Produkty ekstrakcji nadkrytycznej węgla brunatnego dla otrzymywania paliw płynnych i sorbentów węglowych

• Autorzy: Czechowski F. , Stolarski M.

Warianty tytułu

EN

Supercritical gas extraction products of brown coal for the production of liquid fuels and carbon sorbents

Abstrakty

PL

Zbadano wpływ rozpuszczalników: cykloheksanu, toluenu, alkoholu izopropylowego oraz czasu ekstrakcji (0 – 4 godz.) ziemistego węgla brunatnego w warunkach nadkrytycznych w temperaturze 410 °C, pod ciśnieniem 13 MPa na wydajność ekstraktów oraz kształtowanie się struktury porowatej stałych pozostałości poekstrakcyjnych. Scharakteryzowano skład grupowy i strukturalny ekstraktów nadkrytycznych. Pozostałości po ekstrakcji nadkrytycznej cykloheksanem i toluenem wykazują większe rozwinięcie układu kapilarnego niż produkt karbonizacji węgla nieekstrahowanego otrzymany w temperaturze ekstrakcji nadkrytycznej 410 °C. Podobna zależność występuje w rozwinięciu struktury porowatej karbonizatów wysokotemperaturowych (800 °C) otrzymanych ze stałych pozostałości poekstrakcyjnych oraz ich odpowiednika z węgla nieekstrahowanego. Parametry struktury porowatej aktywatów otrzymanych przez zgazowanie karbonizatów parą wodną do 50% ubytku masy ich materii oganicznej wykazują zbliżone wartości zarówno dla produktów otrzymanych z pozostałości poekstrakcyjnych jak i próbki otrzymanej z węgla nieekstrahowanego. Wydłużenie czasu ekstrakcji w warunkach nadkrytycznych cykloheksanem oraz toluenem prowadzi do stopniowego wzrostu parametrów struktury porowatej w pozostałościach poekstrakcyjnych oraz produktach ich częściowego zgazowania parą wodną. Natomiast wydłużenie czasu ekstrakcji nadkrytycznej alkoholem izopropylowym prowadzi do obniżania się parametrów struktury porowatej w pozostałościach poekstrakcyjnych oraz produktach ich karbonizacji i aktywacji.

EN

The influence of the solvent kind: cyclohexane, toluene, isopropyl alcohol and time of supercritical gas extraction (0 - 4 h) of earthy brown coal at 410 °C on the extracts yield and formation of porous structure in the extracted residues was investigated. The group and structural composition of supercritical extracts was characterized. The residues after the supercritical gas extraction with cyclohexane and toluene show a greater development of the capillary system than the carbonization product of non-extracted coal obtained at a supercritical extraction temperature of 410°C, under pressure 13 MPa. A similar relationship occurs in the development of porous structure of high temperature (800°C) carbonizates of extracted residues in comparison to porosity parameters of non-extracted coal carbonizate. Porous structure parameters of active carbons obtained by steam gasification of carbonizates to 50% burn-off of their coaly organic matter show similar values for products obtained from extracted residues as well as for samples obtained from non-extracted coal. The increase of in supercritical gas extraction time with cyclohexane and toluene leads to gradual increase of porous structure parameters in extraction residues and their partial gasification products with steam. On the other hand, the increase of the supercritical extraction time with isopropyl alcohol causes a decrease in the porosity parameters of the extracted residues porous structure and products of their carbonization and activation.

Słowa kluczowe

PL

węgiel brunatny; ekstrakcja nadkrytyczna; struktura ekstraktów; pozostałość poekstrakcyjna; karbonizacja; aktywacja parą wodną; struktura porowata

EN

brown coal; supercritical gas extraction; extracts structure; extracted residue; carbonization; steam activation; porous structure

• Wydawca: Instytut Górnictwa Odkrywkowego "Poltegor-Instytut"
• Czasopismo: Górnictwo Odkrywkowe
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 59, nr 6
• Strony: 33--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz.

Twórcy

autor

Czechowski F.

