發(fā)布時間:2023-10-08 10:04:26
序言:作為思想的載體和知識的探索者,寫作是一種獨特的藝術,我們?yōu)槟鷾蕚淞瞬煌L格的5篇化學反應的方式,期待它們能激發(fā)您的靈感。
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2014.11.027
化學反應原理是人類在大量研究化學反應本質的基礎上,總結得到的關于化學反應的一般規(guī)律,是深刻理解化學反應和規(guī)律的基礎。我國新課程改革將有關中學階段的化學反應原理內容,集中編排在《化學反應原理》選修模塊中。該模塊是為對化學反應原理感興趣的學生開設的,通過學習,學生可以了解化學反應原理在生產、生活和科學研究中的應用。但由于化學反應原理知識有著復雜性、關聯(lián)性、多樣性和交錯性的特點,學生在學習時存在很大的障礙。而許多教學一線的教師,面對《化學反應原理》部分的教學時,也常常出現(xiàn)“教師自認為已經講的很清楚而學生反復出錯”的情況。為此,筆者采用問卷調查、觀察等方法,在四月下旬對無錫市青山中學,姜堰中學以及南京市六合中學進行探查,并分析高二和高三兩個不同年級學生對化學反應原理模塊教學行為的認識,多角度研究了高中化學反應原理的教學方式,為今后根據學生的差異選擇恰當的教學方式以促進學生在原理部分的學習提供依據。
一、探查的設計與實施
本研究的問卷調查從教學中常見的教學方式和學生期望的教學方式兩個角度切入,分為五個部分:一、調查了學生的基本信息;二、通過表格式的選擇,探查了學生對教材中內容的分散、整合的觀點,同時也了解了學生對學習內容的增加和刪減的建議,總共17題;三、通過選擇的形式對學生最推崇的教學行為進行了探查,總共4小題;四、通過表格形式的選擇,對學習活動進行了探查,總共12小題;五、通過表格形式的選擇,對化學反應原理模塊中的各種教學活動進行了探查,總共14小題。本研究所有探查數據均采用SPSS 17.0進行統(tǒng)計處理。
本調查采取隨機整群抽樣的方法,研究的對象為無錫市、姜堰市以及南京市三所四星級中學的453名學生。之所以選擇四星級學校,是因為這類學校選修化學的學生相對較多。本調查針對不同年級學生的認知能力的差別,對上述學校的高二和高三年級學生進行探查。考慮到調查對象應具有一定的化學反應原理模塊基礎,而高二年級正進行著高中化學反應原理模塊的教學,因此在四月下旬進行探查的實施。
二、探查的結果分析
1. 靈活地將學習內容進行分散和整合能促進學生認知發(fā)展
教學內容分散和整合的意圖,即根據學生的學習需求和認知規(guī)律,突破現(xiàn)有教材中的呈現(xiàn)順序,進行重新組合的過程。問卷中涉及到原電池、電解質、影響化學平衡的因素、平衡常數、金屬腐蝕這四個知識點,原有教材中是分散編排的,問其是否可以整合編排。另外涉及到化學平衡移動、pH的計算、勒夏特列原理這三個知識點,原有教材是整合編排的,問其是否可以分散編排。對學生關于學習內容的分散和整合意見的頻數進行了統(tǒng)計,統(tǒng)計結果見表2
