Wpływ dodatku związków żelaza i siarki na kinetykę hydrozgazowania węgla kamiennego

węgiel, hydrozgazowanie, kinetyka, katalizatory

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.