ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО УГЛЕРОДА В АТМОСФЕРЕ ВОЗДУХА
Аннотация
В рамках настоящей работы была поставлена задача повысить точность термодинамического описания процесса взаимодействия твердой углеродной фазы с газообразной фазой продуктов горения. Предлагаемая методика позволила повысить точность вычислений путем замены численных значений констант равновесия для реакций, обладающих малыми степенями превращения, на обратные. При этом представленный подход не учитывает кинетику протекающих процессов, которая требует отдельного расчета и должна быть учтена при выполнении вычислений для реального производства. В статье приведен анализ традиционной методики расчета состава термодинамической системы горения и предложен вариант ее усовершенствования для решения многофакторной задачи по расчету термодинамического равновесия процесса горения углерода в атмосфере влажного воздуха. Представленный метод расчета состава термодинамической системы может быть применен при анализе и прогнозе протекания различных химико-металлургических процессов, таких как: окисление угля при открытой или подземной добыче и газификации, пирометаллургические процессы, протекающие в промышленных печах, или иные химико-технологические переделы, в которых реализуется горение углеводородов в атмосфере воздуха. Разработанная авторами программа расчета может быть реализована посредством «мягкого датчика» для существующей системы управления технологическим процессом в режиме реального времени, поскольку сходимость представленных расчетов достигается за относительно небольшое количество итерации, что обеспечивает соответствующее быстродействие. Представленный авторами подход обладает универсальностью, поскольку разработан на основе фундаментальных физико-химических явлений для расчета равновесного состава термодинамических систем объектов. Применение представленной методики позволит повысить энергосбережение, улучшить управление процессами на технологических переделах, и в конечном итоге повысить экономическую эффективность.
Для цитирования:
Дубовиков О.А., Белоглазов И.И. Термодинамическая оценка горения твердого углерода в атмосфере воздуха. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 4. С. 101-110. DOI: 10.6060/ivkkt.20266904.6427.
Литература
Aluminum Giant China Hongqiao to Move More Smelting Capacity to Yunnan - Sources [Electronic resource]. URL: https://www.reuters.com/article/china-aluminium-hongqiao-yunnanidUSL4N2N101W/ (Date of access 11.18.2025).
Nepsha F.S., Varnavskiy K.A., Voronin V.A., Zaslavskiy I.S., Liven A.S. Prospects for the use of renewable energy generation in coal mining enterprises. Zap. Gorn. In-ta. 2023. V. 261. P. 455-469 (in Russian).
Bauxite and Alumina Statistics and Information | U.S. Mining and Metallurgical Engineering. Geological Survey. [Electronic resource]. URL: https://www.usgs.gov/centers/national-minerals-information-center/bauxite-and-alumina-statistics-andinformation (Date of access 18.11.2025).
Alekseev A.I. Scientific foundations of aluminum-containing waste processing. Zap. Gorn. in-ta. 2016. V. 219. P. 428 (in Russian). DOI: 10.18454/PMI.2016.3.428.
Zhang L., Ponomarenko T. Directions for Sustainable Development of China’s Coal Industry in the Post-Epidemic Era. Sustainability. 2023. V. 15. P. 6518. DOI: 10.3390/su15086518.
Wang H., Cheng S., Wang H., He J., Fan L., Danilov A.S. Synthesis and properties of coal dust suppressant based on microalgae oil extraction. Fuel. 2023. V. 338. P. 127273. DOI: 10.1016/J.FUEL.2022.127273.
Blinova E., Ponomarenko T., Tesovskaya S. Key Corporate Sustainability Assessment Methods for Coal Com-panies. Sustainability. 2023. V. 15. P. 5763. DOI: 10.3390/su15075763.
Perifanis N.A., Kitsios F. Investigating the Influence of Artificial Intelligence on Business Value in the Digital Era of Strategy: A Literature Review. Information. 2023. V. 14. N 2. P. 85. DOI: 10.3390/info14020085.
Suslov A.P., Sharikov F.Yu., Bazhin V.Yu. Comprehensive assessment of the energy coals of the Waterberg Coalfield (South Africa) as a basis for making decisions on their rational use. Ugol`. 2019. V. 5 (1118). P. 96-100 (in Russian). DOI: 10.18796/0041-5790-2019-5-96-100.
Dubovikov O.A., Beloglazov I.I., Alekseev A.A. Fea-tures of the use of pulverized coal fuel in combined chemical enrichment processes. Obog. Rud. 2022. V. 6. P. 32-38 (in Russian). DOI: 10.17580/or.2022.06.06.
Kazanin O.I. Promising Technology Trends in Under-ground Coal Mining in Russia. Gorn. Zhurn. 2023. N 9. P. 4-11 (in Russian). DOI: 10.17580/gzh.2023.09.01.
Aleksandrova T., Nikolaeva N., Afanasova A., Chenlong, D., Romashev A., Aburova V., Prokhorova E. Increase in Recovery Efficiency of Iron-Containing Components from Ash and Slag Material (Coal Combustion Waste) by Magnetic Separation. Minerals. 2024. V. 14. N 2. P. 136. DOI: 10.3390/min14020136.
Kameshkov A.V., Rudko V.A., Gabdulkhakov R.R., Nazarenko M.Yu., Starkov M.K., Povarov V.G., Pyagay I.N. Technology of Producing Petroleum Coking Additives to Replace Coking Coal. ACS Omega. 2021. V. 6. P. 35307–35314. DOI: 10.1021/acsomega.1c04075.