從數據中可以看出,在高一時已經學習了“原電池”的相關概念,在“化學反應原理”這本書里,又專門講解“原電池”,88.7%的學生認為這樣分散講解有必要,并認為前面出現(xiàn)的知識是基礎,后面出現(xiàn)的知識是前面的深化。11.3%的學生認為整合講解比較能夠促進自己的理解。此外,對于“化學平衡移動”、“pH的計算”和“勒夏特列原理”的講授順序,大部分學生贊同對這些內容進行分散講解。而對于“電解質”、“影響化學平衡因素”、“平衡常數”和“金屬腐蝕”的講授順序,大部分學生贊同對這些內容進行整合講解。筆者認為,教學內容需進行靈活地整合和分散,并沒有統(tǒng)一的標準,因為教育對象是有差異的。
筆者通過對江蘇省特級教師的教學觀摩,發(fā)現(xiàn)特級教師能夠靈活地對化學教學內容進行分散與整合。例如徐賓老師在進行“難溶電解質的溶解平衡”教學時,不但通過實驗的方法幫助學生建立了沉淀溶解平衡的概念,而且靈活地將MgCO3Mg(OH)2、Ca(OH)2CaCO3、AgCl溶于氨水、Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液、AgClAgIAg2S、鍋爐水垢用Na2CO3溶液預處理等內容加以整合,最后引導學生用平衡移動的觀念解決沉淀的生成、溶解和轉化問題。
2. 適當拓展增加學習內容能促進學生認知發(fā)展
布魯姆曾說過,“學什么是比怎樣學更為重要的問題”。筆者通過下列問卷調查題探查了學生關于學習內容拓展的看法。
化學反應原理部分的學習,你認為最需要增加的是( )
A. 實驗 B. 應用實例 C.典型例題
D. 教師精彩講解 E.拓展延伸
統(tǒng)計結果見表3。
從數據可以看出,對于“化學反應原理”的學習,38.6%的學生認為需要增加實驗,28.5%的學生認為需要增加應用實例,18.1%的學生認為需要增加典型例題,8.4%的學生認為需要增加拓展延伸,6.4%的學生認為需要增加教師精彩的講解。在此基礎上,筆者進一步對學生關于“沉淀溶解平衡”拓展看法的頻數進行了統(tǒng)計,統(tǒng)計結果見表4。
關鍵詞:用處;動力;大顯身手;啟示;喜愛
化學方程式,也稱為化學反應方程式,是用化學式表示化學反應的式子。化學方程式反映的是客觀事實。翻閱化學課本,品味化學方程式,梳理化學反應的作用,感覺化學反應方程式用處真不少。
一、做好實驗所需化學方式
化學是一門實驗科學,需要到實驗室進行實驗探究。如何根據現(xiàn)有的儀器、藥品選擇合適的裝置?多余的藥品一定要丟到廢液槽里嗎?一旦發(fā)生實驗事故怎樣解決?這些都是我們在實驗室常遇到的問題。
制備氧氣的原理有:
++,,。
制備氧氣時,我們就可以依據物質的狀態(tài)和反應條件選擇不同的裝置。只有掌握更多的知識,更多的化學反應方程式,才能結合實際,就地取材,解決問題。
鈉與水的反應,只需黃豆粒大小,切下后,剩余的鈉塊能直接丟到廢液槽里嗎?顯然不能常規(guī)處理,我們能做的就是把鈉重新放回煤油中。因為鈉與廢液槽中的水或酸進行反應,甚至發(fā)生燃燒爆炸事故。鈉一旦燃燒,我們能否用水滅火?絕對不可,否則就會“火上澆油”,不是嗎?
。
二、用化學方程式解決實際問題
增強我們的學習動力,莫過于學以致用。如何應用我們學過的化學反應方程式解決生活中的實際問題?
若家里正將管道煤氣由石油液化氣(主要成分是丁烷)改為天然氣,你對灶具該如何調整?
