Nhiên liệu dầu khí - Chương 6

Ngọn lửa là nơi mà có nhiều phản ứng hóa học xảy ra và thường phát nhiệt, vì thếngười ta có thể sử dụng ngọn lửa để tổng hợp một số hợp chất hóa học. Những hợp chấthóa học này có thể là sản phẩm cuối cùng của sự cháy của các chất tham gia phản ứng banđầu hay các sản phẩm trung gian của cùng một sự cháy. Trong trường hợp sau, người tahay dừng phản ứng trước khi sản phẩm mong muốn bị chuyển hoá thành các hợp chấtkhác. Để làm điều đó, người ta thường dùng phương...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nhiên liệu dầu khí - Chương 6 100Chương 6ỨNG DỤNG CỦA NGỌN LỬA Ngọn lửa là nơi mà có nhiều phản ứng hóa học xảy ra và thường phát nhiệt, vì thếngười ta có thể sử dụng ngọn lửa để tổng hợp một số hợp chất hóa học. Những hợp chấthóa học này có thể là sản phẩm cuối cùng của sự cháy của các chất tham gia phản ứng banđầu hay các sản phẩm trung gian của cùng một sự cháy. Trong trường hợp sau, người tahay dừng phản ứng trước khi sản phẩm mong muốn bị chuyển hoá thành các hợp chấtkhác. Để làm điều đó, người ta thường dùng phương pháp làm lạnh đột ngột. Việc tổng hợp những chất hóa học cũng có thể thực hiện được từ sự chuyển hoá củacác chất tham gia phản ứng được đưa vào trong các khí đang cháy ở đó ta tận dụng đượcnăng lượng đã có sẵn từ quá trình cháy.6.1 Sự tạo thành các hạt cacbon trong ngọn lửa Một thực tế mà ai cũng biết rằng các ngọn lửa đốt cháy hiđrocacbon sinh ra tương đốidễ dàng than và khói. Than được hình thành đối với những ngọn lửa rất giàu nhiên liệu,nghĩa là khi hỗn hợp khí có chứa một lượng nhiên liệu cao hơn nhiều so với yêu cầu đốivới sự cháy hợp thức với oxi. Muội than được hình thành do thiếu oxi cần thiết cho sựcháy. Những ngọn lửa như vậy có màu vàng sáng. Đó là sự phát ra một quang phổ liên tụcdo những hạt nhỏ than có mặt trong các khí bị cháy. Một ngọn lửa được tạo thành từ sự đốtcháy hiđrocacbon đã được trộn đều trước và nghèo hiđrocacbon hay đúng thành phần hợpthức không có sự phát màu này, mà nó gần như không màu và không nhìn thấy (ví dụ cácngọn lửa của hiđro và oxi) hoặc là có màu xanh. Màu xanh là nguồn gốc của các quá trìnhphát quang hóa học mà ta đã nói tới ở trên. Về mặt ứng dụng công nghiệp đốt cháy trong các lò đốt, sự có mặt của tro than có tácdụng không tốt, song sự tạo thành các hạt cacbon được ứng dụng để sản xuất muội cacboncho công nghiệp cao su và các ngành công nghiệp khác. Trong phần trước, chúng ta đãthấy rằng một ngọn lửa bức xạ là cần thiết cho một lò đốt, ngược lại, kiểu truyền nhiệt nàylà không thuận lợi trong một xilanh của động cơ nổ. Trong trường hợp này, sự cháy cómục đích thực hiện một công cơ học và hoàn toàn không cần thiết cho sự đốt nóng xilanh. Vậy tro than là gì? và nó được hình thành như thế nào? Dưới kính hiển vi điện tử, tro than được lấy ra từ các ngọn lửa có dạng những hạt nhỏ,gần hình cầu có đường kính vài trăm Angstrom (≈ 200 Å). Những hạt than này có chứakhoảng 105 tới 106 nguyên tử cacbon. Qua phân tích hóa học còn chỉ ra chúng có chứahiđro (khoảng một vài phần trăm theo trọng lượng) và có thể chứa các nguyên tố khác vớinồng độ rất thấp. Những đặc trưng này cũng cho thấy bản chất của nhiên liệu. Như chúngta thấy, sự phân tích các sản phẩm cuối cùng chỉ cho ta những chỉ dẫn về cơ chế hình thànhtro và cần phải nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành trực tiếp trong vùng cháy để đưa racác phản ứng hóa học đã tham gia vào quá trình hình thành than. Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn 101 Trong tất cả các ngọn lửa đốt cháy hiđrocacbon, thực tế người ta đã phát hiện ra sự cómặt của axetilen, poliaxetilen (C2nH2n) cũng như các gốc của axetilen và poliaxetilen. Kếtquả của các phản ứng tạo thành than có thể là như sau: - Cộng hợp liên tục axetilen hay poliaxetilen, tiếp theo - Cộng hợp các nguyên tử hiđro; các gốc axetilen (RA) hay gốc poliaxetilen (RPA) bị chuyển thành các poliaxetilen khối lượng ngày càng lớn hơn. Ở trên một khối lượng nhất định, các poliaxetilen này có thể bị vòng hoá dẫn đến những phân tử vòng có mạch nhánh với khối lượng phân tử ít nhất từ 100 ÷ 600. Những phần tử này còn có nhiều electron chưa cặp đôi (đó là các đại gốc), bởi vậy chúng rất hoạt động và có thể cộng hợp thêm với những poliaxetilen khác để sinh ra các hạt than. Quá trình có thể được sơ đồ hoá như sau: H2 H2 + C2H2 + C2H2 + C2H2 (gèc poliaxetilen) C4H3 C6H3 C2nH3 C2H +H +H +H C6H2 + H2 (poli) axetilen C4H2 + H2 C2nH2 + H2 + RA kh¸c vµ RPA kh¸c vßng ho¸ ...