Физические методы переработки и использования газа: Учебное пособие, страница 84

Этот процесс можно упрощенно рассматривать так. Молекулы углеводородов при высокой температуре рас­падаются на свободные углеводородные радикалы и ато­мы водорода. Эти радикалы взаимодействуют друг с другом с образованием новых радикалов и молекул тер­мостойких соединений, которые являются основой буду­щих сажевых частиц. В зоне реакции образующиеся но­вые углеводородные радикалы присоединяются к уже су­ществующим радикалам; идет процесс формирования атомов углерода в кристаллические образования, а са­жевых кристаллов — в частицы сажи. Чем выше темпе­ратура в реакционной зоне, тем больше скорость саже-образования. Размер сажевых частиц зависит от темпе­ратуры и чем она выше, тем меньше диаметр сажевых частиц. Повышение температуры процесса и уменьше­ние времени пребывания частиц сажи в зоне реакции приводит к получению более дисперсной сажи. Исполь­зование только природного газа в качестве сырья при­водит к получению мелкодисперсной сажи (удельная по­верхность 12—16 м2/г).

Если сырье состоит из 50 об. % природного газа и 50 об. % отходящих газов производства, состоящих на 90 об. % из водорода, то удельная поверхность сажи увет личивается до 20 м2/г.

Скорость образования сажевых частиц повышается, если в исходном газе содержится 1 % кислорода или окиси этилена. Присутствие же в сырье пропилена или окиси азота замедляет процесс.

Причина формирования сажевых частиц — их соуда­рение. На структурирование частиц сажи оказывают влияние температура процесса, время пребывания ча­стиц сажи в реакционном объеме, аэродинамические и другие условия.

Чтобы получить сажу, необходимо начать процесс горения, для чего топливо должно быть нагрето до тем­пературы воспламенения (температурой воспламенения называют температуру, при которой горючие вещества воспламеняются и продолжают гореть). Таким обра­зом, начавшийся процесс горения может продолжаться, если при сгорании топлива (газа) выделяется теплота,

182


достаточная для поддержания температуры его воспла­менения. В противном слуаче горение прекращается.

Академик Н. Н. Семенов, изучая процесс горения, пришел к выводу, что энергия, выделяющаяся при го­рении газа, в первый момент после реакции сосредото­чивается в образующихся при реакции обломках моле­кул или радикалах, которые, обладая избыточной энер­гией, вновь вступают в реакцию. Таким образом, проис­ходит цепной процесс. Под влиянием выделяющейся при этих реакциях теплоты разлагаются углеводороды (газ) и продукты горения нагреваются до высокой темпера­туры.

Для полного сгорания топлива (газа) необходимо знать потребное количество воздуха, продуктов сгорания и их температуру.

Теоретически необходимое количество воздуха (м3) для полного сжигания горючего, применяемого в саже­вом производстве (при 0°С и 0,1 МПа), приведено ниже.

Зеленое масло, м3/кг............................................. 10,5—10,7

Термогазойль, м3/кг...........................................        10,6

Экстракты каталитического газойля, м3/кг   .       10,5

Антраценовое масло, м3/кг...............................    9,8-^-10,0

Нефтяной газ, м33.................................................................    9,5-М0,0

Природный газ, м33.............................................................    9,0-f-9,5

Газы нефтепереработки, м33................................................. 14,5-^-16,0

Коксовый газ, м33.................................................................    4,5-f-5,0

При сжигании жидких горючих веществ необходимо для полного их сгорания подавать на 20—25% воздуха больше и на 5—10% при сжигании газообразных ве­ществ.

Для расчета процесса горения следует знать величи­ну теплотворной способности топлива, а для неполного сгорания — теплотворную способность образующихся го­рючих веществ.

При сгорании углеводородов образуется пламя, ко­торое характеризуется тонким (до ОД мм) фронтом го­рения (рис. VIII.1).