Новая РН на технологиях Н-1

[Кот Бегемот]

Я вам открою страшный секрет. При сгорании углеводородов сажу дают только непредельные углеводороды.

1. Идеальное (полное) сгорание метана

При достаточном количестве кислорода метан сгорает полностью, образуя углекислый газ и водяной пар. Сажа — это чистый углерод (C), а в этой реакции весь углерод идет на образование CO₂.
Химическая реакция:

Код Выделить Развернуть

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

• Метан (CH₄) окисляется полностью.
• Кислород (O₂) поступает в достаточном количестве.
• Продукты: Углекислый газ (CO₂) и вода (H₂O).

В этом случае сажи НЕТ. Пламя при таком горении имеет голубой или почти бесцветный цвет.
2. Неполное сгорание метана
Если кислорода недостаточно (или он плохо смешивается с газом), происходит неполное сгорание. В этом случае углерод из метана не может полностью окислиться до CO₂ и выделяется в виде мелких частиц сажи.
Условия для неполного сгорания:

• Недостаток кислорода (плохая вентиляция, засоренные горелки).
• Плохое смешивание газа с воздухом.
• Охлаждение пламени (например, если пламя касается холодной поверхности).

Химическая реакция (упрощенно):
Процесс сложный и может идти разными путями, но в целом его можно представить так:

Код Выделить Развернуть

CH₄ + O₂ → C (сажа) + 2H₂O + другие продуктыКакие еще продукты образуются при неполном сгорании?
Помимо сажи, это чрезвычайно опасные вещества:

• Угарный газ (CO) — ядовитый газ, без цвета и запаха.
• Другие углеводороды (например, формальдегид).

[Антикосмит]

Я вам открою страшный секрет. При сгорании углеводородов сажу дают только непредельные углеводороды.

1. Идеальное (полное) сгорание метана

При достаточном количестве кислорода метан сгорает полностью, образуя углекислый газ и водяной пар. Сажа — это чистый углерод (C), а в этой реакции весь углерод идет на образование CO₂.
Химическая реакция:

Код Выделить Развернуть

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

• Метан (CH₄) окисляется полностью.
• Кислород (O₂) поступает в достаточном количестве.
• Продукты: Углекислый газ (CO₂) и вода (H₂O).

В этом случае сажи НЕТ. Пламя при таком горении имеет голубой или почти бесцветный цвет.
2. Неполное сгорание метана
Если кислорода недостаточно (или он плохо смешивается с газом), происходит неполное сгорание. В этом случае углерод из метана не может полностью окислиться до CO₂ и выделяется в виде мелких частиц сажи.

Откуда это? Вы когда-нибудь видели чадящий метан? Если кислорода недостаточно, то окисление идет до CO. Метан, конечно, тоже подвергается пиролизу, но условия для образования углеродных конгломератов принципиально хуже. Сажа это по большей части полиароматические углеводороды (или углерод с включениями водорода по краям). Вот ацетилен будет гореть чадящим пламенем, потому что там уже готовые радикалы для сборки бензольных колец. Этилен будет коптить, но меньше. Этан уже почти не будет.

[Кот Бегемот]

Сажа это по большей части полиароматические углеводороды (или углерод с включениями водорода по краям). Вот ацетилен будет гореть чадящим пламенем, потому что там уже готовые радикалы для сборки бензольных колец. Этилен будет коптить, но меньше. Этан уже почти не будет.

Свои претензии отправляйте не мне, а в КБХМ и центр келдыша они тестировали и подтвердили наличие сажи.
https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru/index.php?msg=2345214

[Антикосмит]

Сажа это по большей части полиароматические углеводороды (или углерод с включениями водорода по краям). Вот ацетилен будет гореть чадящим пламенем, потому что там уже готовые радикалы для сборки бензольных колец. Этилен будет коптить, но меньше. Этан уже почти не будет.

Свои претензии отправляйте не мне, а в КБХМ и центр келдыша они тестировали и подтвердили наличие сажи.
https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru/index.php?msg=2345214

Вы думаете там ещё помнят о постановке эксперимента? Это сейчас природный газ очищают от прочих углеводородов и гелия  почти до чистого метана, а 40 лет назад этим никто не занимался. Так что есть не нулевая вероятность, что двигатель питали не чистым метаном, а природным газом/СПГ с включением молекул-сажеобразователей.

