Wpływ dodatku związków żelaza i siarki na kinetykę hydrozgazowania węgla kamiennego

• Autorzy: Porada S. , Strugała A.

Warianty tytułu

EN

Effect of iron - and sulphur compounds on the kinetics of coal hydrogasification

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Węgiel jest obecnie jednym z trzech najważniejszych surowców energetycznych, a z uwagi na jego zasoby będzie w przyszłości nadal odgrywał istotną rolę w bilansach energetycznych wielu krajów. Jedną z bardziej obiecujących technologii jego przetwórstwa jest proces hydrozgazowania, którego celem jest konwersja paliwa stałego na gaz węglowodorowy. Problemem jest stosunkowo niska reaktywność węgla względem wodoru, stąd konieczność poszukiwania katalizatorów odpowiednich dla tego procesu. W pracy przedstawiono wyniki badań kinetyki hydrozgazowania płomiennego węgla kamiennego. Pomiary prowadzono w warunkach nieizotermicznych, ogrzewając próbki od temperatury otoczenia do 1240 K z szybkością 3 K/min, przy ciśnieniu wodoru 2,5 MPa. W pierwszej serii badań porównano kinetykę hydrozgazowania surowego węgla o dużej zawartości popiołu (Aa = 20,1%) z tym samym węglem, ale wzbogaconym w cieczach ciężkich (Aa + 7,0%). Obie próbki różniły się w sposób istotny zawartością popiołu i siarki pirytowej. Stwierdzono, że podczas hydrozgazowania węgla surowego, a więc materiału o gorszych parametrach jakościowych, osiągano znacznie większe sumaryczne wydajności węglowodorów. Było to związane ze wzrostem szybkości wydzielania się metanu - głównego produktu tego procesu. W drugim etapie badań jako surowca użyto węgla wzbogaconego z domieszkami określonych ilości pirytu, tlenku żelaza (II) oraz siarki elementarnej. Korzystny wpływ na przebieg hydrozgazowania obserwowano w przypadku dodatku pirytu oraz mieszaniny tlenku żelaza (II) i siarki elementarnej. Dodatek tylko tlenku żelaza nie powodował większych zmian w przebiegu badanego procesu. Pozostałe dodatki zwiększały przede wszystkim wydajność i szybkość wydzielania metanu, ich wpływ na powstawanie węglowodorów C2-C3 był natomiast niewielki. Wzrost szybkości reakcji tworzenia się metanu w procesie hydrozgazowania węgla z dodatkami pirytu oraz tlenku żelaza (II) w mieszaninie z siarką elementarną uwidaczniał się dopiero w temperaturach powyżej 1120 K.

EN

Currently, coal is ranked among the three most important energy sources. Due to its abundant resources coal will play an important part in world energy balance in the years to come. One of the most interesing ways of its conversion is the process of hydrogasification. However, the low coal reactivity with hydrogen constitutes a problem. Therefore. catalysts required for this process must be selected. The paper presents the results of kinetics wxamination of hard coal with high volatile matter contents. The first series of examinations involved comparison of hydogasification kinetics for raw coal and for coal with reduced contents of ash and pyrite. In the former case much higher yields of hydrocarbons were observed, mainly due to a higher yield of methane. In the second series of examinations, coal with additions of pyrite, iron - oxide (II) and elementary sulphur were observed to have a beneficial effect on the process of hydrogasification. In this case, the increase in the rate of reaction occured at temperatures exceeding 1150 K. The iron - oxide (II) alone was reported to have no influence on hydrogasification reaction. The other additives increased the yield of methane, not exerting any influence on other products of hydrogasification prosess.

Słowa kluczowe

PL

węgiel; hydrozgazowanie; kinetyka; katalizatory

EN

coal; hydrogasification; kinetics; catalysts

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2002
• Tom: T. 18, z. 2
• Strony: 63--75
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Porada S.

• Wydział Paliw i Energii AGH, Kraków

autor

Strugała A.

