of methane by in situ Raman spec-
troscopy. J. Phys. Chem., 2007, 111 (7), pp. 2830–
2833.
15. Gao Zhiming, Wang Ruiyan. Catalytic activity for
methane combustion of the perovskite-type
La1-xSrxCoO3-
oxide prepared by the urea decom-
position method. Appl. Catal. B, 2010, 98 (4), pp.
147–153.
16. Kucharczyk Barbara, Tylus Wlodzimierz. Partial
substitution of lanthanum with silver in the
LaMnO3 perovskite : Effect of the modification on
the activity of monolithic catalysts in the reactions
of methane and carbon oxide oxidation. Appl.
Catal. A, 2008, 335 (1), pp. 28–36.
17. Wu-Laitao Luo Yuehui, Liu Wei. Combustion syn-
thesis and characterization of porous perovskite cat-
alysts. J. Chem. Sci., 2007, 119 (3), pp. 237–241.
18. Chiarello Gian Luca, Rossetti Ilenia, Forni Lucio.
Flame-spray pyrolysis preparation of perovskites for
methane catalytic combustion. J. Catal., 2005, 236
(2), pp. 251–261.
19. Certificate of Analysis Standart Ref. Material, 1976.
20. Instrument Sensitivity Standart for X-Ray Powder
Diffraction. Gaithersburg National Insti-
tute of Standards and Technology, 1991, pp. 1–4.
21. Kancerova M.R. Vlijanie nanorazmernogo faktora
na kataliticheskie svojstva slozhnyh oksidnyh sistem
v reakcii glubokogo okislenija metana : Dis. kand.
him. nauk, Kiev, 2005, 145 p. (Ukr.)
22. Alhazov T.G., Margolis L.Ja. Glubokoe kataliti-
cheskoe okislenie organicheskih veshhestv. Moscow :
Himija, 1985, 192 p. (Rus.)
Received December 16, 2013
38 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2014. ¹ 1
ÓÄÊ 661.96:661.993
Êîòîâ Â.Ã., êàíä. òåõí. íàóê, Ñâÿòåíêî À.Ì., êàíä. òåõí. íàóê,
Õîâàâêî À.È., êàíä. òåõí. íàóê, Íåáåñíûé À.À., Ôèëîíåíêî Ä.Ñ.
Èíñòèòóò ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
óë. Äåãòÿðåâñêàÿ, 39, 03113 Êèåâ, Óêðàèíà, e-mail: neba79@gmail.com
Òåðìîäèíàìèêà ïðîöåññà ñàæåîáðàçîâàíèÿ
ïðè âûñîêîé êîíöåíòðàöèè âîäîðîäà â ãàçå,
ñîäåðæàùåì ìîíîîêñèä óãëåðîäà
Ðàññìîòðåíà ñèñòåìà, íàõîäÿùàÿñÿ â ñîñòîÿíèè òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ, ïðè
ðàçíûõ òåìïåðàòóðàõ è ñîäåðæàíèè âîäîðîäà â èñõîäíîé ñìåñè ÑÎ + Í2. Ïîêàçàíî,
÷òî ñ ïîâûøåíèåì ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà êîëè÷åñòâî óãëåðîäà, îáðàçîâàâøåãîñÿ â ðàâ-
íîâåñíîé ñèñòåìå â ðàñ÷åòå íà 1 ì3 èñõîäíîé ñìåñè ÑÎ + Í2, ñíèæàåòñÿ. Ïðè ñîäåð-
æàíèè âîäîðîäà áîëåå 57 % íà êðèâîé çàâèñèìîñòè âûõîäà óãëåðîäà îò òåìïåðàòóðû
ïîÿâëÿåòñÿ ìàêñèìóì, à ïðè ñîäåðæàíèè âîäîðîäà ñâûøå 83 % ïðîöåññ óãëåðîäîîáðà-
çîâàíèÿ ïðåêðàùàåòñÿ ïîëíîñòüþ ïðè ëþáîé òåìïåðàòóðå. Âûõîä óãëåðîäà â
çàâèñèìîñòè îò ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà â ðàñ÷åòå íà 1 ì3 ìîíîîêñèäà óãëåðîäà, íàõîäÿ-
ùåãîñÿ â ñìåñè ñ âîäîðîäîì, òàêæå èìååò ìàêñèìóì, êîòîðûé (â çàâèñèìîñòè îò òåì-
ïåðàòóðû) íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå êîíöåíòðàöèé âîäîðîäà îò 33 äî 40 %. Â ýòîì ñëó-
÷àå ïðîèñõîäèò ïåðåðàñïðåäåëåíèå óãëåðîäà â ñèñòåìå â ñòîðîíó ìàêñèìàëüíîãî åãî
íàêîïëåíèÿ â òâåðäîé ôàçå. Ñ ïîâûøåíèåì ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà ñòåïåíü ðàçâèòèÿ ðå-
àêöèè äèñïðîïîðöèîíèðîâàíèÿ óãëåðîäà ïîíèæàåòñÿ, à ðîëü ðåàêöèè Í2 + ÑÎ = Í2Î
+ Ñ âîçðàñòàåò. Â ðåçóëüòàòå ñ ïîâûøåíèåì ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà ñòåïåíü ïðåâðàùå-
íèÿ ìîíîîêñèäà óãëåðîäà ïîíèæàåòñÿ. Áèáë.7, ðèñ. 4, òàáë. 1.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ìîíîîêñèä óãëåðîäà, âîäîðîä, ðåàêöèè óãëåðîäîîáðàçîâàíèÿ è ìåòà-
íèðîâàíèÿ, âûõîä óãëåðîäà.