Проблема образования сажи.
При испытаниях газогенератора на компонентах кислород-метан по схеме с ДВГГ в ФГУП «ГИПХ» (1984 г.), получено, что сажа не образуется в диапазоне температур T=500÷1500К.

Вместе с тем, то что вы процитировали (но почему-то не указали верхнюю цитату)

Вместе с тем, при испытаниях двигателя по схеме с ДВГГ С5.86 (разработчик КБХМ) показано, что сажа образуется в виде наноплёнки толщиной 20 – 50 мкм (наработка двигателя С5.86 составила ~3500с)

Скорее всего дело в чистоте топлива

[Кот Бегемот]

Вы думаете там ещё помнят о постановке эксперимента? Это сейчас природный газ очищают от прочих углеводородов и гелия  почти до чистого метана, а 40 лет назад этим никто не занимался.

Так с5.86 испытывали не так давно (может лет десять или чуть боьше назад ЕМНИП).

[Кот Бегемот]

Если кислорода недостаточно, то окисление идет до CO.

Если кислорода недостаточно, то откуда возьмется О для СО?
И почему такая реакция в бедной кислородом среде невозможна?Какие законы физики ей мешают?
CH₄ + O₂ → C (сажа) + 2H₂O

[Антикосмит]

Вы думаете там ещё помнят о постановке эксперимента? Это сейчас природный газ очищают от прочих углеводородов и гелия  почти до чистого метана, а 40 лет назад этим никто не занимался.

Так с5.86 испытывали не так давно (может лет десять или чуть боьше назад ЕМНИП).

А это что?

Проблема образования сажи.
При испытаниях газогенератора на компонентах кислород-метан по схеме с ДВГГ в ФГУП «ГИПХ» (1984 г.), получено, что сажа не образуется в диапазоне температур T=500÷1500К.

Короче, я должен идти по делам. Попозже отвечу.

[cross-track]

Если кислорода недостаточно, то окисление идет до CO.

Если кислорода недостаточно, то откуда возьмется О для СО?

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

И почему такая реакция в бедной кислородом среде невозможна?Какие законы физики ей мешают?

Может, потому, что концентрация молекул О₂ настолько малая, что вероятность нахождения двух молекул кислорода около молекулы CH₄ очень мала?

[Кот Бегемот]

А это что?

Я ссылку оставил выше с полным текстом статьи клепикова почему нужно делать ДОГГ.Там написано про испытания с5.86 во время которых была обнаружена сажа (после наработки 3500с).НЯП эти испытания были лет 10-15 назад, а не сорок.
Наоборот сорок лет назад сажи таки не нашли.А в новых испытаниях нашли.

[Кот Бегемот]

Может, потому, что концентрация молекул О₂ настолько малая, что вероятность нахождения двух молекул кислорода около молекулы CH₄ очень мала?

Для образования сажи нужна как раз одна молекула.  
CH₄ + O₂ → C (сажа) + 2H₂O

[cross-track]

Может, потому, что концентрация молекул О₂ настолько малая, что вероятность нахождения двух молекул кислорода около молекулы CH₄ очень мала?

Для образования сажи нужна как раз одна молекула.
CH₄ + O₂ → C (сажа) + 2H₂O

Так именно про это и писал Антикосмит:

2. Неполное сгорание метана
Если кислорода недостаточно (или он плохо смешивается с газом), происходит неполное сгорание. В этом случае углерод из метана не может полностью окислиться до CO₂ и выделяется в виде мелких частиц сажи.

[Кот Бегемот]

Так именно про это и писал Антикосмит:

Про это писал я.

[cross-track]

Так именно про это и писал Антикосмит:

Про это писал я.

Тогда тем более.

[Антикосмит]

Если кислорода недостаточно, то окисление идет до CO.

Если кислорода недостаточно, то откуда возьмется О для СО?
И почему такая реакция в бедной кислородом среде невозможна?Какие законы физики ей мешают?
CH₄ + O₂ → C (сажа) + 2H₂O

Такая реакция не пойдет скорее всего. Углерод восстанавливает водород из воды. Это выдумки алисы.