;改為天然氣后,同體積燃料燃燒消耗空氣的體積將減小,所以灶具的調整方法是減小空氣的進氣量。灶具調整好了,我做飯吧。首先思考一下,怎么使燉出的魚味道鮮美?向鍋里加點酒和醋即可。
生成會使燉出的魚香味更濃。同樣的原理,酒后吃點水果可以醒酒。水果里含有機酸,例如,蘋果里含有蘋果酸,柑橘里含有檸檬酸,葡萄里含有酒石酸等,而酒里的主要成分是乙醇,有機酸能與乙醇相互作用而形成酯類物質從而達到解酒的目的。家里來了客人,酒足飯飽后,你上點水果,一定能得到他們的夸獎。這真是,不想不知道,很多生活小竅門,確實來自我們學習的化學反應方程式。
生活中,我們有時會遇到一些江湖騙子。他們賣的東西比市場價低好多,說什么廠家直銷、廠家大放血、虧本大甩賣。請看下面這一事例。隨著人們生活水平的不斷提高,穿戴金飾品的人越來越多了,購買時,人們總想買純一點的,價格又想優(yōu)惠再優(yōu)惠。騙子正是抓住人們的這一心理。拿出金光閃閃的愚人金以低價位吸引人們。愚人金是指能閃耀金黃色的黃鐵礦()或黃銅礦的礦石,它們常以迷人的姿色愚弄缺乏礦物知識的人而得其諢名。其實要識別其“廬山真面目”并不難。
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;
真金是不溶于鹽酸的。有了化學知識還會上當受騙么?
晚會上,運用化學反應表演一個小魔術,也是挺神奇的。我們用Na2O2表演“滴水生火”。把Na2O2裹在脫脂棉里,向脫脂棉里滴幾滴水,脫脂棉就會燃燒起來。說一些夸張的話,配以神神秘秘的表情,相信尖叫聲、歡呼聲一定會此起彼伏。在同學面前漏一小手的感覺是不是很爽。
在工業(yè)上,我們學的化學反應方程式能大顯身手么?
氯氣是重要的化工原料,同時也是有毒的氣體。一旦氯氣泄漏,后果不堪設想。今年4月12日17時許,山西省臨猗縣一廢品收購站發(fā)生氯氣泄漏事件,附近一所小學的數十名小學生隨后出現(xiàn)呼吸不適和腹部疼痛癥狀。如何檢驗管道是否有氯氣泄漏?泄漏后又如何處理?我們用蘸有氨水的布檢查氯氣管道是否泄露。當有氯氣泄露時,氯氣和氨氣反應生成氯化銨白煙。
當發(fā)現(xiàn)管道泄漏時,可在消防車水罐中加入生石灰、蘇打粉等堿性物質,向管道、罐體、容器噴射,以減輕危害。也可將泄漏的氯氣導入氫氧化鈉、碳酸鈉等堿性溶液中,使其反應形成無害或低毒廢水.氯氣還可以發(fā)生,這不是海水提溴的原理嗎?可見學好化學反應方程式才能更好地服務生產。
三、化學反應方程式的啟示
“量變會引起質變”這一辯證哲理,在我們化學領域成立么?足量的銅與一定量的濃硝酸反應。
隨著反應的進行,硝酸變稀,會發(fā)生,
硝酸有濃變稀這一量變會使產物發(fā)生質變。
化學反應工程是被教育部頒發(fā)的《目錄》確定的寬口徑化學工程與工藝專業(yè)的四門主干課程之一,也是涉及研究過程工業(yè)(即通過化學變化或物理-化學變化制造產品的工業(yè),包括化工、石油、冶金、材料、輕工、醫(yī)藥、生化、食品、建材、軍工、環(huán)境等) 中生產過程、生產裝置、工藝技術規(guī)律的諸多專業(yè)重要的必修或選修的技術類或技術基礎課程[1]。化學反應工程既包含化學現(xiàn)象,又包含物理現(xiàn)象,是一門綜合性強、涉及基礎知識面廣、對數學要求高的專業(yè)技術學科,學生在學習時普遍感到理論抽象、計算繁瑣,不少學生認為化學反應工程課程是大學中最難學習的課程之一。又加之我校為一所地方性本科院校,學生的基礎知識并不扎實,實驗和實習條件有限,因此,如何在較短的課時數內使學生能夠系統(tǒng)地掌握本課程主要內容,培養(yǎng)學生的工程觀念和創(chuàng)新能力,成為我校化學反應工程教學改革的重點。基于此,我們在傳統(tǒng)教學方式的基礎上,進行教學改革,引入師生互動教學模式,并取得了一些進展。
