Основные положения. Реакция восстановления диоксида углерода является одной из стадий газификации твердого топлива и заключается во взаимодействии угля с кислородом или водяным

Реакция восстановления диоксида углерода является одной из стадий газификации твердого топлива и заключается во взаимодействии угля с кислородом или водяным паром. Это обратимая эндотермическая реакция, которая протекает с заметной скоростью при высоких температурах:

С _(т) + СО_{2 (г)} Û 2СО _(г); DН°₂₉₈ = 172,58 кДж.

Согласно принципу Ле-Шателье, равновесие реакции смещается в сторону образования оксида углерода при повышении температуры и при снижении давления. Константа равновесия реакции определяется уравнением

К_Р = , (16)

где – парциальное давление СО, атм; – парциальное давление СО₂, атм.

Зависимость равновесной степени превращения (Х*) от К_Р выводится следующим образом. Пусть исходная смесь состоит из 100 молей СО₂ и в момент равновесия достигнута степень превращения, равная Х*, %. Тогда состав смеси в момент равновесия следующий: 100 – Х* молей СО₂; 2Х молей СО; всего = 100 + Х молей. Парциальные давления компонентов:

= 2Х × Р_о / (100 + Х); (17)

= (100 – Х) × Р_о / (100 + Х), (18)

где Р_о – общее давление, атм.

Подставив уравнения (17) и (18) в уравнение (16), получим

К_Р = [2Х / (100 + Х)]² × Р_о² / [(100 – Х) × Р_о / (100 + Х)] =

= 4Х² × Р_о² / (100² – Х²), (19)

отсюда ___________________ ____________________

Х = Ö10 000 × К_Р / (4 × Р_о × К_Р) = Ö10 000 / [(4 × Р_о / К_Р)+ 1]. (20)

В свою очередь, зависимость К_Р от температуры выражается следующим образом:

lg К_Р = – 8948 / Т + 2,467 × lg Т + 2,772. (21)

Как вытекает из анализа уравнений (20) и (21), степень превращения будет повышаться при повышении температуры и понижении давления. Зависимость состава смеси от температуры в случае восстановления чистого СО₂ при Р_о = 1 атм приведена в табл. 2.

Табл. 2. Зависимость равновесного состава смеси от температуры

Температура, К	Состав смеси, об. доля, %
СО2	СО
	97,8	2,2
	60,2	39,8
	24,1	65,1
	5,9	97,1
	2,9	98,8
	0,9	99,1