Leusheva E.L., Morozov A.O., Morozov D.O. Ecological biodegradable additives to improve the rheological and filtration characteristics of water-based drilling mud. Nedropol`zovanie. 2024. V. 24. N 3. P. 120-130 (in Rus-sian). DOI: 10.15593/2712-8008/2024.3.3.
Trusov B.G. Software system for modeling phase and chemical equilibria at high temperatures. Vestn. MGTU im. N.E`.Baumana. 2012. V. 1. N 1 P. 21 (in Russian).
Belov G. V., Iorish V. S., Yungman V. S. Modeling of equilibrium states of thermodynamic systems using an IOT TERMO for Windows. TVT. 2000. V. 38. N 2. P. 191–196 (in Russian). DOI: 10.1007/BF02755944.
Ivanova A.O., Ryabov D.K., Antipov V.V., Pakhomkin S.I. The possibility of using the Thermo-Calc software package to determine the parameters of the thermal treatment of alloy 1913 and the atomization temperatures of aluminum alloys. Aviats. Mater. Tekh. 2016. V. S1(43). P. 52-59 (in Russian). DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-S1-52-59.
Madni A.M., Madni C.C., Lucero S.D. Leveraging Digi-tal Twin Technology in Model-Based Systems Engineer-ing. Systems. 2019. V. 7. N 1. P. 7. DOI: 10.3390/systems7010007.
Koteleva N., Korolev N., Zhukovskiy Y., Baranov G. A Soft Sensor for Measuring the Wear of an Induction Mo-tor Bearing by the Park’s Vector Components of Current and Voltage. Sensors. 2021. V. 21. P. 7900. DOI: 10.3390/s21237900.
Karri Rama Rao, Damaraju, Phaneswara Rao, Venkateswarlu Chimmiri. Soft Sensor Based Nonlinear Control of a Chaotic Reactor. Int. Cont. Sys. and Signal Proс. 2009. V. 2. N 1. P. 537–543. DOI: 10.3182/20090921-3-TR-3005.00093.
Holloway S. Storage capacity and containment issues for carbon dioxide capture and geological storage on the UK continental shelf. Proc. Int. Mech Eng. Part AJ. Power Energy. 2009. V. 223. P. 239. DOI: 10.1243/09576509JPE650.
Mizkher U. D., Chukalin A. V., Busy`gin S. V. Modeling and investigation of combustion processes of combustion of combustion air mixtures based on biogas. Vestn. UG-TU. 2020. V. 2-3(90-91). P. 35-41 (in Russian).
Kuz`min A.M. Buslaev G.V., Morenov V.A. Improving the energy efficiency of low-tonnage methanol produc-tion through the use of microturbodetander plants. Zap. Gorn. in-ta. 2022. V. 258. P. 1038-1049 (in Russian). DOI: 10.31897/PMI.2022.104.
Fetisov V. Analysis of Numerical Modeling of Steady-State Modes of Methane–Hydrogen Mixture Transporta-tion through a Compressor Station to Reduce CO2 Emis-sions. Sci. Rep. 2024. V. 14. P. 10605. DOI: 10.1038/s41598-024-61361-3.
Korobov G.Y., Vorontsov A.A., Buslaev G.V., Nguyen V.T. Analysis of Nucleation Time of Gas Hydrates in Presence of Paraffin During Mechanized Oil Production. Int. J. Eng. 2024. V. 37. N 7. P. 1343-1356. DOI: 10.5829/ije.2024.37.07a.13.
Fedorova E., Pupysheva E., Morgunov V. Modeling of Particle Size Distribution in the Presence of Flocculant. Symmetry. 2024. V. 16. P. 114. DOI: 10.3390/sym16010114.
Perminov V.A., Gudov A.M., Filatov Yu.M., Li X.U. Mathematical modeling of the combustion of a gas-dispersed mixture of combustible gas with particles. Ugol`. 2017. V. 10(1099). P. 37-43 (in Russian). DOI: 10.18796/ 0041-5790-2017-10-37-40.
Chang R., Thoman Jr., John W. Physical Chemistry for the Chemical Sciences. New York: Univ. Sci. Books. 2014. P. 56–61.
Belousov A., Lushpeev V., Sokolov A., Sultanbekov R., Tyan Y., Ovchinnikov E., Shvets A., Bushuev V., Islamov S. Hartmann–Sprenger Energy Separation Effect for the Quasi-Isothermal Pressure Reduction of Natural Gas: Feasibility Analysis and Numerical Simulation. En-ergies. 2024. V. 17. P. 2010. DOI: 10.3390/en17092010.
Filatova N., Artyushin A., Kosenko N. Synthesis and characterization of gorenje alumina-succinate xerogel combustion product. Ros. Khim. Zhurn. 2025. V. 69. N 2. P. 22-29 (in Russian). DOI: 10.6060/rcj.2025692.4.
Solodov V.S., Papin A.V., Nevedrov A.V., Cherkasova T.G. Assessment of the possibility of using coke dust in coking technology. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 6. P. 113–119 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226506.6588.
Dubovikov O.A., Brichkin V.N. Directions and prospects of using low-grade process fuels in alumina production. Zap. Gorn. In-ta. 2016. V. 220. P. 587-594 (in Russian). DOI 10.18454/PMI.2016.4.587.