• Instytut Nauk Geologicznych, Uniwersytet Wrocławski, Wrocław

autor

Stolarski M.

• Zakład Chemii i Technologii Paliw, Politechnika Wrocławska

Bibliografia

• [1] Schneider G.M., Stahl, E. Wilke G. (Eds.), Extraction with Supercritical Gases. Verlag Chemie, Weinheim, 1980
• [2] McHugh S.M., Krukonis Val., Supercritical Fluid Extraction: Principles and Practice. Butterworth-Heinemann Series in Chemical Engineering, Boston, London, Oxford, Singapore, Sydney, Toronto, Wellington, second edition for college students, 1994
• [3] Brunner G., Gas Extraction : an introduction to fundamentals of supercritical fluids and the application to separation processes. Steinkopff Darmstadt, Springer New York, 1994
• [4] de Melo M.M.R, Silvestre, A.J.D., Silva C.M. Supercritical fluid extraction of vegetable matrices: Applications, trends and future perspectives of a convincing green technology. J. of Supercritical Fluids 2014, 92, 115-176
• [5] Lisicki Z., Majewski W., Kwiatkowski J., Ekstrakcja węgli i produktów jego przetwórstwa przy użyciu czynników w stanie nadkrytycznym., Przemysł Chemiczny 1983, 62 (10), 557
• [6] Swanson, M.L.; Dollimore, J.; Olson, E.S.; Diehl, J.W. Extraction of a North Dakota Lignite with Supercritical Aliphatic Solvents. Prepr. Pap.—American Chemical Society, Division Fuel Chemistry 1985, 30 (3), 130–138
• [7] Stolarski M., Szczygieł J., Supercritical gas extraction of Polish brown coals. Fuel 1991, 70 (12), 1421-1425
• [8] Czechowski F., Stolarski M., Simoneit B.R.T., Supercritical fluid extracts from brown coal lithotypes and their group components –molecular composition of non-polar compounds. Fuel 2002, 81, 1933-1944
• [9] Słomka B., Rutkowski A., A kinetic study of the supercritical toluene extraction of coal at 9,8 MPa. Fuel Processing Technology 1982, 5, 247-255
• [10] Cahill P., Harrison G., Lawson G.J., Extraction of intermediate and low-rank coals with supercritical toluene. Fuel 1989, 68, 1152-1157
• [11] Surygała J., Stolarski M., Wstępna ocena budowy chemicznej i podatności na uwodornienie ekstraktów nadkrytycznych uzyskanych z węgla kamiennego i brunatnego. Koks, Smoła, Gaz 1986,31 (10), 210-214
• [12] Majewski W., Lisicki Z., Rybiński W., Skarżyński M., Supercritical gas extraction of lignite. Erdöl & Kohle, Erdgas, Petrochemie 1983, 36 (10), 485-488
• [13] Stolarski M., Machnikowski J., Machnikowska H., Structural characterization of residue from supercritical gas extraction of brown coal. Fuel 1993, 72, 1497-1500
• [14] Amestica L.A., Wolf E.E., Supercritical toluene and ethanol extraction of an Illinois No 6 coal. Fuel 1984, 63, 227-230
• [15] Stolarski M., Szuba J., Walendziewski J., Charakterystyka produktów ekstrakcji nadkrytycznej węgli brunatnych i uwodornienie ekstraktów. Karbo 2003, R 48, nr.3. 142-147
• [16] Surygała J., Ciecze węglowe. Budowa chemiczna i podatność na uwodornienie. Prace Naukowe Instytutu Chemii I Technologii Nafty I Węgla, Politechniki Wrocławskiej nr 46, Seria: Monografie 21, Wrocław 1989
• [17] Thurlow G.G., Producing fuels and chemical feedstocks from coal. Chemical Engineering Progress 1980, 5, 81-84.
• [18] Whitehead J.C., Development of a process for the supercritical gas extraction of coal. American Institute of Chemical Engineers 1981, 1-8
• [19] Kershaw J.R., Supercritical fluids in coal processing, Supercritical Fluids 1989, 2, 35-45
