The structural and textural characteristics of limestones and the effectiveness of SO₂ sorption in fluidized bed conditions

• Autorzy: Hycnar E.

Identyfikatory

DOI

10.24425/118639

Warianty tytułu

PL

Charakter strukturalno-teksturalny wapieni a efektywność sorpcji SO₂ w warunkach palenisk fluidalnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The results of studies on the sorption properties of limestone with respect to SO₂ under fluidized bed conditions are presented. It has been confirmed that the structural and textural characteristics of limestones (which, contrary to the common belief, are shaping the course of the sulphation process rather than the CaCO₃ content) have a decisive influence on the effectiveness of SO₂ capture. The impact of the porosity of limestones on the SO₂ sorption process has been shown. Limestone parameters, which should be assessed at the stage of qualification of raw material for raw material production, have also been determined. The research methods, which can be used to predict the reactivity of sorbent in industrial conditions at the stage of laboratory analysis, have been presented. Presented in this article studies on the reactivity of limestone terms of SO₂ were inspired by the problems of Polish power plants in meeting the SO₂ emission limits when using limestones as SO₂ sorbents in fluidized bed boilers and related to their low utilization and storage, and the high content of unreacted CaO in the ash. The studies have been conducted for several years. In that time, been tested several hundred samples limestone of Cretaceous (chalk), Jurassic, Triassic, Devonian, and Neogene (lacustrine chalk) age. The results of the study can contribute to the increased use of sorbent and thus increase the efficiency of SO₂ capture in furnace conditions and, as a consequence, significantly reduce the amount of the combustion waste generated.

PL

Przedstawiono rezultaty badań właściwości sorpcyjnych wapieni względem SO₂ w warunkach palenisk fluidalnych. Udowodniono, że decydujący wpływ na efektywność wychwytu SO₂ ma charakter struktualno-teksturalny sorbentu, który kształtuje przebieg procesu siarczanowania, a nie jak się powszechnie przyjmuje się – zawartość CaCO₃ w sorbencie. Pokazano jak porowatość sorbentu wpływa na przebieg procesu sorpcji SO₂. Określono parametry sorbentu, które powinny podlegać ocenie na etapie kwalifikowania surowca do produkcji sorbentów. Zaprezentowano metody badawcze, za pomocą których na etapie badań laboratoryjnych można w sposób precyzyjny przewidzieć reaktywność sorbentu w warunkach przemysłowych. Prezentowane w niniejszym artykule badania nad reaktywnością wapieni względem SO₂ zainspirowane zostały problemami polskich elektrowni i elektrociepłowni związanymi z dotrzymaniem limitów emisji SO₂ podczas stosowania wapieni jako sorbentów SO₂ w paleniskach fluidalnych, niskim stopniem wykorzystania sorbentów, wysoką zawartością nieprzereagowanego CaO w popiołach i problemami związanymi tak z ich wykorzystaniem jak i składowaniem. Badania prowadzono przez kilka lat. W tym czasie przebadano kilkaset próbek wapieni wieku kredowego (kreda pisząca), jurajskiego, triasowego, dewońskiego i neogeńskiego (kreda jeziorna). Rezultaty badań są w stanie przyczynić się do zwiększenia stopnia wykorzystania, sorbentu i co za tym idzie podniesienia efektywności wychwytu SO₂ w warunkach palenisk, a przez to znacząco ograniczyć ilość powstających odpadów paleniskowych.

Słowa kluczowe

EN

porosity; limestone; SO2 sorbent; sulphation process

PL

porowatość sorbentu; sorbent SO2; wapień; proces siarczanowania

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 34, z. 1
• Strony: 5--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Hycnar E.