1 化學反應工程的主要內容和作用
化學反應工程是化工類專業(yè)的一門專業(yè)主干課程、核心課程,涉及物理化學、化工熱力學、化工傳遞過程、優(yōu)化與控制等。主要研究工業(yè)規(guī)模化學反應過程的優(yōu)化設計與控制。該課程對于培養(yǎng)學生的工程意識、強化工程分析能力具有十分重要的作用[2]。本課程的基本內容包括反應動力學和反應器設計與分析兩個方面,重點是介紹氣——固相催化反應本征動力學、氣——固相催化反應宏觀動力學、理想流動反應器、反應器中的混合及對反應的影響、氣液反應及反應器和流——固相非催化反應等基本理論。目的是使學生掌握研究工業(yè)規(guī)模化學反應器中化學反應宏觀動力學的基本方法和基本原理,具備進行反應器結構設計、最優(yōu)操作條件的確定和最佳工況的分析控制、過程的開發(fā)研究和模擬放大的基本能力。
2 化學反應工程教學現(xiàn)狀與存在的主要問題
傳統(tǒng)的化學反應工程教學方式單一,主要是教師在講臺上講,學生臺下聽。課堂教學不具有主體性、創(chuàng)造性、全面性、發(fā)展性的行為,其不足之處有以下幾方面:灌輸式過多,參與式過少。教師的啟發(fā)式與學生的參與體現(xiàn)得不夠,學生被動聽課,課堂氣氛大多比較沉悶。結論型過多,問題型過少。教師教給學生的都是定論,啟發(fā)學生思考問題、提出問題不夠,學生的問題意識和提出問題、研究問題的能力較弱,授課效果不佳。現(xiàn)代教學理論認為,教學是一個雙邊互動的過程。在這一過程中,教師是主導,學生是主體,任何一方的作用都不能忽視[3-4]。所以我們在化學反應工程的教學中,根據地方院校的特點引入了師生互動教學法。
3 互動式教學法在化學反應工程教學中的運用
互動式教學是指在教師的指導下,利用合適的教學選材,通過教與學雙方交流、溝通,激發(fā)教學雙方的主動性,拓展學生思維,培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力,以達到提高教學效果的一種教學模式[5]。這種教學模式需要營造多邊互動的教學環(huán)境,在教學雙方平等交流探討的過程中,達到不同觀點碰撞交融,進而激發(fā)教學雙方的主動性和探索性,從而提高教學效果。互動式教學常用的方式有多種,本教學改革選擇問題教學法、案例教學法、上課提問、課后互動多種方法進行教學,由傳統(tǒng)的講授式轉向講授與提問、討論相結合的教師與學生雙向交流的啟發(fā)式教學。在教改過程中,我們充分發(fā)揮互動式教學法的優(yōu)勢,努力尋找互動式教學與化學反應工程教學的最佳結合點,促進了化學反應工程教學的開展。
3.1問題教學法與案例教學
問題教學法是指圍繞問題展開教學雙方互動。一般為:提出問題—思考討論問題—尋找答案—歸納總結。比如,在講授多級cstr串聯(lián)的計算及優(yōu)化時采用此教學方法。首先提出兩個問題,第一個問題是分析多級cstr串聯(lián)的必要性,第二個問題是如何求串聯(lián)體系的轉化率。然后引導學生根據平推流和全混流反應器的優(yōu)缺點和兩種理想流動反應器數學模型的建立方法進行思考、討論;進而利用已學知識點尋找答案,教師最后歸納總結。在講授反應器中的混合及對反應的影響這章時,充分利用案例教學。案例教學一般程序為案例解說—嘗試解決—設置懸念—理論學習—剖析方案。在這一章中利用案例教學,啟發(fā)學生學會根據所測得的停留時間分布情況,利用非理想流動模型解決實際工業(yè)生產中的操作型和設計型問題。
3.2加強課堂提問
關鍵詞: 方程式; 雜質; 聚集狀態(tài); 反應物; 生成物; 離子