� Êîòîâ Â.Ã., Ñâÿòåíêî À.Ì., Õîâàâêî À.È., Íåáåñíûé À.À., Ôèëîíåíêî Ä.Ñ., 2014
Îáðàçîâàíèå óãëåðîäà èç ãàçîâîé ôàçû
ïðåäñòàâëÿåò ïðàêòè÷åñêèé èíòåðåñ è èñïîëüçó-
åòñÿ, íàïðèìåð, â ïðîöåññàõ ïðîèçâîäñòâà ñà-
æè, ñàæèñòîãî æåëåçà, óãëåðîäíûõ íàíîìàòå-
ðèàëîâ, ïðè öåìåíòàöèè èçäåëèé (â ìàøèíî-
ñòðîåíèè). Âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ ïðè íàãðåâå ãà-
çîâîé ôàçû ñàæèñòûé óãëåðîä âûäåëÿåòñÿ ïî
ðåàêöèè äèñïðîïîðöèîíèðîâàíèÿ (ðàçëîæåíèÿ)
ìîíîîêñèäà óãëåðîäà:
2 ÑÎ = ÑÎ2 + Ñ. (1)
Êàòàëèçàòîðàìè ýòîé ðåàêöèè ÿâëÿþòñÿ
ñâåæåâîññòàíîâëåííîå æåëåçî, íèêåëü, êîáàëüò,
ïàëëàäèé [1].
Îáû÷íî â òåõíîëîãè÷åñêèõ ãàçàõ, êðîìå
ìîíîîêñèäà óãëåðîäà, ñîäåðæèòñÿ òàêæå è âîäî-
ðîä. Èíîãäà åãî êîíöåíòðàöèÿ äîñòèãàåò âûñî-
êèõ çíà÷åíèé. Íàïðèìåð, â ïðîäóêòàõ âîçäóø-
íîé êîíâåðñèè ïðèðîäíîãî ãàçà ñîäåðæàíèå Í2
ïî÷òè â 2 ðàçà áîëüøå, ÷åì ÑÎ, è äîñòèãàåò
35 % è áîëåå.
Öåëü ðàáîòû — èññëåäîâàòü ïðîöåññ âûäå-
ëåíèÿ óãëåðîäà èç åãî ìîíîîêñèäà â ïðèñóòñòâèè
âûñîêîãî ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà â ãàçîâîé ôàçå.
Ïåðâîíà÷àëüíî ïðîâåäåí òåðìîäèíàìè÷å-
ñêèé àíàëèç ñòåïåíè ðàçâèòèÿ ïðîöåññà îáðàçî-
âàíèÿ óãëåðîäà èç ìîíîîêñèäà óãëåðîäà ïðè
ðàçëè÷íîì ñîäåðæàíèè â íåì âîäîðîäà è ðàç-
íûõ òåìïåðàòóðàõ ïðîöåññà. Ðàñ÷åòû ðàâíîâåñ-
íîãî ñîñòàâà è êîëè÷åñòâà îáðàçóþùåéñÿ ãàçî-
âîé ôàçû, à òàêæå êîëè÷åñòâà âûäåëÿþùåãîñÿ
ïðè ýòîì óãëåðîäà áûëè âûïîëíåíû ñ èñïîëüçî-
âàíèåì êîìïüþòåðíîé ïðîãðàììû, ðàçðàáîòàí-
íîé â Èíñòèòóòå ãàçà ÍÀÍ Óêðàèíû [2]. Èñõî-
äÿ èç ïîëó÷åííûõ ðàñ÷åòíûì ïóòåì äàííûõ,
îïðåäåëÿëè áàëàíñîâîå óðàâíåíèå ñèñòåìû, íà-
õîäÿùåéñÿ â ñîñòîÿíèè òåðìîäèíàìè÷åñêîãî
ðàâíîâåñèÿ:
A CO + B H2 = a CO + b H2 + d CO2 +
+ e H2O + f CH4 + g C, (2)
ãäå À,  — êîëè÷åñòâî ìîíîîêñèäà óãëåðîäà è
âîäîðîäà â èñõîäíîé èõ ñìåñè, ìîëü; a, b, d–g
— êîëè÷åñòâî ñîîòâåòñòâóþùèõ êîìïîíåíòîâ â
ðàâíîâåñíîé ñèñòåìå, ìîëü.
Çàòåì, èñõîäÿ èç ïîëó÷åííîãî áàëàíñîâîãî
óðàâíåíèÿ, áûëè îïðåäåëåíû èíòåðåñóþùèå ïà-
ðàìåòðû ïðîöåññà óãëåðîäîîáðàçîâàíèÿ.
Çàâèñèìîñòü âûõîäà óãëåðîäà (mC — â
ðàñ÷åòå íà 1 ì3 èñõîäíîé ñìåñè ÑÎ + Í2) îò
òåìïåðàòóðû è ñîäåðæàíèÿ â ñìåñè âîäîðîäà
ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ.1. Èç íåãî âèäíî, ÷òî ñ
óâåëè÷åíèåì ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà êîëè÷åñòâî
îáðàçóþùåãîñÿ â ðàññìàòðèâàåìîé ñèñòåìå óã-
ëåðîäà ñíèæàåòñÿ, à ïðè ñîäåðæàíèè âîäîðîäà
ñâûøå 83 % óãëåðîäîîáðàçîâàíèå ïðåêðàùàåòñÿ
ïîëíîñòüþ ïðè ëþáîé òåìïåðàòóðå. Ïðè ñîäåð-
æàíèè âîäîðîäà â èñõîäíîé ñìåñè îêîëî 57 %
íà êðèâîé çàâèñèìîñòè mC = f(t) â äèàïàçîíå
òåìïåðàòóð 462–470 �Ñ ïîÿâëÿåòñÿ åäâà çàìåò-
íûé ðàñòÿíóòûé ìàêñèìóì, êîòîðûé ñ ïîâûøå-
íèåì ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà â ñìåñè ñòàíîâèòñÿ
âñå áîëåå ÷åòêî âûðàæåííûì.