Есть такая хреновина как синтез-газ. Его получают по разному. Вот вам 2 реакции, причем вторая идет без катализаторов:

CH4+H2O→CO+3H2
CH4+0,5O2→CO+2H2

По поводу второй статью о сажеобразовании при получении синтез-газа при неполном окислении метана. Там же рассматриваются пути решения проблемы. Кому интересно почитайте. А я опять убегаю.

https://cyberleninka.ru/article/n/obrazovanie-vysokodispersnoy-sazhi-pri-poluchenii-sintez-gaza-v-usloviyah-goreniya-metana?ysclid=mg97es337x216902558

[Кот Бегемот]

По поводу второй статью о сажеобразовании при получении синтез-газа при неполном окислении метана. Там же рассматриваются пути решения проблемы. Кому интересно почитайте. А я опять убегаю.

https://cyberleninka.ru/article/n/obrazovanie-vysokodispersnoy-sazhi-pri-poluchenii-sintez-gaza-v-usloviyah-goreniya-metana?ysclid=mg97es337x216902558

Я читал это раньше.И там написано, что сажа таки образуется.

Вы не можете просматривать это вложение.
Вы не можете просматривать это вложение.

[Prokrust]

Ну и Маск сделал свой Раптор для определенной цели, для сверхтяжа - Старшип. А для чего именно сделан РД-170?

Для сверхтяжелой энергии.

Заменить каждый РД-170 четыремя НК-33 - и какая в итоге разница?
Никакой.

[Кот Бегемот]

Такая реакция не пойдет скорее всего.

Неполное сгорание - При α меньше 1 происходит не дожёг топлива, потеря значительного количества тепла и опасность выделения угарного газа СО. Внешние признаки неполного сгорания изменение цвета факела от ярко-голубого до жёлто-красного и образования копоти в дымовых трубах

При α больше 1,2 происходит перерасход топлива и ухудшение работы агрегата, снижение t⁰ газа в топке
Продукты неполного сгорания угар.газ СО, сажа и не сгоревший метан.

https://studfile.net/preview/8385674/page:7/

[Антикосмит]

Тут ещё вот в чем может быть решение. Заземлены ли были двигатели? Улавливание сажи из газа электростатически еще та проблема, потому что она электропроводна и при оседании на заряженную поверхность тут же перезаряжается и отталкивается обратно в поток. Марки стали (или что там за материалы) надо смотреть. Возможно они различались и поверхность могла обладать каталитическими свойствами как для образования углерода, так и наоборот. Никель часто используют как катализатор гидрирования/дегидрирования, а он входит в состав многих нержавеющих сталей. Короче, надо пристально вопрос изучить.

[ExDi]

реакции (практически) никогда не идут так, как написано в брутто-уравнении; они делятся на последовательные т.н. элементарные акты, которые либо бимолекулярны (сталкиваются и реагируют 2 частицы), либо мономолекулярны (распадается одна частица). более сложные, даже трехмолекулярные, столкновения настолько маловероятны, что практически исключаются. 
реакция горения идет по цепному механизму, начиная примерно так:
CH4 + O2 -> CH3* + HO2*
HO2* -> OH* +*O*
CH3* + O2 -> *CH2* +HO2*
OH* + CH4 -> H2O + CH3*
*O* + CH4* -> OH* + CH3*
образовавшиеся свободные радикалы атакуют как нейтральные молекулы, так и радикалы, в результате углерод постепенно теряет атомы водорода и образует промежуточные соединения типа формальдегида H2CO, но при недостатке кислорода реакции между углеродсодержащими радикалами становятся более вероятны, чем их реакции с кислородом, начинают расти углеводородные цепи, предельные и непредельные, например
2CH3* -> С2H6 (этан)
2*CH2* -> C2H4 (этилен)
и т.д.
вообще реакции идут до конца по единственному механизму как правило только в стехиометрических условиях (и то далеко не всегда), поскольку образование множества продуктов дает существенный выигрыш в энтропии и соотвественно свободной энергии. К тому же связь O-H это 435 кдж, С-O 331 кдж, С-С 336 кдж, т.е. при недостатке кислорода термодинамически выгоднее, чтобы он соединялся с водородом, а углерод выделялся в виде сажи

ну и вообще-то неполное сгорание метана - промышленный способ получения сажи.

[Кот Бегемот]

вообще реакции идут до конца по единственному механизму как правило только в стехиометрических условиях (и то далеко не всегда),

Так я об этом и говорю.Сажа в любом случае будет.