МАКРОКИНЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ДОЛОМИТА ДЛЯ РАСЧЕТА СОРБЦИОННЫХ СИСТЕМ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ

Применение доломита в качестве сорбента для очистки генераторного газа вызывает интерес, поскольку именно загрязненность генераторных газов является основным препятствием на пути создания дешевых и эффективных когенерационных установок. Для проектирования систем очистки газа необходимы простые, но физически адекватные макрокинетические модели термического разложения доломита. В статье проанализированы особенности ряда современных моделей термического разложения доломита и кальцита. Сделан вывод о целесообразности создания компактных инженерных макрокинетических моделей разложения доломита и универсальных методов восстановления параметров этих моделей для конкретных образцов доломита. Такие методы могут основываться на термогравиметрических данных и стандартных алгоритмах минимизации погрешности аппроксимации.

Сделано предположение, что эвакуация СО2 из зоны реагирования может происходить по механизму диффузии и/или фильтрации Дарси. Показано, что для указанных механизмов функциональная зависимость скорости термического разложения от размеров частиц и температуры различна. Сформулированы четыре макрокинетические модели, адекватность которых проверена на основе экспериментальных данных. В данном направлении следует проводить работы по исследованию образцов доломита и выбору модели, наилучшим образом описывающей экспериментальные данные в широком диапазоне температур, скоростей прогрева, размера частиц.

1. Mohammed, M. A. A., Salmiaton, A., Wan Azlina, W. A. K., Mohamad Amran, G. M. S., Taufiq-Yap, Y. H. (2013). Preparation and Characterization of Malaysian Dolomites as a Tar Cracking Catalyst in Biomass Gasification Process. Journal of Energy, Vol. 2013, Article ID 791582. Doi: 10.1155/2013/791582

2. Hu, G., Xu, S., Li, S., Xiao, C., Liu, S. (2006). Steam Gasification of Apricot Stones with Olivine and Dolomite as Downstream Catalysts. Fuel Processing Technology, 87 (5), 375–382. Doi: 10.1016/j.fuproc.2005.07.008

3. Yu, Q. Z., Brage, C., Nordgreen, T., Sjöström, K. (2009). Effects of Chinese dolomites on tar cracking in gasification of birch. Fuel, 88, 1922–1926. Doi: 10.1016/j.fuel.2009.04.020..

4. Pérez, P., Aznar, M.P., Caballero, M.A., Gil, J., Martín, J.A., Corella, J. (1997).

5. Hot gas cleaning and upgrading with a calcined dolomite located downstream a biomass fluidized bed gasifier operating with steam-oxygen mixtures. Energy and Fuels, 11 (6), 1194–1197. Doi: 10.1021/ef970046m

6. Myren, C., Hornell, C., Bjornbom, E., Sjoström, K. (2002).Catalytic Tar Decomposition of Biomass Pyrolysis Gas with a Combination of Dolomite and Silica. Biomass and Bioenergy, 23 (3), 217–237. Doi:10.1016/S0961-9534(02)00049-1

7. Han, J., Kim, H. (2008). The Reduction and Control Technology of Tar During Biomass Gasification. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12 (2), 397–416. Doi:10.1016/j.rser.2006.07.015

8. Rodriguez-Navarro, C., Ruiz-Agudo, E., Luque, A., Rodriguez-Navarro, A. B., Ortega-Huertas, M. (2009). Thermal Decomposition of Calcite: Mechanisms of Formation and Textural Evolution of CaO Nanocrystals. American Mineralogist, 94, 578–593. Doi: 10.2138/am.2009.3021

9. Wilburn, F. W., Sharp, J. H. (1993). The Bed-Depth Effect in the Thermal Decomposition of Carbonates. Journal of Thermal Analysis, 40, 133–140. Doi: 10.1007/BF02546563

10. Rodriguez-Navarro, C., Kudlacz, K., Ruiz-Agudo, E. (2012).The Mechanism of Thermal Decomposition of Dolomite: New Insights From 2D-XRD and TEM Analyses. American Mineralogist, 97 (1), 38–51. DOI: 10.2138/am.2011.3813

11. Mikulčić, H., von Berg, E., Vujanović, M., Priesching, P., Perković, L., Tatschl, R., Duić, N. (2012). Numerical Modeling of Calcination Reaction Mechanism for Cement Production. Chemical Engineering Science, 69 (1), 607–615. Doi: 10.1016/j.ces.2011.11.024.

12. Silcox, G. D., Kramlich, J. C., Pershing, D. W. (1989). A Mathematical Model for the flash Calcination of Dispersed CaCO3 and Ca(OH)2 Particles. Industrial and Engineering Chemistry Research, 28 (2), 155–160.

13. Schneider, M. (2003). Experimentelle und Mathematische Modellierung der Fes-Tbettvergasung am Beispiel der Gleichstromvergasung von Holzhackschnit-Zeln. Ph.D. Thesis. TU. Dresden (German).

14. Kern, C., Jess, A. (2006). Verkokung and Koksabbrand in Heterogenen Katalysatoren [Coking and coke burn off in heterogeneous catalysts]. Chemie-Ingenieur-Technik, 78 (8), 1033-1048. Doi: 10.1002/cite.200600051 (German)

15. Mohr, M. (2001). Numerische Simulation der Simultanen Reaktion von Kalkstein und Kohle bei der Zementherstellung. Ph.D. Thesis. Bochum, University of Ruhr. (German).

16. Mcintosh, R. M., Sharp, J. H., Wilburn, F. W. (1990). The Thermal Decomposition of Dolomite. Thermochimica Acta, 165 (2), 281–296. DOI: 10.1016/0040-6031(90)80228-Q