Òåìïåðàòóðû, ñîîòâåòñòâóþùèå ìàêñèìàëü-
íîìó âûõîäó óãëåðîäà, è êîëè÷åñòâî îáðàçóþ-
ùåãîñÿ ïðè ýòèõ òåìïåðàòóðàõ óãëåðîäà â çàâè-
ñèìîñòè îò êîíöåíòðàöèè âîäîðîäà â èñõîäíîé
ñìåñè ÑÎ + Í2 ïðè óñëîâèè äîñòèæåíèÿ ñèñòå-
ìîé ñîñòîÿíèÿ òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ
è Ð = 0,1 ÌÏà ïðåäñòàâëåíû â òàáëèöå.
Ïàðàìåòðû òî÷êè
ýêñòðåìóìà
Ñîäåðæàíèå Í2 â ñìåñè ñ ÑÎ, %
60 65 70 75 80
t, �Ñ 507 546 577 606 643
mÑ, ã/ì3 ÑÎ + Í2 100,8 76,4 52,5 29,7 8,7
Òàêèì îáðàçîì, îáëàñòü ìàêñèìàëüíîãî âû-
äåëåíèÿ óãëåðîäà ñ ïîâûøåíèåì ñîäåðæàíèÿ
âîäîðîäà ñìåùàåòñÿ â ñòîðîíó áîëüøèõ çíà÷å-
íèé òåìïåðàòóðû.
Íàëè÷èå ìàêñèìóìà íà êðèâîé çàâèñèìîñòè
âûõîäà óãëåðîäà îò òåìïåðàòóðû îáúÿñíÿåòñÿ
ïðîòåêàíèåì ðåàêöèé ìåòàíîîáðàçîâàíèÿ, êîòî-
ðûå ïîëó÷àþò èíòåíñèâíîå ðàçâèòèå ïðè ñíèæå-
íèè òåìïåðàòóðû ìåíåå 500 �Ñ [3].  ðåàëüíûõ
óñëîâèÿõ ìåòàëëè÷åñêîå æåëåçî ÿâëÿåòñÿ êàòà-
ëèçàòîðîì íå òîëüêî ðåàêöèè äèñïðîïîðöèîíè-
ðîâàíèÿ ìîíîîêñèäà óãëåðîäà (1), íî è ðåàêöèé
îáðàçîâàíèÿ ìåòàíà [4]. Â ðàññìàòðèâàåìîì
ñëó÷àå íàèáîëåå âåðîÿòíî ïðîòåêàíèå ðåàêöèè
ÑÎ + 3 Í2 = ÑÍ4 + Í2Î. (3)
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2014. ¹ 1 39
Ðèñ.1. Òåðìîäèíàìè÷åñêè âîçìîæíûé âûõîä óãëåðîäà èç
1 ì3 ñìåñè ÑÎ + Í2 â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû ïðè ðàç-
ëè÷íîì ñîäåðæàíèè âîäîðîäà â ñìåñè (öèôðû ó êðèâûõ),
Ð = 0,1 ÌÏà.
Ïðè ñîäåðæàíèè âîäîðîäà â ñìåñè 40–50 %
âëèÿíèå ðåàêöèé ìåòàíîîáðàçîâàíèÿ ñâîäèòñÿ ê
çàìåäëåíèþ òåìïà ðîñòà êîëè÷åñòâà âûäåëÿåìîãî
óãëåðîäà ñ ïîíèæåíèåì òåìïåðàòóðû. Îäíàêî
ïðè ñîäåðæàíèè âîäîðîäà â ãàçå ñâûøå 50 % è
ñíèæåíèè òåìïåðàòóðû íèæå 600–500 �Ñ ïîòðåá-
ëåíèå óãëåðîäà è âîäîðîäà íà îáðàçîâàíèå ÑÍ4
âîçðàñòàåò íàñòîëüêî, ÷òî íà êðèâîé çàâèñèìîñòè
mC = f(t) ïîÿâëÿåòñÿ ìàêñèìóì. À ïðè ñîäåðæà-
íèè âîäîðîäà â ãàçå îêîëî 76 % è âûøå îáðàçîâà-
íèå óãëåðîäà ïîëíîñòüþ ïðåêðàùàåòñÿ ïðè òåìïå-
ðàòóðàõ íèæå 500 �Ñ. Íàáëþäàåòñÿ ïàðàäîêñàëü-
íîå, íà ïåðâûé âçãëÿä, ÿâëåíèå: ïðè ñîäåðæàíèè
âîäîðîäà, íàïðèìåð, 80 % â îáëàñòè òåìïåðàòóð
600–700 �Ñ óãëåðîä âûäåëÿåòñÿ, à ïðè ñíèæåíèè
òåìïåðàòóðû ìåíåå 550 �Ñ — íåò.
