Физические методы переработки и использования газа: Учебное пособие, страница 85

Кислород внутри пламени отсутствует в случае раз­дельной подачи углеводородов и воздуха; эта зона ха­рактеризуется термическим разложением углеводородов.

При этом кислород воздуха и продукты разложения углеводородов диффундируют к фронту горения, где и

■ 183



Рис. VIII. 1. Диффузионное пламя горения углеводородов в воздухе:

а — стационарное пламенное горе­ние; б — горение жидкого углево­дорода.

1 — горелка; 2 — капля; 3 —- зона паров углеводородов; 4 — зона обра­зования сажи и водорода; 5 — фронт горения; 6 — зона смеси воз­духа с продуктами горения; 7 — зо­на чистого воздуха


наблюдается реакция между ними с образованием дву­окиси углерода и водяных паров.

Скорость диффузии при этом характеризует скорость горения углеводородов в пламени. Такое пламя назы­вают диффузионным, оно бывает ламинарным и турбу­лентным.

Ламинарное диффузионное пламя характеризуется тем, что в пламени углеводороды, воздух и продукты го­рения движутся ламинарно, т. е. с небольшой скоростью, образуя параллельные потоки без завихрений.

Молекулы углеводорода, диффундирующие к фронту горения, проходят зоны высоких температур и, не дости­гая фронта горения, подвергаются термическому разло­жению с образованием сажи и водорода. Водород реаги­рует с продуктами горения (двуокисью углерода и водя­ным паром) и полностью сгорает во фронте пламени. Чем больше размеры пламени, тем дальше от фронта горения происходит образование сажи и тем ниже ее ди­сперсность.

При высоких концентрациях сажи в пламени темпе­ратура в вершине пламени существенно снижается и са­жа, проходя зоны, где имеется кислород воздуха, не ус­певает сгорать. Такое пламя носит название коптящего.

На сажевых заводах в маленьких горелках газ прак­тически полностью сгорает. Поэтому верхнюю часть пламени охлаждают посредством осадительной поверх­ности, на высоте 50-^70% от высоты пламени.

Турбулентное диффузионное пламя — пламя, в кото­ром потоки газов движутся с завихрениями. Сгорание газа в таком пламени такое же, как и в ламинарном пламени по причине взаимной диффузии воздуха и про184


дуктов разложения через фронт горения. Такой фронт неустойчив — существование его измеряется 0,01 — 0,001 с, и далее пламя разрушается новыми вихрями, ко­торые поджигаются соседними горящими вихрями и об­разуют новые фронты горения. Таким образом, турбу­лентный факел — это множество возникающих и гасну­щих фронтов горения с очень развитой поверхностью го­рения. Поэтому в турбулентном пламени процессы горе­ния на 2—3 порядка интенсивнее, чем в ламинарном.

Наряду с сажей при неполном сгорании образуются: двуокись и окись углерода, водород, азот, водяной пар и в незначительном количестве метан. Когда в сырье имеются сернистые соединения, то в продуктах сгора­ния бывают сероводород и сероуглерод.

При этом в реакционной зоне температура достигает выше 1000 °С и протекают следующие реакции:

СО2 + Н2 ^ СО + Н2О

С + СО2 -> 2СО С + Н2О -> СО + Н2.

Наличие водяного пара не оказывает влияния на свойства сажи, а взаимодействие сажи с двуокисью уг­лерода и водяным паром снижает ее выход.

При осаждении сажи из пламени на охлажденную поверхность происходит реакция окисления сажи.

2С + О2 -► 2СО и С + О2 -> СО2

и. в результате получается сажа с окисленной поверхно­стью. Чтобы исключить побочные реакции газосажевую смесь охлаждают (водой или вводом охлажденной по­верхности).

§ 2. СВОЙСТВАСАЖИИЕЕПРИМЕНЕНИЕ

Сажа — продукт неполного сгорания или термиче­ского разложения органических веществ, состоящий в основном из углерода. Она состоит из частиц размером от 9 до 600 мкм, образующих разветвленные цепочки, форма каждой из которых близка к сферической.

Сажа — полидисперсное вещество, т. е. она содержит частицы различной величины. Средний арифметический

■   185