Khí hóa Các-bon bởi Các-bon diô-xýt là cần thiết để tạo ra Các-bon monô-xýt liên tục sử dụng làm tác nhân phản ứng trong phản ứng với oxit. Phản ứng hóa học này giống như mọi phản ứng khác, phụ thuộc vào những yếu tố nhất định, ví dụ:
(a)Nhiệt độ phản ứng (b)Bản chất của Các-bon
(i) Hoạt tính của các-bon
(ii) Tỷ lệ diện tích bề mặt trên đơn vị khối lương
Hình 2.3. Ảnh hưởng của nhi t độ đến phân hủy C bởi khí CO khi có mặt của Fe và ô-xýt của
28
a. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Sự khí hóa của than gỗ bởi CO2 trong điều kiện giống nhau khác nhiệt độ phản ứng phụ thuộc tuyến tính théo thời gian điều khiển tốc độ hóa học bởi công thức –ln(1-α) = kt, trong α là phần phản ứng (nằm trong khoảng 15÷85% Các-bon đốt cháy) và k là hằng số tốc độ. Tốc độ khí hóa tăng khi nhiệt độ phản ứng từ 810 ÷ 960oC như đồ thị Arrhenius giữa logk và 1/T (Hình 2.4).
Hình 2.4. Đường cong Arrhenius của quá trình khí hóa C (than củi) bởi khí CO2
Điều này có nghĩa là nhiệt độ càng cao thì quá trình khí hóa Các-bon diễn ra càng thuận lợi.
b. Bản chất của các-bon
(i) Hoạt tính của các-bon: Hoạt tính của Các-bon phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc nguyên tử. Hoạt tính của Các-bon giảm khi khoảng cách giữa các lớp giảm hoặc nói cách khác là graphit hóa nhiều hơn. Mức độ graphit hóa đối với graphit khoáng (cấu trúc graphít) có thể cao hơn so với than (cấu trúc không thẳng (turbostratic) do biến đổi địa chất. Điều đó làm cho graphit kém hoạt tính hơn so với thanh đá do có ít hơn các điểm phản ứng. Trong số những than khác, than có hạng cao (than antraxit) có hoạt tính kém hơn (hình 3.6). Trong trường hợp than cốc hoặc than gỗ được sản xuất bằng phương pháp Các-bon hóa than hoặc gỗ, nhiệt độ Các-bon hóa ảnh hưởng đến đường kính vi tinh thể (La) của Các-bon (Hình 2.5) và hoạt tính của nó (Hình 2.4).
29 Hoạt tính của một số loại Các-bon ở Bảng 2.3.
Bảng 2.3. Hoạt tính của một số dạng C.
Hình 2.5. Ảnh hưởng của nhi t độ C hóa đến đường kính vi tinh thể (La) của một số than củi.
30
Hình 2.7 Ảnh hưởng của hoạt tính than đến nhi t độ hoạt động của lò quay luy n s t xốp.
(ii) Diện tích bề mặt: Diện tích bề mặt ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học của than. Vật liệu bột có tỷ số bề mặt trên đơn vị khối lượng lớn hơn dạng cục. Bảng 2.4 cho thấy hoạt tính than dạng bột (-178 + 120µm) cao hơn dạng cục (7 ÷ 8 mm) từ điều kiệngiống nhau về phản ứng Các-bon hóa ở (400 ÷ 1000o
C) và khí hóa ở 900 C.
Bảng 2.4. Ảnh hưởng của kích thước C đến hoạt tính ở 900 C đối với than củi điển hình