中圖分類號: G427 文獻標識碼: A 文章編號:1009-8631(2010)06-0153-01
一、復分解反應
溶液中復分解反應發(fā)生的條件為生成沉淀,氣體,水,沉淀于混合體系中可過濾;氣體只要不溶于水或水不反應,自然逸出;而水在溶液中不為雜質。
例:方程式:NO2CO3+CaCl2=CaCO3+2NaCl
則NaCl(Na2CO3) 除雜試劑:CaCl2
注:括號內為雜質
或NaCl(CaCl2) 除雜試劑:Na2CO3
同理:KCl(K2SO4):BaCl2
KCl(BaCl2):K2SO4
以上類推,還可使雜質生成H2O或氣體。
NaCl(NaOH):HCl
K2SO4(KOH):H2SO4
NaCl(Na2CO3):HCl
從以上除雜我們不難看出每一個除雜反應,就有一個對應的化學方程式,而且有著以下兩個角度的規(guī)律。
(1)當被提純物和雜質陽(陰)離子相同時, 除雜劑用含被提純物陰(陽)離子且能使雜質陰離子生成沉淀, 氣體或水的化合物。
(2)一個復分解反應方程式中的可濾性生成物中的對應反應物雜質,用另一種反應物除去。
2、受熱分解的固體的反應
提純方法也與物質的狀態(tài)有著密切關系
例:N2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2
(固) (固)
則:Na2CO3(NaHCO3):加熱
同理:Fe2O3(Fe(OH)3)
CuO(Cu(OH)2
CaO(CaCO3) 均可用加熱方法除雜
籍此:較不活潑金屬(除K Ca Na)等的氧化物中所含名其氫氧化物,碳酸鹽中酸式鹽雜質等均可用加熱方法除雜。
從此類推:
Fe+CuSO4=FeSO4+CuCu(Fe):CuSO4 溶液
固溶液 溶液固 FeSO4(CuSO4):Fe粉
2Cu+O2=2CuO2Cu+O2+N2=2CuO+N
固氣氣固 氣
N2(O2):熾熱銅網
綜上所述,一個化學反應方程式就是一個除雜問題的理論依據,即產物中的反應物雜質,用另一種反應物除雜,使雜質以不同的聚集狀態(tài),從原體系中分離出去。
參考文獻:
關鍵詞:氣化過程 方程式 平衡濃度 反應速度
The main chemical reaction equations in Coal gasification process
Shi Xiaobing
(Shanxi jincheng anthracite coal mining group company 048006)
Abstract The: main chemical reaction equations in coal gasification process are presented in this article, whose mechanisms, equilibrium concentration and reaction speed are all analysesed in detail.Besides, the possibility of improving speed of reactions is also discussed.
Keywords :gasification process chemical reaction equations equilibrium concentration reaction speed
一.前言
煤氣化技術在生產城市煤氣、提高動力工業(yè)的發(fā)電效率和在化學工業(yè)中替代部分天然氣和石油產品等方面,受到廣泛的重視。中國煤的蘊藏十分豐富,發(fā)展煤氣化技術對提高城市煤氣普及率、發(fā)展相應有關工業(yè)等方面將起到重要作用。
