Макрокинетическое моделирование сверхадиабатического фильтрационного горения углеродосодержащих материалов

• Автор: Беккер, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 211 с. : ил.

.♦ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Источники углеродосодержащих отходов

2. Технологии термического обезвреживания

углеродосодержащих отходов

* 3. Сверхадиабатическая газификация углеродосодержащих отходов

3.1. Технологическая схема сверхадиабатической переработки

низкосортных топлив

3.2. Теоретические основы сверхадиабатического процесса

4. Выбор цели и объекта исследований

4.1. Физическая модель активной среды

* сверхадиабатического процесса
4.2. Выбор кинетических моделей активной среды сверхадиабатического процесса
4.3. Выбор математического описания
сверхадиабатического процесса

ГЛАВА I. КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
ФИЛЬТРАЦИОННОГО ГОРЕНИЯ УГЛЕРОДА
1.1. Общие закономерности фильтрационного горения
1.2. Физическая модель активной среды зоны горения
1.3. Скорость реакции в потоке реагирующего газа
<1 1.4. Учет реакции на внутренней поверхности
1.5. Химические реакции при газификации углерода
1.6. Гетерогенные реакции горения углерода
1.7. Условия селективного проведения гетерогенных реакций
при фильтрационном горении углерода
ГЛАВА II. ЗАДАЧА О РЕАКЦИОННОЙ ВОЛНЕ В УСЛОВИЯХ СПУТНОЙ ВЫНУЖДЕННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ГАЗА
2.1. Постановка нестационарной задачи спутного
фильтрационного горения
2.2. Рамки применимости и ограничения модели
2.3. Стационарная постановка задачи спутного
фильтрационного горения
ГЛАВА III. СТАЦИОНАРНОЕ СПУТНОЕ ФИЛЬТРАЦИОННОЕ ГОРЕНИЕ УГЛЕРОДА РАЗБАВЛЕННОГО
ИНЕРТНЫМИ ДОБАВКАМИ
3.1. Стационарная постановка задачи спутного фильтрационного
горения с учетом одной химической реакции
3.2. Распространение волны спутного фильтрационного горения нормальной структуры с ведущей реакцией С + 02 —> С02
3.3. Распространение волны спутного фильтрационного горения
инверсной структуры с ведущей реакцией С + 02 СО2
3.4. Распространение волны спутного фильтрационного горения нормальной структуры с ведущей реакцией С + '/: О2 —> СО
3.5. Распространение волны спутного фильтрационного горения
инверсной структуры с ведущей реакцией С + /з 02 —> СО
3.6. Обсуждение результатов
ГЛАВА IV. СТАЦИОНАРНОЕ СПУТНОЕ ФИЛЬТРАЦИОННОЕ ГОРЕНИЕ УГЛЕРОДА В ИНВЕРСНОМ РЕЖИМЕ
4.1. Распространение волны спутного фильтрационного горения
инверсной структуры с ведущей реакцией С + 02 ->С02
4.2. Распространение волны спутного фильтрационного горения
инверсной структуры с ведущей реакцией С + /3 02 —> СО
4.3. Обсуждение результатов

ГЛАВА V. НЕЕДИНСТВЕННОСТЬ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА И СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ФРОНТА ПРИ СТАЦИОНАРНОМ СПУТНОМ ФИЛЬТРАЦИОННОМ ГОРЕНИИ УГЛЕРОДА
• 5.1. Неединственность стационарных стехиометрических режимов
фильтрационного горения многократно разбавленного инертными добавками углерода
5.2. Критическое значение расхода газа, при котором реализуется стехиометрическая неединственность первого вида
^ 5.3. Критическое значение расхода газа, для стехиометрической
неединственности второго вида
5.4. Неединственность стационарных кинетических режимов
спутного фильтрационного горения углерода
5.5. Параметрическая область существования неединственности стационарных режимов фильтрационного горения
• разбавленного инертными добавками углерода
ГЛАВА VI. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ В СВЕРХАДИАБАТИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ
• 6.1. Макрокинетика твердофазных превращений углеродосодержащих
материалов в условиях фильтрации инертного газа
6.2. Нестационарная макрокинетика термодеструкции целлюлозы в
условиях спутной фильтрации инертного газа
6.3. Моделирование нестационарной макрокинетики при
спутном фильтрационном горении углерода
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
ЛИТЕРАТУРА
,201

Из (1.14) видно, что при определенном соотношении параметров:
— « , (1.15)
D k(l+£0Si)
внешняя диффузия не лимитирует поступление реагирующего газа к поверхности твердой частицы. Такой реакционный режим называется кинетическим. Если в кинетическом режиме размер реагирующей твердой частицы d меньше или сравним с £о, то концентрация реагирующего газа у поверхности и в объеме частицы одинакова, и реакция может идти сразу во всем объеме частицы. При обратном соотношении: d»en, газообразные реагенты не успевают проникнуть вглубь, и реакция локализуется на поверхности частицы. Для этих случаев можно пользоваться кинетическим законом ( 1.6).
Таким образом, хотя в (1.5) и в (1.6) скорость реакции связана с внешней поверхностью частиц, тем не менее, можно эффективно учесть в константе k ef и реагирование в порах с помощью (1.14).
Следует отметить, что на реакционную поверхность частиц в процессе горения и газификации кокса оказывает влияние зола, образующаяся из минеральных примесей. Причем это влияние может быть как ингибирующим, так и каталитическим [75, 76]. Если есть механическое воздействие, например, шуровка слоя топлива, или сильный газовый поток, то проницаемость реагирующего газа к реакционной поверхности твердого материала увеличивается за счет механического разрушения зольной пленки. Кинетические экспериментальные данные, полученные при фильтрационном горении углерода^ позволяют учесть влияние образования золы на изменение площади внешней реакционной поверхности в единице объема.
В ряде случаев протекает не одна, а две или несколько параллельных или последовательных реакций. Общее развитие таких сложных процессов описывается уже не одним уравнением, а системой дифференциальных уравнений в частных производных, подобных уравнению (1.4). Кинетическая схема, в этом случае, включает в себя несколько реакций, и выбор реакционной поверхности является частью построения кинетической схемы