R = 0,5c0/(0,5c0 + CO2),
Где СО и CO2 — содержание в отходящих газах.
(111)
Скорость окисления углерода связана с реакционной способностью газа-восстановителя простой зависимостью:
Где g— расход CO2 на реакцию газификации.
Ход процесса газификации твердого углерода рассмотрен в последнее время достаточно подробно. Сравнение различных коксов показало, что они существенно различаются по своей реакционной способности. Так, донецкий кокс реагирует с CO2 в 1,4 раза интенсивнее, чем кузнецкий, и 1,8 раза интенсивнее, чем череповецкий. Авторы объясняют это различной пористой структурой коксов. Удельная поверхность пор размером больше 50 нм для череповецкого, кузнецкого и донецкого коксов составляет соответственно 0,61; 0,72 и 0,88 м2/г. Проведенный в указанных работах теоретический анализ влияния давления на скорость газификации углерода показал, что эта связь должна носить экстремальный характер, а положение экстремума зависит от радиуса пор в куске восстановителя, расхода газа и температуры. Появление экстремума объясняется действием двух факторов. С одной стороны, с ростом давления и уменьшением длины свободного пробега молекул все большее количество пор становится доступным газу и наступает момент, Когда дальнейшее повышение давления практически не влияет на скорость газификации углерода. С другой стороны, с ростом давления должна увеличиваться концентрация продук – job реакции в газе, что снижает разность текущей и равновесной концентрации CO2 и, следовательно, снижает скорость процесса.
Опытные данные, приведенные на рис. 11 и 12, свиде – тельствуют о том, что с ростом давления процесс газификации ускоряется, однако каждое последующее повышение давления оказывает меньший эффект. Экстремума в указанных опытах (до давления 600 кПа) не обнаружено, что и было предсказано расчетом. Зависимость скорости газификации углерода от давления для указанных материалов хорошо описывается формулой (109) при п ~ 0,3.
100 300 500 700 Р, кПа
V, мг/мин 20
Ряс. 11. Влияние давления на скорость взаимодействия СО, с углеродом (900 0C) кокса: г
1 — череповецкого; 2 — кузнецкого; 3 — донецкого
100 300 500р, к Па
Рве. 12. Влияние давления на скорость взаимодействия CO2 с кузнецким коксом при различных температурах, 0C: 1 — 950; 2 — 900; 3 — 850
Влияние давления на процесс восстановления при обжиге рудоугольных окатышей исследовано Д. И.Першеевым[5]. При обжиге рудоугольных окатышей с ростом давления процесс восстановления существенно ускорялся и снижался расход восстановителя. Ускорение процессов связано с влиянием давления на оба звена прямого восстановления: восстановление оксидов железа оксидом углерода и газификацию углерода углекислотой. Зависимость степени металлизации от давления также описывается уравнением (109). Подтверждено ранее предсказанное явление о падении эффекта с повышением давления.
Влияние расхода газа-восстановителя * * 9
% \
По данным многочисленных исследований, повышение до определенного предела расхода газа-восстановителя значительно ускоряет процесс восстановления. При небольших расходах газа скорость процесса пропорциональна массовой скорости газа-восстановителя. При дальнейшем повышении его расхода процесс вое становления ускоряется в меньшей степени, и после достижения критического значения он практически не влияет на скорость восстановления (рис.13).