Ñ óâåëè÷åíèåì ñîäåð-
æàíèÿ âîäîðîäà êîëè÷åñò-
âî âûäåëÿþùåãîñÿ óãëåðî-
äà â ðàñ÷åòå íà 1 ì3 ñìåñè
ÑÎ + Í2 ìîíîòîííî ñíè-
æàåòñÿ, à â ðàñ÷åòå íà 1 ì3
ìîíîîêñèäà óãëåðîäà, ñî-
äåðæàùåãîñÿ â ñìåñè, êðè-
âàÿ çàâèñèìîñòè âûõîäà
óãëåðîäà (m�C) îò êîíöåí-
òðàöèè Í2 èìååò ìàêñèìóì
(ðèñ.2). Íàïðèìåð, ïðè
òåìïåðàòóðå 650 �Ñ èç 1 ì3
÷èñòîãî ÑÎ îáðàçóåòñÿ
196,4 ã óãëåðîäà, à èç ãàçà,
ñîñòîÿùåãî èç 1 ì3 ÑÎ è
0,43 ì3 Í2 (ñìåñü ñîäåð-
æèò 30 % âîäîðîäà), óãëå-
ðîäà îáðàçóåòñÿ áîëüøå —
213,5 ã. Ìåñòî ðàñïîëîæåíèÿ ìàêñèìóìà âûõî-
äà óãëåðîäà m�C ñëàáî çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû
ïðîöåññà è íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå êîíöåíòðà-
öèé Í2 îò 33 äî 40 %.
Íàëè÷èå ìàêñèìóìà íà êðèâîé çàâèñèìîñòè
m�C = f(H2) ìîæíî îáúÿñíèòü òåì îáñòîÿòåëüñò-
âîì, ÷òî îáðàçîâàíèå óãëåðîäà èäåò íå òîëüêî
ïî ðåàêöèè äèñïðîïîðöèîíèðîâàíèÿ åãî ìîíî-
îêñèäà, íî òàêæå è ïî ðåàêöèè
ÑÎ + Í2 = Í2Î + Ñ, (4)
ïðîòåêàþùåé ïàðàëëåëüíî ñ ðåàêöèåé (1). Òàê
êàê äëÿ îáðàçîâàíèÿ îäíîãî è òîãî æå êîëè÷åñò-
âà óãëåðîäà ïî ðåàêöèè (4) òðåáóåòñÿ â 2 ðàçà
ìåíüøåå êîëè÷åñòâî ìîíîîêñèäà óãëåðîäà, ÷åì
ïî ðåàêöèè (1), òî ïåðâîíà÷àëüíûå äîáàâêè âî-
äîðîäà ïðèâîäÿò ê ðîñòó çíà÷åíèÿ m�C. Ïðè ñî-
äåðæàíèè âîäîðîäà â ãàçå ñâûøå 40 % ïåðâîñòå-
ïåííîå çíà÷åíèå ïðèîáðåòàåò âîçíèêíîâåíèå äå-
ôèöèòà â èñòî÷íèêå ïîëó÷åíèÿ óãëåðîäà — ÑÎ,
â ðåçóëüòàòå çíà÷åíèå m�C ðåçêî óìåíüøàåòñÿ.
Âûâîä î òîì, ÷òî, êðîìå ðåàêöèè (1), òàê-
æå èäåò ðåàêöèÿ (4), ñëåäóåò èç àíàëèçà ðèñ.3,
íà êîòîðîì ïðåäñòàâëåíî äîëåâîå ðàñïðåäåëå-
íèå óãëåðîäà ïî óãëåðîäñîäåðæàùèì êîìïîíåí-
òàì ñèñòåìû ÑÎ — Í2 — ÑÎ2 — Í2Î — ÑÍ4
— Ñ, íàõîäÿùåéñÿ â ðàâíîâåñíîì ñîñòîÿíèè, â
çàâèñèìîñòè îò ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà â èñõîä-
íîé ñìåñè ÑÎ + Í2.
Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì êîíöåí-
òðàöèè âîäîðîäà âûõîä óãëåðîäà mC ñíèæàåòñÿ
(ñì. ðèñ.2), äîëÿ íàõîäÿùåãîñÿ â òâåðäîé ôàçå
óãëåðîäà ÑC (ñì. ðèñ.3) ðàñòåò. Íàïðèìåð, ïðè
òåìïåðàòóðå 500 �Ñ çíà÷åíèå ÑC â ñëó÷àå îòñóò-
ñòâèÿ â ãàçîâîé ôàçå âîäîðîäà ñîñòàâëÿåò îêîëî
50 %, à ïðè ñîäåðæàíèè âîäîðîäà 34 % äîëÿ óã-
ëåðîäà, íàõîäÿùåãîñÿ â òâåðäîé ôàçå, äîñòèãà-
åò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ — ïî÷òè 57,5 %.
40 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2014. ¹ 1
Ðèñ.2. Âûõîä óãëåðîäà â óñëîâèÿõ äîñòèæåíèÿ ñèñòåìîé ñî-
ñòîÿíèÿ òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ â çàâèñèìîñòè îò
ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà â èñõîäíîé ñìåñè ÑÎ + Í2 â ðàñ÷åòå
íà 1 ì3 ÑÎ + Í2 (mÑ) è 1 ì3 ÑÎ (m�Ñ), Ð = 0,1 ÌÏà.
Ðèñ.3. Äîëåâîå ðàñïðåäåëåíèå óãëåðîäà â ðàâíîâåñíîé ñèñòåìå (ÑÑÎ + ÑÑÎ2 + ÑÑÍ4 +
ÑÑ = 100 %) â çàâèñèìîñòè îò ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà â èñõîäíîé ñìåñè ÑÎ + Í2 ïðè òåì-
ïåðàòóðå 650 (à) è 500 �Ñ (á), Ð = 0,1 ÌÏà.
Òàêèì îáðàçîì, ïîâûøåíèå êîíöåíòðàöèè Í2 â
èñõîäíîé ñìåñè ÑÎ + Í2 äî 30–35 % âåäåò ê
ïåðåðàñïðåäåëåíèþ óãëåðîäà â ñèñòåìå â ñòîðî-
íó åãî íàêîïëåíèÿ â òâåðäîé ôàçå, ÷òî ÿâëÿåòñÿ
ñëåäñòâèåì ïðîòåêàíèÿ ðåàêöèè (4).
