2. Образование “быстрых” оксидов азота.

Для получения равновесных концентраций NO при горении стехиометрической метановоздушной смеси требуется период времени около 10^-2 – 10^-3 с, однако время горения составляет 10^-4 с. Вместе с тем в углеводородных пламенах в отличие от пламен Н₂ и СО непосредственно в зоне горения обнаруживается достаточно высокие концентрации NO.

С. Фенимор на основании ряда реакций сделал предположение, что быстрое образование NO объясняется связыванием молекул азота радикалами СН и С₂ в реакциях с очень малыми энергетическими затратами:

CH + N₂  HCN + N – 8.38 КДж/моль

2C + N₂  2CN – 16.72 КДж/моль

CH₂ + N₂  NC + NH – 37.6 КДж/моль

Так же многие учёные проводили опыты и соответствующие измерения по данному вопросу и благодаря им можно отметить, что быстрое образование оксида азота во фронте пламени - явление, органически связанное с горением и присуще пламенам углеводородов и углесодержащих топлив. С точки зрения минимизации выхода NO_x перспективным топливом является водород, в пламенах которого образуется оксида азота на порядок меньше по сравнению с пламенами метана и оксида углерода. Задача снижения “быстрых” NO_x пока не решена.

Быстрое окисление азота во фронте пламени является достоверным и надежно установленным фактом. Явление хорошо воспроизводится в лабораторных условиях независимо от разнообразия используемых для его наблюдения горелочных устройств и типов пламени.

Наиболее характерными признаками быстрого окисления азота в пламенах служат:

а) кратковременность процесса, в результате чего зона образования NO локализована на сравнительно небольшом участке фронта ламинарного пламени;

б) слабая зависимость выхода NO от температуры горения;

в) сильная зависимость выхода NO от соотношения топливо-воздух;

“Быстрые” оксиды азота образуются непосредственно во фронте ламинарного пламени, на участке, составляющем около 10% ширины фронта пламени. Причем процесс образования начинается уже у передней границы фронта пламени в области температур около 1000 К.

Наиболее вероятным механизмом образования “быстрых” NO является механизм С. Фенимора с участием углеводородных радикалов, хотя дополнительная проверка его является необходимой.

Основные понятия свс процессов. Характеристики свс процессов

СВС - это разновидность горения, в котором образуются ценные твердые вещества, путем перемещения волны химической реакции по смеси реагентов с образованием твердых конечных продуктов, проводимый с целью синтеза веществ материалов. СВС представляет собой режим протекания сильной экзотермической реакции (реакции горения), в котором тепловыделение локализовано в слое и передается от слоя к слою путем теплопередачи.

Процесс возможен в системах с различным агрегатным состоянием, имеет тепловую природу. Характерный признак - образование твердого продукта. Главное предназначение СВС - синтез веществ и материалов, создание новых технологических процессов и организация производств.

Характеристики свс процесса

• Скорость горения (0.1-20 см/с);

• Температура горения (2300-3800 К);

• Скорость нагревания вещества в волне (1 тыс.-1 млн. град/с);

• Мощность зажигания (10-200 кал/(см.кв.с);

• Задержка зажигания (0.2-1.2 с);

• Температура зажигания (800—1200 К).

Наибольшее распространение получили:

• реакции синтеза из элементов;

• окислительно-восстановительные реакции;

• реакции окисления металлов в сложных оксидных средах.

Реагенты в СВС процессах используются в виде тонкодисперсных порошков, тонких пленок, жидкостей и газов. Наиболее распространены два типа систем: смеси порошков (спрессованные или насыпной плотности) и гибридные системы газ-порошок (или спрессованный агломерат). Известны СВС-процессы и в системах порошок-жидкость, газ-взвесь, пленка-пленка, газ-газ. Главные требования к структуре исходной системы - обеспечение условий для эффективного взаимодействия реагентов. Шихта в СВС-процессах может находиться в вакууме, на открытом воздухе, в инертном или реагирующем газе под давлением.

В создании СВС системы могут участвовать все химически активные при высоких температурах вещества в качестве реагентов (химические элементы, индивидуальные соединения, многофазные структуры) и инертные вещества в качестве наполнителей или разбавителей.

Наиболее популярные реагенты:

H₂, B, Al, C, N₂, O₂, Mg, Ti, Nb, Mo, Si, Ni, Fe, B₂O₃, TiO₂, Cr₂O₃, MoO₃, Fe₂O₃, NiO и др.

В качестве реагентов используется также минеральное сырье и промышленные отходы.