Химия геотехнологических процессов (часть 1)

Как правило, в недрах при ведении технологического процесса добычи взаимосвязь химических процессов очень сложная и описывается системой уравнений, совместное решение которых практически невозможно. Поэтому обычно рассматривают отдельные стороны процесса, определяемые основной химической реакцией и ее особенностями.
Химические реакции, в которых одни вещества превращаются в другие, бывают простые и сложные, обратимые и необратимые. С точки зрения кинетики реакции подразделяются по молекулярности (моно-, би-, тримолекулярные). Порядок реакции определяется числом взаимодействующих молекул. Реакции геотехнологических процессов — гетерогенные, так как реагирующие вещества находятся в разных фазах.
Для выявления возможности протекания реакции определяется энергия Гиббса (изменение изобарно-изотермического потенциала) для реакций расчетным или эмпирическим методом. Практический интерес представляет установление различных факторов, влияющих на равновесие системы и способов, позволяющих сдвинуть равновесие в сторону целевых продуктов с помощью температуры, давления и концентрации рабочего агента, т. е. использовать принцип Ле-Шателье, по которому воздействие извне на систему, находящуюся в равновесии, путем изменения какого-либо условия, определяющего положение равновесия, вызывает усиление такого процесса, течение которого ослабляет влияние произведенного воздействия. Так, например, повышение температуры подавляет протекание экзотермической реакции и способствует эндотермическим процессам.
Термодинамические данные часто находятся в противоречии с кинетикой процесса, поэтому для оптимизации процесса необходимо учитывать как термодинамические, так и кинетические факторы.
Обычно химические процессы рассматривают на уровне взаимодействия отдельных молекул — микроуровень, но это возможно только в идеализированных условиях. В промышленных условиях, как правило, процесс рассматривается на макроуровне — взаимодействие агрегатов молекул, которые сопровождаются различными физическими процессами: диффузия и конвекция рабочих и продуктивных флюидов в зоне реакции и выделение и распределение тепла.
Химический процесс необходимо вести в условиях максимального извлечения и максимальной селективности. Практически все геотехнологические процессы относятся к гетерогенным. Примером такого процесса может служить подземная газификация угля, где сам процесс можно подразделить на пять стадий: внешняя диффузия кислорода через пограничный газовый слой; внутренняя диффузия кислорода через слой выгоревшего угля; химическая реакция; внутренняя и внешняя диффузия продуктов реакции через слой золы и пограничный слой газа.

---