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, м3/м3................................................................. 9,5-М0,0
Природный газ, м3/м3............................................................. 9,0-f-9,5
Газы нефтепереработки, м3/м3................................................. 14,5-^-16,0
Коксовый газ, м3/м3................................................................. 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).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.