了解和研究煤氣化過程中主要化學反應的機理、速率、平衡組成及影響因素,對于提高煤氣中有效組分、氣化效率具有重要的理論和實踐意義。
二.氣化過程主要反應的分析
氣化爐中的氣化反應是一個十分復雜的體系,由于煤炭的“分子”是碳、氫、氧和其它元素的復雜結構,因而討論氣化反應時先做出如下假定:
(1)僅考慮煤炭中的主要元素碳,用C*表示,稱為聚集或者固體的碳,或叫做含碳物質。
(2)氣化反應發(fā)生時,已經完成了煤的干餾或者熱解過程。也就是說,氣化過程主要是指煤中的碳與氧、水蒸汽、二氧化碳以及氫的反應,上述反應均為非均相反應,此外煤的氣化過程還包括均相反應,即氣態(tài)反應產物之間相互反應或與氣化劑的反應,本文主要介紹前者。
1、碳與氧氣的反應
C*+O2CO2 +Q C*+O21/2CO+Q
一般認為:CO和CO2都是主要產物,在普通燃燒溫度時,占優(yōu)勢的是CO,CO在氣相中進一步氧化為CO2,這一反應是迅速的,并且由于水蒸汽的出現(xiàn)將進一步加速。原因可能是由于水與氣的交替反應引起的;而兩種產物的比例是隨著溫度上升而增加,但是在高溫時,CO占優(yōu)勢。
該反應中,影響控制阻力的主要因素是溫度、顆粒尺寸、氣體與顆粒之間的相對速率及壓力等。如果是吸附起控制作用,反應是一級反應;如果是解吸附起控制作用,則是零級反應。
一般說來,對于正常條件下的粉碳燃燒來說,或者是內部化學反應動力學控制反應速率,或者是氣孔擴散與化學反應動力學聯(lián)合控制反應速率;而在高溫條件下(≥1000K),對低品位炭、高活性煤或大顆粒的情況,容積擴散變?yōu)槠鹂刂谱饔玫囊蛩亍?/p>
炭的燃燒反應在所有氣化反應中速率是最大的。氣化過程(溫度一般高于800℃)中,炭的燃燒反應幾乎不可逆的向右進行。若提高反應溫度或增大煤焦粒度,則反應可趨于外擴散區(qū);若降低反應溫度或減小煤焦粒度,則反應可趨于內擴散區(qū),甚至動力區(qū)。
史密斯(Smith)等的研究表明,對于粒徑大于100μm的炭粒,在1200K下,燃燒反應為外擴散控制,但對于粒徑為90μm的炭粒,在750K下,燃燒反應為表面反應控制;當炭粒粒徑小至20μm時,其動力區(qū)的溫度范圍可達1600K。
2、碳與二氧化碳的反應
C*+CO2(g)2CO(g)―Q
一般認為該反應的機理是:
(1)CO2與固體表面的活化區(qū)發(fā)生反應生成了CO分子和吸附的O原子:
CO2+()CO+(O)
(2)表面周圍的O原子與另外的碳原子發(fā)生反應,接著生成的CO被解吸附而留出真空的活化位置
(O)+C*CO+()
通常,在低溫條件以及高CO2濃度條件下,反應級數是零;低溫低CO2濃度條件下,或者高溫高CO2濃度條件下,將接近于一級反應。
對于通常的高溫下,可能是氣孔擴散與化學反應的聯(lián)合作用控制著總體反應速率。
該反應為強吸熱反應,當溫度上升時,平衡常數急劇增加,顯然溫度愈高,愈有利于這個反應進行。
1000℃以上明顯發(fā)生正反應,若溫度在600~900℃范圍內,將進行逆反應。研究認為,2000℃以下CO2還原反應處于動力區(qū)。因此,在一般氣化爐操作條件下,CO2還原反應進行的很慢,不可能達到平衡。CO2還原反應的速率主要與操作溫度和原料的活性有關,即提高操作溫度和選用高活性煤利于CO2的轉化。
因為反應為體積增大的反應,所以隨著壓力的提高,平衡組成中的CO含量將會降低,但如以空氣作氣化劑,由于空氣中大量氮氣的稀釋作用,CO和CO2的分壓之和要減小,這種情況利于CO2的還原,平衡將向正方向移動。
3、碳與水蒸汽的反應
C*+H2O=CO+H2―Q
但在過量水蒸汽的參與下,又發(fā)生如下反應
CO+H2O=CO2+H2+Q
總的方程式為
C+2H2O=CO2+2H2―Q