• AGH University of Science and Technology, Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Alsthrom Propywe-Reactivity index. Alsthrom Propywer 1995.
• [2] Anthony, E.J. and Granatstein, D.L. 2001. Sulfation phenomena in fluidized bed combustion systems. Progress in Energy and Combustion Science 27, pp. 215–236.
• [3] AutoPore IV 9520 Operator’s Manual V1.09, 2008, Micromeritics Instrument Corporation, 950-42801-01.
• [4] Borgwardt, R.H. 1985. Calcinations Kinetics and Surface Area of Dispersed Limestone Particles. AIChE Journal 31, pp. 355–362.
• [5] Dam-Johansen, K. and Østergaard, K. 1991. High-temperature reaction between sulphur dioxide – 1. Comparision of limestones in two laboratory reactors and a pilot plant. Chemical Engineering Science 46, 3, pp. 827–37.
• [6] Galos et al. 2016 – Galos, K., Szlugaj, J. and Burkowicz, A. 2016. Sources of limestone sorbents for flue gas desulphurization in Poland in the context of the needs of domestic power industry. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 19, 2, pp. 149–170 (in Polish).
• [7] Hycnar, E. 2015. Structural-textural nature and sorption properties of limestones from the mesozoic-neogene contact zone in the Bełchatów deposit. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 31, 4, pp. 75–94.
• [8] Hycnar et al. 2012 – Hycnar, E., Ratajczak, T. and Nieć, M. 2012. The “Zalas” porphyry deposit – problem of accompanying minerals still current?. Opencast Mining 53, 1–2, pp. 9–14 (in Polish).
• [9] Hycnar et al. 2015 – Hycnar, E., Ratajczak, T. and Jończyk, M.W. 2015. Carbonate associated minerals and possibilities for their utilization as SO2 sorbents (on the example „Bełchatów” lignite deposit). Bulletin of the Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences 90, pp. 19–31 (in Polish).
• [10] Hycnar et al. 2016 – Hycnar, E., Ratajczak, T., Jonczyk M.W. and Wal M. 2016. The possibilities of using chalk from domestic deposits in flue gas desulphurization technologies used in the energy sector. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN 96, pp. 71–80 (in Polish).
• [11] Laursen et al. 2000 – Laursen, K., Duo, W., Grace, J.R. and Lim, J. 2000. Sulfation and reactivation characteristics of nine limestones. Fuel 79, pp. 153–63.
• [12] Mohammad et al. 1988 – Mohammad, R., Hajaligol, J.P., Longwell, A.F. and Sarofim, H. 1988. Analysis and modeling of the direct sulfation of CaCO3. Ind. Eng. Chem. Res. 27, 12, pp. 1543–1549.
• [13] Pacciani et al. 2009 – Pacciani, R., Müller, C.R., Davidson, J.F., Dennis, J.S. and Hayhurst, A.N. 2009. The Performance of a Novel Synthetic Ca-Based Solid Sorbent Suitable for the Removal of CO2 and SO2 from Flue Gases in a Fluidised Bed. Proceedings of the 20th International Conference on Fluidized Bed Combustion, Environmental and Pollution Control, pp. 972–978.
• [14] Rootare, H.M. and Prezlow, C.F. 1967. Surface Areas from Mercury Porosimetry Measurements, J. Phys. Chem., pp. 2733–2736.
• [15] Such, P. 2000 – The pore space investigations for geological and engineering purposes. Scientific Works of the Oil and Gas Institute 104, 96 pp.
• [16] Such, P. 2002 – An application of mercury porosimetry in pore space investigations. Scientific Works of the Oil and Gas Institute 113, 86 pp.
• [17] Szymanek, A. and Nowak W. 2007. Mechanically activated limestone. Chemical and Process Engineering 287, pp. 127–137.
• [18] Yao et al. 2010 – Yao, X., Zhang, H., Yang, H., Liu, Q., Wang, J. and Yue, G. 2010. An experimental study on the primary fragmentation and attrition of limestones in a fluidized bed. Fuel Processing Technology.
• [19] Yrjas et al. 1995 – Yrjas, P., Iisa, K. and Hupa, M. 1995. Comparison of SO2 capture capacities of limestones and dolomites under pressure. Fuel 74, 3, pp. 395–400.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).