• [20] Kershaw I.R., Overbeek J.M., Bagnell L.J., Supercritical extraction of Victorian brown coals. Fuel 1985, 64, 1070-1074
• [21] Blessing J.E., Ross D.S., Supercritical solvents and the dissolution of coal and lignite. American Chemical Society Symposium Series 1978, 71, 172-185
• [22] Ceylan R., Olcay A., Supercritical-gas extraction of Turkish coking coal. Fuel 1981, 60, 197-200
• [23] Kershaw J.R., Bagnell L.I., Extraction of brown coals with supercritical fluid mixtures. Implications for coal structure. Fuel 1987, 66, 1739-1741
• [24] Gangoli N., Thodos G., Liquid Fuels and Chemical Feedstocks from Coal by Supercritical Gas Extraction. Industrial & Engineering Chemistry Product Research and Development 1977, 16, 208-216
• [25] Tomków K., Siemieniewska T., Albiniak A., Kaczmarczyk J., Influence of the supercritical toluene extraction of brown coals on the development of porosity during carbonization and steam gasification. Energy and Fuels, 1988, 2, 246-252
• [26] Hippo E.J., Murdie N., Chen W.J., Muchmore C.B., Kent A.C., Microscopic characterization of coal residues from supercritical desulfurization of Illinois coal. Fuel Processing Technology 1987, 17 (1), 85-102
• [27] Pollution-free fuels. Pat. USA nr 80061997
• [28] Słomka B., Rutkowski A., Liszka M., Isotherms of Benzene Sorption on Supercritical Toluene-extracted Coal. Fuel Processing Technology, 1983, 7, 71-74
• [29] Kowalski J., Rosiński S. :Chemia i technologia węgla brunatnego. PWN, Warszawa 1957, Tom 1, 180-185.
• [30] Sprawocznik chimika, Tom 1, Moskwa 1963, p. 730
• [31] Poradnik fizykochemiczny, WNT Warszawa, 1974
• [32] Speight I.C., A Structural Investigation of the Constituents of Athabasca Bitumen by Proton Magnetic Resonance Spectroscopy. Fuel, 1970, 49, 76-90
• [33] Bartle K.D., Calimli A., Jones D.W., Mathews R.S., Olcay A., Pakdel K., Tugrul T., Aromatic products of 340 °C supercritical-toluene extraction of two Turkish lignites: an n.m.r. study. Fuel 1979, 58, 423-428
• [34] Bartle K.D., Martin I.G., Williams D.F., Chemical nature of a supercritical-gas extract of coal at 350 °C. Fuel 1975, 54 (4), 226-235
• [35] Tomków K., Zestaw automatycznej rejestrującej aparatury termograwimetrycznej do badań karbochemicznych. Prace Naukowe Instytutu Chemii i Technologii Nafty i Węgla Politechniki Wrocławskiej Nr 25. Konferencje Nr 2, Wrocław 1975, 183-192
• [36] McBain J.W. and Baker A.M., A new sorption balance. Journal of the American Chemical Society 1926, 48, 690-695.
• [37] Brunauer S., Emmett P.H., Teller E., Adsorption of Gases in Mulitmolecular Layers. Journal of the American Chemical Society 1938, 60, 309-319
• [38] Kankare J., Jüntti O., The determination of pore structure from physical adsorption isotherms. Part II. Digital computer program. Soumen Kemistilehti 1967, B-4G, 51-53
• [39] Dubinin M.M., Porous structure and adsorption properties of active carbon. In: Chemistry and Physics of Carbon, Ed. P.L. Walker Jr, London and New York, 1966, 51
• [40] Dubinin M.M., The potential theory of adsorption of gases and vapors for adsorbents with energetically nonuniform surface. Chemical Reviews 1960, 60, 235-241
• [41] Marsh H. and Siemieniewska T., Adsorption of Carbon Dioxide on Carbonized Anthracite. Interpretation by Dubinin Theory. Fuel 1967, 46, 441-457