Mechanizm zgazowania ditlenkiem w aspekcie równań kinetycznych

• Autorzy: Mianowski A. , Radko T. , Siudyga T.

Warianty tytułu

EN

Mechanism of gasification with carbon dioxide in the context of kinetic equations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przeprowadzono analizę kinetyczną reakcji Boudouarda-Bella (B-B) przebiegającą w złożu stałym czynnika zgazowywanego w strumieniu przepływającego CO₂ w warunkach izotermicznych. Analiza dotyczyła fazy gazowej, do której w przeciwieństwie do klasycznej teorii Erguna przypisano udział produktu pośredniego. Rozwiązując układ liniowych równań kinetycznych (z wykorzystaniem transformacji Laplace’a) wykazano, że dla czasu zmierzającego do nieskończoności zależność opisująca udział molowy CO od czasu, posiada charakter asymptotyczny. W wyniku prac doświadczalnych otrzymuje się również zależności udziału molowego CO vs. czas wykazujące maksimum. Stosowne równanie uzyskuje się po modyfikacjach przyjętych ścieżek reakcji, jednakże mało prawdopodobnych ze względu na mechanizm zgazowania z udziałem aktywnych centrów reakcji. Uzyskane rozwiązania umożliwiły wyprowadzenie jednego dwuczłonowego równania (68), które obejmuje trzy charakterystyczne przypadki tj. charakter asymptotyczny [CO]_∞ < 1 lub [CO]_∞ = 1 oraz zależności wykazujące maksimum względem czasu. Propozycja wynika z założenia, że przebieg reakcji/procesu B-B jest wynikiem szybszej, mimo że odwracalnej, reakcji chemicznej w stosunku do wolniejszego procesu degradacji kompleksu tlenowego i desorpcji.

EN

Kinetic analysis of Boudouard-Bell reaction (BB) was performed for fixed bed in CO₂ stream under isothermal conditions. The analysis was performed for gaseous phase and participation of the intermediate product in this phase was assigned in contrast to the classical Ergun theory. It was proved by solving a set of linear kinetic equations (using the Laplace transforms) that for the time tending to infinity relation describing of CO mole fraction with time is asymptotic. Relations of CO mole fraction vs. time exhibiting maximum were also obtained during experiments. Appropriate equation is obtained after modification of adopted reaction paths, however unlikely because of gasification mechanism with participation of active sites of reaction. Obtained solutions allowed derivation of the single, double-element equation (68) which covers three specific cases i.e. asymptotic form [CO]_∞ < 1 or [CO]_∞ = 1 and relations exhibiting maximum vs. time. This proposal results from the assumption that course of B-B reaction/process is result of faster, although reversible chemical reaction in relation to slower process of degradation of oxygen complex and desorption.

Słowa kluczowe

PL

reakcja Boudouarda-Bella; mechanizm; faza gazowa; kinetyka; transformacja Laplace'a; typy równań

EN

Boudouard-Bell reaction; mechanism; gaseous phase; kinetic; Laplace transform; types of equations

• Wydawca: Wydawnictwo Górnicze Sp. z o.o.
• Czasopismo: Karbo
• Rocznik: 2014
• Tom: Nr 4
• Strony: 181--187
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Mianowski A.

• Wydział Chemiczny Politechniki Śląskiej w Gliwicach

autor

Radko T.

• Wydział Chemiczny Politechniki Śląskiej w Gliwicach

autor

Siudyga T.

• Wydział Chemiczny Politechniki Śląskiej w Gliwicach

Bibliografia

• 1. Mianowski A., Tomaszewicz M., Siudyga T., Radko T., Aplikacyjne i analityczne aspekty rozważań nad kinetyką reakcji Boudouarda-Bella, Karbo, 2013, t. 58, s. 48.
• 2. Tomaszewicz M., Łabojko G., Tomaszewicz G., Kotyczka-Morańska M., The kinetics of CO2 gasification of coal chars, J.Therm.Anal.Cal., 2013, t. 113, s. 1327.
• 3. Mianowski A., Sekuła M., Reakcyjność bezdymnych paliw stałych, ZN Wydziału Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Politechnika Koszalińska, 2001, nr 20, s. 193.
• 4. Molina A., Mondragón F., Reactivity of coal gasification with steam and CO2, Fuel, 1998, t. 77, s. 1831.
• 5. Liu H., Luo Ch., Kaneko M., Kato Sh., Kojima T., Unification of gasification kinetics of char in CO2 at elevated temperatures with a modified random pore model, Energy & Fuels, 2003, t. 17, s. 961.
• 6. Fermoso J., Stevanov C., Moghtaderi B., Arias B., Pevida C., Plaza M.G., Rubiera F., Pis J.J., High-pressure gasification reactivity of biomass chars produced at different temperatures, J.Anal.Appl.Pyrolysis, 2009, t. 85, s. 287.
• 7. Stelmach S., Mianowski A., Robak Z., Reaktywność węgli kamiennych i brunatnych pod zwiększonym ciśnieniem, [w:] Studium koncepcyjne wybranych technologii, perspektywicznych procesów i produktów konwersji węgla – osiągnięcia i kierunki badawczo-rozwojowe, 2010, t. 1, s. 34, wyd. IChPW.
• 8. Mianowski A., Tomaszewicz M., Siudyga T., Radko T., Estimation of kinetic parameters based on finite time of reaction/proces: thermogravimetric studies at isothermal and dynamic conditions, React. Kinet. Mech.Cat., 2014, t. 111, s. 45 (DOI 10.1007/s11144-013-0613-y).
• 9. Ergun S., Kinetics of the reaction of carbon dioxide with carbon. J. Phys. Chem. 1956, t. 60, s. 480.
• 10. Mianowski A., Robak Z., Tomaszewicz M., Stelmach S., The Boudouard-Bell reaction analysis under high-pressure conditions, J. Therm. Anal. Cal., 2012, t. 110, s. 93.
• 11. Laurendal N.M., Heterogeneous kinetics of coal char gasification and combustion. Prog. Energy Combust. Sci., 1978, 4, s. 221.
• 12. Piłat B., Wasilewski M.J., Tablice całek, WN-T, s. 98-102, Warszawa 1983.
• 13. House J.E., Principles of chemical kinetics, wyd. II, Elsevier 2007.
• 14. Molski A., Wprowadzenie do kinetyki chemicznej, 2001, WNT Warszawa.
• 15. Słomska I., Kryterium oceny reaktywności koksów wobec dwutlenku węgla, ZN Akademii Górniczo-Hutniczej im. St. Staszica, 1973, nr 414 (Metalurgia i Odlewnictwo, z. 56).
• 16. Mianowski A., Ściążko M., Porada S., Badania kinetyki zgazowania krajowych węgli kamiennych, Konferencja „Zaawansowane technologie pozyskiwania energii”, 26.09.2013, AGH Kraków.
• 17. Mianowski A., Siudyga T., Radko T., Boudouard-Bell reaction in the context of Ergun considerations on coke reactivity, praca wysłana do redakcji Chemical Physics.
• 18. Ściążko M., Modele klasyfikacji w ujęciu termodynamicznym i kinetycznym, Rozprawy i monografie 210, Wydawnictwa AGH, Kraków 2010.
• 19. Roberts D.G, Harris D.J., High-pressure char gasification kinetics: CO inhibition of the C-CO2 reaction. Energy & Fuels 2012, t. 26, s.176.