Ïðè òåìïåðàòóðå 500 �Ñ ñòåïåíü ïðåâðàùå-
íèÿ ìîíîîêñèäà óãëåðîäà â ñëó÷àå äîñòèæåíèÿ
ñèñòåìîé ðàâíîâåñíîãî ñîñòîÿíèÿ äîñòèãàåò
96–97 % è ñëàáî çàâèñèò îò ñîäåðæàíèÿ âîäîðî-
äà â ãàçîâîé ôàçå (ðèñ.4).
Ñòåïåíü ïðåâðàùåíèÿ ÑÎ ðàññ÷èòûâàëè ïî
âûðàæåíèþ
�CO = (1 – CO/CO0)·100 %, (5)
ãäå ÑÎ0, ÑÎ — êîëè÷åñòâî ìîíîîêñèäà óãëåðî-
äà â ïîñòóïàþùåì íà ïðîöåññ ãàçå è â îòõîäÿ-
ùåì, ìîëü (ì3).
Ïðî÷íîñòü ñâÿçè àòîìîâ óãëåðîäà è êèñëî-
ðîäà â ìîëåêóëå ÑÎ ðàñòåò ñ ïîâûøåíèåì òåì-
ïåðàòóðû [5], ïîýòîìó ïîâûøåíèå ïîñëåäíåé îò
500 äî 650 �Ñ âåäåò ê çàìåòíîìó ñíèæåíèþ ñòå-
ïåíè ïðåâðàùåíèÿ ìîíîîêñèäà óãëåðîäà (ñì.
ðèñ.4). Ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû òåìï ñíè-
æåíèÿ çíà÷åíèÿ �CO ñ ðîñòîì ñîäåðæàíèÿ âîäî-
ðîäà óâåëè÷èâàåòñÿ.
Òàê êàê ðåàêöèÿ (1) ïðîòåêàåò ñ óìåíüøå-
íèåì îáúåìà, òî ñíèæåíèå èíòåíñèâíîñòè åå
ðàçâèòèÿ ïðè óâåëè÷åíèè ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà
â ãàçîâîé ôàçå âåäåò ê ïîñëåäîâàòåëüíîìó ðîñòó
óäåëüíîãî âûõîäà ãàçà Vã (ñì. ðèñ.4). Ïðè òåì-
ïåðàòóðå 500 �Ñ íà êðèâûõ çàâèñèìîñòåé �CO =
f(H2) è Vã = f(H2) èìååòñÿ èçëîì, ÷òî ñâÿçàíî
ñ ïðåêðàùåíèåì îáðàçîâàíèÿ óãëåðîäà ïðè ñî-
äåðæàíèè âîäîðîäà â ñìåñè ñâûøå 77,2 %.
Òàêèì îáðàçîì, ñ òåðìîäèíàìè÷åñêîé òî÷êè
çðåíèÿ ïðè óñëîâèè äîñòèæåíèÿ ðàññìàòðèâàå-
ìîé ñèñòåìîé ðàâíîâåñíîãî ñîñòîÿíèÿ äîáàâêà
âîäîðîäà ê ìîíîîêñèäó óãëåðîäà äîëæíà ïîíè-
æàòü êîëè÷åñòâî îáðàçóþùåãîñÿ óãëåðîäà. Íà-
áëþäàåìîå â ýêñïåðèìåíòàëüíûõ óñëîâèÿõ [6]
çàìåòíîå ïîâûøåíèå ñêîðîñòè âûäåëåíèÿ óãëå-
ðîäà ïðè äîáàâêå Í2 ê ÑÎ ìîæíî îáúÿñíèòü
ñóùåñòâåííûì âëèÿíèåì âîäîðîäà íà êèíåòèêó
ïðîòåêàíèÿ ïðîöåññà óãëåðîäîîáðàçîâàíèÿ èç
ìîíîîêñèäà óãëåðîäà. Èçâåñòíî [7], ÷òî âàæ-
íåéøóþ ðîëü â ìåõàíèçìå ïðîòåêàíèÿ íåêîòî-
ðûõ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé èãðàåò ïðèñóòñòâèå â
ãàçîâîé ôàçå àòîìîâ, ðàäèêàëîâ, â ÷àñòíîñòè,
àòîìîâ âîäîðîäà.
Âûâîäû
 óñëîâèÿõ äîñòèæåíèÿ ñèñòåìîé ñîñòîÿíèÿ
òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ äîáàâêè âîäî-
ðîäà ê ìîíîîêñèäó óãëåðîäà âåäóò ê ñíèæåíèþ
êîëè÷åñòâà îáðàçóþùåãîñÿ óãëåðîäà â ðàñ÷åòå
íà 1 ì3 èñõîäíîé ñìåñè ÑÎ + Í2. Îäíàêî â
ðàñ÷åòå íà 1 ì3 ÑÎ êðèâàÿ çàâèñèìîñòè âûõîäà
óãëåðîäà îò ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà â ñìåñè èìååò
ìàêñèìóì, çàâèñÿùèé îò òåìïåðàòóðû ïðîöåññà
óãëåðîäîîáðàçîâàíèÿ. Ïî ìåðå ïîâûøåíèÿ êîí-
öåíòðàöèè âîäîðîäà èíòåíñèâíîñòü ðàçâèòèÿ ðå-
àêöèè äèñïðîïîðöèîíèðîâàíèÿ óãëåðîäà ñíèæà-
åòñÿ, è âñå áîëüøåå ðàçâèòèå ïîëó÷àåò ðåàêöèÿ
ÑÎ + Í2 = Í2Î + Ñ. Â ðåçóëüòàòå ñòåïåíü ïðå-
âðàùåíèÿ ìîíîîêñèäà óãëåðîäà ñíèæàåòñÿ, à
âûõîä ãàçà ñ óâåëè÷åíèåì ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà
ðàñòåò. Ïðè ñîäåðæàíèè âîäîðîäà â ñìåñè ñ ÑÎ
áîëåå 83 % ïðîöåññ óãëåðîäîîáðàçîâàíèÿ ïðå-
êðàùàåòñÿ ïîëíîñòüþ ïðè ëþáîé òåìïåðàòóðå.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
1. Êàòàëèòè÷åñêèå ñâîéñòâà âåùåñòâ : Ñïðàâ. / Ïîä
ðåä. Â.À.Ðîéòåðà. — Êèåâ : Íàóê. äóìêà, 1968.