在相對反應速率和反應機理上都表明,它和碳與CO2的反應是類似的。研究發(fā)現(xiàn),H2在反應中是一種“抑制劑”,而CO的出現(xiàn)卻并未出現(xiàn)反應速率降低的現(xiàn)象。實際上還發(fā)現(xiàn)了H2可以增加某些炭的氣化速率,而對另外的某些炭將降低它們的氣化速率。這可能是H2對碳與水蒸汽反應中的炭的某些雜質起催化活化作用。因此,H2對反應的影響隨著溫度的增加將顯著減弱。大多數情況下,反應是一級反應。
兩反應平衡常數隨溫度變化趨勢不同,在高溫時一水反應的平衡常數增加快的多,而在低溫(<700℃)時雙水反應所占比重增加,所以提高溫度可以相對的提高CO和H2的含量,而降低CO2和水蒸汽的含量。
當反應溫度升高時,正向反應進行的比較完全。1000℃以上則可視為不可逆反應。生成CO的反應速率明顯大于生成CO2的反應速率,水蒸汽分解反應比CO2還原反應速率快些,但它們是同一數量級的。在一般煤氣化爐內水蒸汽的分解反應是達不到平衡的。
研究認為,對于高活性的煤,在1000~1100℃以上,水蒸汽分解反應進入擴散區(qū)。相應于一般煤氣化爐的還原層溫度,反應可能處于擴散區(qū)或過渡區(qū)。對于活性低的煤,在1100℃時,水蒸汽分解反應仍處于動力區(qū)。反應速率主要受溫度影響,爐溫稍有下降,則煤氣質量和氣化強度將迅速降低。
變換反應實際是在炭粒表面進行的均相反應,極少在氣相中進行。該反應在400℃以上即可發(fā)生,在900℃時與水蒸汽分解反應的速率相當,高于1480℃時,其速率很快。
在一般煤氣化爐內,可認為該反應能達到熱力學平衡。但是實際達到平衡的程度與溫度、蒸汽分解率以及料層深度有一定的關系,還與燃料的反應性、灰分的催化活性等有關。在低的水蒸汽分解率下,該反應可以接近于平衡。在水蒸汽分解率足夠高時,又有適量的CO2存在,分壓乘積 (Pco2*pH2)/(pCO*pH2O)超過其平衡常數,反應將逆向進行。
4、碳與氫氣的反應
C*+2H2 (g)CH4(g)+Q
該反應的產物較為復雜。反應經過三個階段:第一階段稱為熱分解或者煤的揮發(fā),繼之有蒸汽相的氫化作用,反應速率通常受固體揮發(fā)份的釋放速率限制;第二階段是氫氣與炭短時間快速作用,因此氫的活性變得越來越小;而后發(fā)展到第三階段,即低活性氫與剩余炭相互反應的時期。第一、二階段在很大程度上可以重迭,特別是快速加熱到1000K以上的條件更是這樣。并且高活化階段和低活化階段的轉化速率的差別將有幾個量級。
甲烷的生成速率是很慢的。在1073K和10KPa壓力時,炭和氫的反應速率是CO2還原反應的3×10-3倍。在氫壓力為3000~20000KPa、溫度為750~1200K時,200~400μm的炭粒完全反應大約要用0.5h。
當壓力增高時,反應物的物質的量濃度增大,反應速率提高。甲烷的生成速率還與煤的反應活性有關,反應活性大的,甲烷生成速率高。為了制取合成氣,應該采用較低的氣化壓力和較高的反應溫度。
三、結論
1、對于外擴散控制的反應,提高空速可提高反應速率;對于內擴散控制的反應,減小碳顆粒粒度,增大碳粒內部空隙直徑可提高反應速率。這也是流化床和氣流床氣化效率較高的原因所在。
2、因為氣化過程的目標反應均為吸熱反應,所以較高的反應溫度對有效氣含率的提高是有利的,這就需要一方面提高反應物(煤、蒸汽、氧氣或者空氣)的溫度,另一方面提高爐內的反應溫度。
3、提高反應物的濃度利于反應向正方向進行,而將CO2氣作為反應物入爐,也被越來越多的工廠應用。
4、干煤粉加壓氣化技術是在1400~1600℃的高溫和3MPa及以上高壓的條件下運行的,而現(xiàn)有的煤氣化動力學數據大多是基于1000℃左右的條件得到的,迫切需要進行高溫高壓煤氣化反應動力學的研究。