Теплофізика безполуменевого горіння газів

Abstract

Каталізатори в дисперсному і аеродисперсному стані грають виключно важливу роль в живій природі: майже всі реакції в живих організмах завдяки участі біологічних гетерогенних каталізаторів протікають з великою швидкістю. З поширених нині в промисловій практиці твердих каталізаторів першою широке застосування отримала металева платина: розкладання пероксиду водню, окислення водню, аміаку, оксиду вуглецю, діоксиду сірки і вуглеводнів, окислення спирту в оцтову кислоту. Зараз відкриті тисячі каталізаторів, багато з яких знаходять застосування в гетерогенному і гомогенному каталізі. Значення каталізаторів і каталітичних процесів в нафтопереробці і нафтохімії важко переоцінити. Каталітичні процеси грають важливу роль у виробництві миючих засобів, фарбників і лікарських речовин. Отримання аміаку, сірчаної і азотної кислоти стало можливим завдяки відкриттю відповідних каталізаторів і розробці способів їх застосування. Отримання водню можливе шляхом конверсії природного газу (в основному метану) з водяною парою. Каталітичне горіння газів зазвичай протікає безпосередньо на поверхні твердих каталізаторів без відкритого полум'я в газовому середовищі. Саме тому таке горіння газів називають безполуменевим [136]. Проте полум'я біля поверхні каталізатора може виникнути, якщо температура каталізатора підвищиться до температури займання газової суміші з високим вмістом горючого газу. Принцип дії термокаталітичного газоаналізатора заснований на безполуменевому згоранні газоподібного пального на поверхні каталітичного активного елементу і вимірюванні кількості теплоти, що виділяється і пропорційна концентрації домішки газу [3]. Таким методом часто визначають зміст СО, Н2, O2, NH3, СН4. Найбільш відомим прикладом безполуменевого горіння газів є дослід «ацетоновий ліхтарик», що виявляється в світінні заздалегідь прогрітого мідного або платинового дротика у вигляді спіралі в колбі з налитим на дно ацетоном. Світіння продовжується до тих пір, поки не закінчиться випаровування ацетону, або його концентрація не знизиться до певної критичної величини. Якщо дротик не звернути в густу спіраль, то в реакції не вистачає тепла для компенсації тепловтрат.