— 1462 ñ.
2. Áîíäàðåíêî Á.²., Áåçóãëèé Â.Ê. Ïîòåíö³àëè
êîìïîíåíò³â ô³çèêî-õ³ì³÷íèõ ñèñòåì. — Êè¿â :
Àêàäåìïåð³îäèêà, 2002. — 125 ñ.
3. Ñïðàâî÷íèê àçîò÷èêà / Ïîä. ðåä. Å.ß.Ìåëüíèêî-
âà. — Ì. : Õèìèÿ, 1987. — 464 ñ.
4. Ñïðàâî÷íîå ðóêîâîäñòâî ïî êàòàëèçàòîðàì äëÿ
ïðîèçâîäñòâà àììèàêà è âîäîðîäà / Ïîä ðåä.
Â.Ï.Ñåìåíîâà. — Ë. : Õèìèÿ, 1973. — 245 ñ.
5. Ôèëèïïîâ Ñ.È. Òåîðèÿ ìåòàëëóðãè÷åñêèõ ïðî-
öåññîâ. — Ì. : Ìåòàëëóðãèÿ, 1967. — 279 ñ.
6. Àìîñåíîê È.È., Õîäîñ À.ß., Êîëåñíèê Í.Ô., Êó-
äèåâñêèé Ñ.Ñ. Êèíåòè÷åñêèå çàêîíîìåðíîñòè äèñ-
ïðîïîðöèîíèðîâàíèÿ ÑÎ â ïðèñóòñòâèè âîäîðîäà
// Èçâ. âóçîâ. ×åðíàÿ ìåòàëëóðãèÿ. — 1990. —
¹ 3. — Ñ. 4–6.
7. Ëàâðîâ Í.Â., Ðîçåíôåëüä Ý.È., Õàóñòîâè÷ Ã.Ï.
Ïðîöåññû ãîðåíèÿ òîïëèâà è çàùèòà îêðóæàþùåé
ñðåäû. — Ì. : Ìåòàëëóðãèÿ, 1981. — 240 ñ.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 12.02.14
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2014. ¹ 1 41
Ðèñ.4. Ñòåïåíü ïðåâðàùåíèÿ ìîíîîêñèäà óãëåðîäà �CO
(ñïëîøíûå ëèíèè) è óäåëüíûé âûõîä ãàçà Vã (ïóíêòèðíûå
ëèíèè) â çàâèñèìîñòè îò ñîäåðæàíèÿ âîäîðîäà â ñìåñè ÑÎ
+ Í2 ïðè òåìïåðàòóðå äîñòèæåíèÿ ðàâíîâåñíîãî ñîñòîÿíèÿ
500 è 650 �Ñ è Ð = 0,1 ÌÏà.
42 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2014. ¹ 1
Êîòîâ Â.Ã., êàíä. òåõí. íàóê, Ñâÿòåíêî Î.Ì., êàíä. òåõí. íàóê,
Õîâàâêî Î.²., êàíä. òåõí. íàóê, Íåáåñíèé À.À., Ô³ëîíåíêî Ä.Ñ.
²íñòèòóò ãàçó ÍÀÍ Óêðà¿íè, Êè¿â
âóë. Äåãòÿð³âñüêà, 39, 03113 Êè¿â, Óêðà¿íà, e-mail: neba79@gmail.com
Òåðìîäèíàì³êà ïðîöåñó óòâîðåííÿ ñàæ³
ïðè âèñîê³é êîíöåíòðàö³¿ âîäíþ ó ãàç³,
ùî ì³ñòèòü ìîíîîêñèä âóãëåöþ
Ðîçãëÿíóòî ñèñòåìó, ÿêà çíàõîäèòüñÿ ó ñòàí³ òåðìîäèíàì³÷íî¿ ð³âíîâàãè, ïðè ð³çíèõ
òåìïåðàòóðàõ òà âì³ñò³ âîäíþ ó âèõ³äí³é ñóì³ø³ ÑÎ + Í2. Ïîêàçàíî, ùî ç ï³äâèùåí-
íÿì âì³ñòó âîäíþ ê³ëüê³ñòü âóãëåöþ, ùî óòâîðèâñÿ ó ð³âíîâàæí³é ñèñòåì³ ó ðîçðàõóí-
êó íà 1 ì3 âèõ³äíî¿ ñóì³ø³ ÑÎ + Í2, çìåíøóºòüñÿ. Ïðè âì³ñò³ âîäíþ á³ëüøå 57 % íà
êðèâ³é çàëåæíîñò³ âèõîäó âóãëåöþ â³ä òåìïåðàòóðè ç’ÿâëÿºòüñÿ ìàêñèìóì, à ïðè
âì³ñò³ âîäíþ ïîíàä 83 % ïðîöåñ óòâîðåííÿ ñàæ³ ïðèïèíÿºòüñÿ ïîâí³ñòþ ïðè áóäü-ÿê³é
òåìïåðàòóð³. Âèõ³ä âóãëåöþ â çàëåæíîñò³ â³ä âì³ñòó âîäíþ ó ðîçðàõóíêó íà 1 ì3 ìî-
íîîêñèäó âóãëåöþ, ùî çíàõîäèòüñÿ ó ñóì³ø³ ç âîäíåì, òàêîæ ìຠìàêñèìóì, ÿêèé (ó çà-
ëåæíîñò³ â³ä òåìïåðàòóðè) çíàõîäèòüñÿ ó ä³àïàçîí³ êîíöåíòðàö³é âîäíþ â³ä 33 äî 40 %.