• Wydział Paliw i Energii AGH, Kraków

Bibliografia

• [1] Attar A., 1978 — Sulfur reactions in coal pyrolysis and hydrogenation. Coal Proc. Technology AICE vol. IV, s. 26.
• [2] Bommannavar A.S., Montano P.A., 1982 — Mossbauer study of the thermal decomposition of FcS2 in coal. Fuel 61, s. 523.
• [3] Bommannavar A.S., Montano P.A., 1982 - Mossbauer study of the thermal decomposition of FcS2 in coal Fuel 61, s. 523.
• [4] Cypres R. i in., 1981 — Behaviour of pyrite during hydrogenation of graphite at atmospherie prcssure. Fuel 60, s. 247.
• [5] Gryglewicz G, Jasieńko S. 1992 — The behaviour of sulphur forms during pyrolysis of low-rank coal. Fuel 71 s. 1225.
• [6] Gryglewicz G., 1992 Ugrupowania siarki w węglach wsadowych i mechanizm przechodzenia siarki do koksu. Karbo-Energochemia-Ekologia 8, s. 186.
• [7] Hüttinger K.J., 1983 — Fundamental problems in iron-catalysed coal gasification — a survey. Fuel 62, s. 166.
• [8] Hüttinger K.J., Krauss W., 1981 — Catalytic activity of coal minerals in hydrogasification of coal Fuel 60, s. 93.
• [9] Hüttingcr K.J., Schleicher P., 1981 — Kinetics of hydrogasification of coke catalysed by Fe, Co and Ni. Fuel 60, s. 1005.
• [10] Karcz A., Porada S., 2002 — Catalytic properties of iron in C1-C3 hydrocarbon formation during hydrogasification of coal. Acta Montana No. 11, s. 15.
• [11] Karcz A., Porada S., 1998 — Wpływ pirytu na hydrozgazowanie węgla. Karbo-Energochemia-Ekologia 12,s. 395.
• [12] Karcz A., Porada S„ 1995 — Możliwości konwersji węgla na metan w świetle wyników badań kinetycznych procesów pirolizy i hydrozgazowania. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 11, s. 235.
• [13] Karcz A., Porada S.. 1995a — Formation of C1-C3 hydrocarbons during pressure pyrolysis and hydrogasification in relation to structural changes in coal. Fuel 74, s. 806.
• [14] Lambert J.M., 1982 — Alternative interpretation of coal liquefaction catalysis by pyrite. Fuel 61, s. 777.
• [15] Montano P.A., Granoff B.. 1980 — Stoichiometry of iron sulphides in liquefactions residues and correlation with conversion. Fuel 59, s. 214.
• [16] Montano P.A. i in„ 1981 — Mossbauer study of decomposition of pyrite in hydrogen. Fuel 60, s. 712.
• [17] Ney R., 1999 — Gaz ziemny w polskiej energetyce (perspektywy i warunki). Gaz, Woda i Technika Sanitarna 12, s. 440.
• [18] Nishiyama Y.,1991 — Catalytic gasification of coals — Features and possibilities. Fuel Processing Technology 29, s. 31.
• [19] Nishiyama Y. i in., 1990 — A kinetic feature of catalytic gasification of carbons — Activation of nickel and iron catalysts during gasification. Carbon 28, s. 185.
• [20] Nishiyama Y., 1986 — Catalytic behaviour of iron and nickel in coal gasification. Fuel 65, s. 1404.
• [21] Popiel E., Komraus J.L., Stańczyk K„ 1990— Badanie transformacji związków żelaza w procesach hydro-pirolizy węgla z kopalni "Janina" metodą spektroskopii mössbauerowskiej. Koks-Smoła-Gaz 2, s. 36.
• [22] Rebick C., 1980 — Frontier of free radical Chemistry. Praca zbiorowa. Ed. Pryor W.A., Academic Press, New York, s. 117.
• [23] Stańczyk K. i in., 1998 — Przemiany struktur organicznych związków siarki występujących w węglu z kopalni „Janina” w procesie pirolizy i hydropirolizy. Karbo-Energochemia-Ekologia 4, s. 152.
• [24] Stenberg V.I. i in., 1983 — Hydrocracking of diphenylmethane. Fuel 62, s. 1487.
• [25] Strugała A., 1998 — Substancja mineralna węgla kamiennego i jej przemiany w procesie koksowania. Gosp. Sur. Min. 14, s. 5.
• [26] Thomas M.G. i in. 1982 — Decomposition of pyrite under coal liquefaction conditions: a kinetic study. Fuel 61, s.761.
• [27] Tomita A. i in., 1974 — Hydrogenation of carbons catalyzed by nickel, platinum and rhodium. Carbon 12,s. 143.
• [28] Wei X.Y. i in.. 1993 — Effects of iron catalyst prceursors, sulfur, hydrogen pressure and solvent type on the hydrocraking of di (1-naphtyl) methane. Fuel 72, s. 1547.
• [29] Yokoyama i in., 1986 — Catalytic activity of various iron sulphides in coal liquefaction. Fuel 65, s. 164.