Главная | Обратная связь

Виды восстановителей. Способы получения газообразных восстановителей.

Восстановители:

- газы (водород, СО, диссоциированный аммиак, конвертированный природный газ, эндогаз и экзогаз, генераторный и водяной газы)

- твёрдый углерод (кокс, древесный уголь, сажа, термоштыб и др.)

- металлы (кальций, натрий, магний) и их соединения

Способы получения газообразных соединений:

1. Водород получают несколькими способами

- крекинг (водород в одну сторону, железо в другую)

- железо-паровой способ–обработка раскалённого железа(800-900°С) водяным паром.

При этом сначала восстанавливают оксидное сырьё Fe + H₂O →Fe_xO+H₂

Затем обрабатывают водяным паром Fe_xO + H₂O → Fe₂O₃+ H₂

До 2% примесей: СО, СН₄, N₂ (в результате подсоса воздуха) и даже после очистки водород загрязнён и дорог

- электролитический способ H₂O → Н⁺+ОН^-

электролит- слабые растворы щелочей или кислот (для увеличения проводимости)

на катоде Н⁺+2е→ H₂

на аноде 2ОН^-- 2е→ H₂O

Получение такого водорода экологически чисто.

Режим: Т=60-80°С I=1-1,5 кА j=400-600 А/м²

Реально напряжение на ванну где-то в 2 раза больше теоретического (т.к. возникают паразитные сопротивления), что увеличивает расход энергии и стоимость водорода.

Но возникает проблема разделения Н₂ и О₂, а также Н₂О. Очистка: связывание Н₂ и О₂ в воду (потери Н₂ небольшие, но зато сохраняется электроэнергия), реакция идёт при наличии катализатора (палладий). В результате водород очищают от воды в колоннах, заполненных силикогелем, который насыщается водой.

Водород должен содержать менее 0,001% О₂ ( но реально больше)

2. Оксид углерода СО образуется при сжигании углеродосодержащего сырья, его получение дорого. Чаще всего СО готовится при карбонил-процессах:

- сжигание СО С + О₂ → СО₂

- избыток С СО₂ + С → 2СО (реакция Будуара)

3. Диссоциированный аммиак – азотно-водородная смесь, получаемая после диссоциации аммиака: 2NH₃ → N₂+3H₂ в присутствии катализатора – Fe или его оксида.

Температура процесса 600-650°С.

4. Конвертированный природный газ СН₄+ H₂O→ 3H₂+СО

Содержание СН₄ 92-98%

СН₄ взаимодействует с парами воды при высоких температурах.

Аппарат: реактор с двумя коаксиальными трубами, между которыми находится катализатор ГИАП-3. Т=1000°С. В реакторе избыток Н₂О на 30%.

Другой аппарат – печь с шамотной трубой, в поде которой Ni-катализатор. Т=1100°С, смесь подаётся в стехиометрии, т.е. качество лучше.

Существует метод получение, где используются продукты конверсии, при этом СО+ Н₂О → H₂+ СО₂

5. Эндогазы и экзогазы получают сжиганием природного газа на воздухе.

Первая стадия СН₄+ 2О₂→ СО₂+ 2H₂O

Вторая стадия СН₄+ СО₂→ 2СО+ 2H₂

СН₄+ H₂O → СО+ 3H₂

Вторая стадия предполагает недостаток кислорода

Эндогаз получается, когда в кислорода в воздухе 0,25-0,35% от стехиометрии. В случае эндогаза необходимо тепло извне (в нём 18-20% СО, 38-40% H₂, остальное - N₂). Используется для поучения порошков низкого качества.

Экзогаз – богатый содержит 0,6% О₂ от стехиом, 1% СН₄, 15-18% H₂, 10-12%СО, 4-5% СО₂, N₂; бедный 0,9% О₂, 0,7% H₂, 10-13% СО₂, .Экзогаз почти не используется, редко – для получения защитной атмосферы (не даёт окисляться).

6. Генераторный и водяной газы

Генераторный – в результате сгорания древесного, каменного коксового угля при 1000°С с О₂ . Содержит 28-34%СО, 5% H₂, 0,5% СО₂, до 1% углеводородов. Газ в условиях неполного сжигания топлива будет содержать ещё и N₂.

Водяной – взаимодействие раскалённого угля с водой С + Н₂О→ H₂+СО, содержит 48-49% H₂, 36%СО, остальное - СО₂, СН₄, Н₂О.