Ó öüîìó âèïàäêó â³äáóâàºòüñÿ ïåðåðîçïîä³ë âóãëåöþ â ñèñòåì³ ó á³ê ìàêñèìàëüíîãî
éîãî íàêîïè÷åííÿ ó òâåðä³é ôàç³. Ç ï³äâèùåííÿì âì³ñòó âîäíþ ñòóï³íü ðîçâèòêó ðåàê-
ö³¿ äèñïðîïîðö³îíóâàííÿ âóãëåöþ çíèæóºòüñÿ, à ðîëü ðåàêö³¿ Í2 + ÑÎ = Í2Î + Ñ
çðîñòàº. Ó ðåçóëüòàò³ ç ï³äâèùåííÿì âì³ñòó âîäíþ ñòóï³íü ïåðåòâîðåííÿ ìîíîîêñèäó
âóãëåöþ çíèæóºòüñÿ. Á³áë. 7, ðèñ. 4, òàáë. 1.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: ìîíîîêñèä âóãëåöþ, âîäåíü, ðåàêö³¿ óòâîðåííÿ âóãëåöþ òà ìåòàíóâàí-
íÿ, âèõ³ä âóãëåöþ.
Kotov V.G., Candidate of Technical Science,
Sviatenko O.M., Candidate of Technical Science,
Khovavko A.I., Candidate of Technical Science,
Nebesniy A.A., Filonenko D.S.
The Gas Institute of National Academy of Science of Ukraine, Kiev
39, Degtyarivska Str., 03113 Kiev, Ukraine, e-mail: neba79@gmail.com
Thermodynamics of Carbon-Black Formation Process
at High Hydrogen Concentration in Gas
which Contains Carbon Monoxide
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 sys-
tem 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 in-
creasing, the conversion of carbon monoxide reduces. Bibl. 7, Fig. 4, Table 1.
Key words: carbon monoxide, hydrogen, reaction of carbon formation and methanation,
carbon yield.
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2014. ¹ 1 43
References
1. Kataliticheskie svojstva veshhestv. Spravochnik.
Ed. V.A. Rojter. Kiev: Naukova dumka, 1968,
1462 p. (Rus.)
2. Bondarenko B.²., Bezuglij V.K. Potenc³ali kom-
ponent³v f³ziko-h³m³chnih sistem. Kiev :
Akademper³odika, 2002, 125 p. (Ukr.)
3. Spravochnik azotchika. Ed. E.Ya.Mel’nikova. Mos-
cow : Himija, 1987, 464 p. (Rus.)
4. Spravochnoe rukovodstvo po katalizatoram dlja
proizvodstva ammiaka i vodoroda. Ed.
V.P.Semenova. Leningrad : Himija, 1973, 245 p.
(Rus.)
5. Filippov S.I. Teorija metallurgicheskih processov.
Moscow : Metallurgija, 1967, 279 p. (Rus.)
6. Amosenok I.I., Hodos A.Ja., Kolesnik N.F.,
Kudievskij S.S. Kineticheskie zakonomernosti
disproporcionirovanija CO v prisutstvii vodoroda.
Izvestiya vuzov. Chernaja metallurgija, 1990, (3),
pp. 4–6. (Rus.)
7. Lavrov N.V., Rozenfel’d Je.I., Haustovich G.P.
Processy gorenija topliva i zashhita okruzhajushhej
sredy. Moscow : Metallurgija, 1981, 240 p. (Rus.)
Received February 12, 2014
ÝÊÂÀÒÝÊ–2014
11-é ìåæäóíàðîäíûé âîäíûé ôîðóì
«Âîäà: ýêîëîãèÿ è òåõíîëîãèÿ»
3-6 èþíÿ 2014, ÌÂÖ «Êðîêóñ Ýêñïî», Ìîñêâà, Ðîññèÿ
Âûñòàâêà è êîíãðåññ ÝÊÂÀÒÝÊ – âîäíûé Ôîðóì ¹1 â Ðîññèè, ÑÍà è Âîñòî÷íîé Åâ-
ðîïå. Òåìàòèêà Ôîðóìà îõâàòûâàåò âåñü ñïåêòð ïðîáëåì âîäîïîäãîòîâêè, âîäîîòâîäà
è âîäîñíàáæåíèÿ êîììóíàëüíîãî è ïðîìûøëåííîãî ñåêòîðà, ðàçâåäêè è äîáû÷è ïîä-
âîäíûõ âîä, äèàãíîñòèêè è ýêñïëóàòàöèè èíæåíåðíûõ êîììóíèêàöèé.
Çíà÷èòåëüíîå ìåñòî â ðàáîòå âûñòàâêè è ìåðîïðèÿòèÿõ äåëîâîé ïðîãðàììû ÝÊÂÀÒÝÊ-2014
çàéìóò ñëåäóþùèå âîïðîñû:
— ýíåðãîñáåðåæåíèå è ïîâûøåíèå ýíåðãîýôôåêòèâíîñòè íà ïðåäïðèÿòèÿõ âîäîïðî-
âîäíî-êîììóíàëüíîãî õîçÿéñòâà,
– ñíèæåíèå ýíåðãîçàòðàò è ïîâûøåíèå ýíåðãîýôåêòèâíîñòè ïðè âîäîïîäãîòîâêå è î÷è-
ñòêå ñòî÷íûõ âîä ïðîìûøëåííûõ ïðåäïðèÿòèé.
