Термодинамический анализ системы H2 – O2 – C

Abstract

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 выполнен 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. In a heterogeneous mixture of (H2 – O2 – C) at elevated temperatures as a result of oxidation reactions, reaction of water gas and two reactions of carbon gasification a gas mixtures (H2 – H2O – CO – CO2) is formed. In work thermodynamic analysis of possible processes is perform, going at temperatures of 700 –1500 K in the system (H2 – O2 – C). The equilibrium parameters a gas mixtures (compositions and oxidation – reduce innovative properties) are determined. In any gas mixture containing H2O and (or) CO2, a very low concentration of oxygen formed as a result of the dissociation of H2O and CO2 is usually determined by the value of lg(pO2 , atm). At a given total pressure, this value is calculated from the composition of the gas mixture and reference information for H2O or CO2 dissociation reactions. The results of the analysis are represented by two nomograms. First, such nomograms are illustrative, alternative tabular, way of presenting a very extensive information on the properties of complex gas mixtures. Second, using nomograms and reference information on equilibrium pressure of dissociation of metal oxides it is possible to estimate parameters of reduce of these oxides. In binary gas mixtures (CO – CO2) and water gas (H2 – H2O – CO – CO2) in certain combinations of composition and temperatures may form carbon black. By that the existence of restrictions at temperatures below ~ 1100 K in production of water gas with any concentration components. Various technological and economic options are available of the appropriate of the methods of producing gas mixtures. In particular, when heated water vapor in contact with are overweight of carbon up to ~ 1100 K can be obtained practically clean equimolar mixture (H2 – CO) with high reduction potential. Introduction to this system of hydrogen allows the gas mixture with any information arbitrarily low pressure of oxygen, and this makes thermodynamically possible reduce of oxide of any metal. The expediency of representation is analyzed three-dimensional diagram, built on concentration triangle “H2 – O2 – C”. Reaction accounting methane formation leads to noticeable changes in the gas mixture parameters only at temperatures below about 900 K.