ÝÊÂÀÒÝÊ — ýòî 850 ó÷àñòíèêîâ áîëåå ÷åì èç 30 ñòðàí, 20 000 ì2 âûñòàâî÷íîé ïëî-
ùàäè, 12 000 ïîñåòèòåëåé-ñïåöèàëèñòîâ.
ÏÐÈÃËÀØÀÅÌ ÏÐÈÍßÒÜ Ó×ÀÑÒÈÅ Â ÂÛÑÒÀÂÊÅ ÝÊÂÀÒÝÊ-2014
È ÌÅÐÎÏÐÈßÒÈßÕ ÄÅËÎÂÎÉ ÏÐÎÃÐÀÌÌÛ
Ïîäðîáíàÿ èíôîðìàöèÿ î Ôîðóìå íà ñàéòå: www.ecwatech.ru
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-127270 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-3482 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:17:38Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут газу НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Котов, В.Г. Святенко, А.М. Ховавко, А.И. Небесный, А.А. Филоненко, Д.С. 2017-12-16T15:27:08Z 2017-12-16T15:27:08Z 2014 Термодинамика процесса сажеобразования при высокой концентрации водорода в газе, содержащем монооксид углерода / В.Г. Котов, А.М. Святенко, А.И. Ховавко, А.А. Небесный, Д.С. Филоненко // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2014. — № 1. — С. 38-43. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0235-3482 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127270 661.96:661.993 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. ru Інститут газу НАН України Энерготехнологии и ресурсосбережение Переработка сырья и ресурсосбережение Термодинамика процесса сажеобразования при высокой концентрации водорода в газе, содержащем монооксид углерода Термодинаміка процесу утворення сажі при високій концентрації водню у газі, що містить монооксид вуглецю Thermodynamics of Carbon-Black For- mation Process at High Hydrogen Concentration in Gas which Contains Carbon Monoxide Article published earlier |
| spellingShingle | Термодинамика процесса сажеобразования при высокой концентрации водорода в газе, содержащем монооксид углерода Котов, В.Г. Святенко, А.М. Ховавко, А.И. Небесный, А.А. Филоненко, Д.С. Переработка сырья и ресурсосбережение |
| title | Термодинамика процесса сажеобразования при высокой концентрации водорода в газе, содержащем монооксид углерода |
| title_alt | Термодинаміка процесу утворення сажі при високій концентрації водню у газі, що містить монооксид вуглецю Thermodynamics of Carbon-Black For- mation Process at High Hydrogen Concentration in Gas which Contains Carbon Monoxide |
| title_full | Термодинамика процесса сажеобразования при высокой концентрации водорода в газе, содержащем монооксид углерода |
| title_fullStr | Термодинамика процесса сажеобразования при высокой концентрации водорода в газе, содержащем монооксид углерода |
| title_full_unstemmed | Термодинамика процесса сажеобразования при высокой концентрации водорода в газе, содержащем монооксид углерода |
| title_short | Термодинамика процесса сажеобразования при высокой концентрации водорода в газе, содержащем монооксид углерода |
| title_sort | термодинамика процесса сажеобразования при высокой концентрации водорода в газе, содержащем монооксид углерода |
| topic | Переработка сырья и ресурсосбережение |
| topic_facet | Переработка сырья и ресурсосбережение |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127270 |
| work_keys_str_mv | AT kotovvg termodinamikaprocessasažeobrazovaniâprivysokoikoncentraciivodorodavgazesoderžaŝemmonooksidugleroda AT svâtenkoam termodinamikaprocessasažeobrazovaniâprivysokoikoncentraciivodorodavgazesoderžaŝemmonooksidugleroda AT hovavkoai termodinamikaprocessasažeobrazovaniâprivysokoikoncentraciivodorodavgazesoderžaŝemmonooksidugleroda AT nebesnyiaa termodinamikaprocessasažeobrazovaniâprivysokoikoncentraciivodorodavgazesoderžaŝemmonooksidugleroda AT filonenkods termodinamikaprocessasažeobrazovaniâprivysokoikoncentraciivodorodavgazesoderžaŝemmonooksidugleroda AT kotovvg termodinamíkaprocesuutvorennâsažíprivisokíikoncentracíívodnûugazíŝomístitʹmonooksidvuglecû AT svâtenkoam termodinamíkaprocesuutvorennâsažíprivisokíikoncentracíívodnûugazíŝomístitʹmonooksidvuglecû AT hovavkoai termodinamíkaprocesuutvorennâsažíprivisokíikoncentracíívodnûugazíŝomístitʹmonooksidvuglecû AT nebesnyiaa termodinamíkaprocesuutvorennâsažíprivisokíikoncentracíívodnûugazíŝomístitʹmonooksidvuglecû AT filonenkods termodinamíkaprocesuutvorennâsažíprivisokíikoncentracíívodnûugazíŝomístitʹmonooksidvuglecû AT kotovvg thermodynamicsofcarbonblackformationprocessathighhydrogenconcentrationingaswhichcontainscarbonmonoxide AT svâtenkoam thermodynamicsofcarbonblackformationprocessathighhydrogenconcentrationingaswhichcontainscarbonmonoxide AT hovavkoai thermodynamicsofcarbonblackformationprocessathighhydrogenconcentrationingaswhichcontainscarbonmonoxide AT nebesnyiaa thermodynamicsofcarbonblackformationprocessathighhydrogenconcentrationingaswhichcontainscarbonmonoxide AT filonenkods thermodynamicsofcarbonblackformationprocessathighhydrogenconcentrationingaswhichcontainscarbonmonoxide |