ORIGINAL PAPER
Petrographic composition of char from the gasification of coal from the Wieczorek Mine after combustion
 
More details
Hide details
1
AGH University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophysics and Environmental Protection
CORRESPONDING AUTHOR
Natalia Maciejończyk   

AGH University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophysics and Environmental Protection
Submission date: 2019-02-27
Final revision date: 2019-04-20
Acceptance date: 2019-06-28
Publication date: 2019-06-28
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2019;35(2):69–86
 
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
The aim of the paper is the petrographic characterization of coal from the Wieczorek mine and the residues after its gasification. The coal was subjected to gasification in a fluidized bed reactor at a temperature of about 900°C and in an atmosphere of oxygen and CO2. The petrographic, proximate, and ultimate analysis of coal and char was performed. The petrographic composition of bituminous coal is dominated by macerals of the vitrinite group (55% by volume); macerals of inertinite and liptinite groups account for 23% and 16.0%, respectively. In the examined char, the dominant component is inertoid (41% vol.). Mixed dense and mixed porous account for 10.9% and 13.5% vol., respectively. In addition, the examined char also contained unreacted particles such as fusinoids, solids (11.3% vol.), and mineroids (5.1% vol.). The char contains around 65% vol. of low porosity components, which indicates a low degree of carbon conversion and is associated with a low gasification temperature. The char was burned and the resulting bottom and fly ashes were subjected to petrographic analysis. Their composition was compared with the composition of ashes from the combustion of bituminous coal from the Wieczorek mine. Bottom ashes resulting from the combustion of bituminous coal and char did not differ significantly in the petrographic composition. The dominant component was mineroid, which accounted for over 80% vol. When it comes to fly ash, a larger amount of particles with high porosity is observed in fly ash from bituminous coal combustion.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Skład petrograficzny karbonizatu ze zgazowania węgla z kopalni Wieczorek i popiołów po jego spaleniu
zgazowanie węgla, petrografia karbonizatu, zgazowanie w reaktorze fluidalnym, popiół denny i lotny, spalanie w złożu fluidalnym
Celem postawionym w poniższej pracy była charakterystyka petrograficzna węgla z kopalni Wieczorek oraz pozostałości po jego zgazowaniu. Węgiel poddano zgazowaniu w reaktorze fluidalnym w temperaturze około 900°C oraz w atmosferze tlenu i CO2. Wykonano analizy petrograficzne, technologiczne i chemiczne węgla i karbonizatu. W składzie petrograficznym badanego węgla kamiennego przeważały macerały z grupy witrynitu (55% obj.), z kolei macerały z grupy inertynitu i liptynitu stanowiły odpowiednio 23 i 16,0% obj. W badanym karbonizacie dominującym składnikiem był inertoid (41% obj.). Składniki zaliczane do typów mixed dense i mixed porous stanowiły odpowiednio 10,9 i 13,5% obj. Ponadto, badany karbonizat zawierał cząstki nieprzereagowane, takie jak fusinoid i solid (11,3% obj.) oraz mineroid (5,1% obj.). W karbonizacie znajdowało się około 65% obj. składników o niskiej porowatości, co wskazuje na niski stopień konwersji węgla i jest związane z niską temperaturą zgazowania. Następnie karbonizat poddano spalaniu, a powstałe popioły denne i lotne były przedmiotem badań petrograficznych. Porównano ich skład ze składem popiołów ze spalania węgla kamiennego z kopalni Wieczorek. Popioły denne ze spalania karbonizatu i węgla kamiennego nie różniły się znacząco pod względem składu petrograficznego. Ich dominującym składnikiem był mineroid, który stanowił ponad 80% obj. W przypadku popiołów lotnych, większa liczba cząstek o dużej porowatości była obserwowana w popiołach pochodzących ze spalania węgla kamiennego.
 
REFERENCES (28)
1.
Ammosov et al. 1959 – Ammosov, I.V., Eremin, S.I., Sukhenko, I.S. and Oshurkova, Y. 1959. Calculation of coking charges on the basis of petrographic characteristics of coals. Koks Khim 2, pp. 9–12.
 
2.
Bartoňová et al. 2007 – Bartoňová, L., Klika, Z. and Spears, D.A., 2007. Characterization of unburned carbon from ash after bituminous coal and lignite combustion in CFBs. Fuel 86(3), pp. 455–463.
 
3.
Bielowicz, B. 2016. Petrographic characteristics of lignite gasification chars. International Journal of Coal Geology 168(1), pp. 146–161.
 
4.
Bielowicz, B. 2019. Petrographic composition of coal from the Janina mine and char obtained as a result of gasification in the CFB gasifier. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 35(1), pp. 99–116, DOI: 10.24425/gsm.2019.128201.
 
5.
Brzozowski, P. 2011. Examination of fly ash from fluidized bed boilers in underwater concrete (Możliwości wykorzystania popiołów lotnych ze spalania w kotłach fluidalnych do betonów układanych pod wodą). Budownictwo i Inżynieria Środowiska 2(1), pp. 1–11 (in Polish).
 
6.
Chmielniak et al. 2015 – Chmielniak, T., Sobolewski, A. and Tomaszewicz, G. 2015. CO2-Enhanced coal gasification. Experience of the Institute for Chemical Processing of Coal (Zgazowanie węgla przy wykorzystaniu CO2 jako czynnika zgazowującego. Doświadczenia IChPW). Przemysł Chemiczny 94(4), pp. 16–22 (in Polish).
 
7.
Demir et al. 2008 – Demir, U., Yamik, A., Kelebek, S., Oteyaka, B., Ucar, A. and Sahbaz, O. 2008. Characterization and column flotation of bottom ashes from Tuncbilek power plant. Fuel 87(6), pp. 666–672.
 
8.
Everson et al. 2008 – Everson, R.C., Neomagus, H.W.J.P., Kaitano, R., Falcon, R., van Alphen, C. and du Cann, V.M. 2008. Properties of high ash char particles derived from inertinite-rich coal: 1. Chemical, structural and petrographic characteristics. Fuel 87(13–14), pp. 3082–3090.
 
9.
Fenelonov et al. 2010 – Fenelonov, V.B., Mel’gunov, M.S. and Parmon, V.N. 2010. The Properties of Cenospheres and the Mechanism of Their Formation During High-Temperature Coal Combustion at Thermal Power Plans. KONA Powder and Particle Journal 28, pp. 189–208.
 
10.
Galos, K. and Uliasz-Bocheńczyk, A. 2005. Sources and utilization of fly ashes from coal combustion in Poland (Źródła i użytkowanie popiołów lotnych ze spalania węgli w Polsce). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 21(1), pp. 23–42 (in Polish).
 
11.
Gawlicki, M. and Wons, W. 2011. Fly ash from fluidized bed boilers as component of fly ash-opc road binders (Popioły lotne z kotłów fluidalnych jako składniki popiołowo-cementowych spoiw drogowych). Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych 4(8), pp. 69–78 (in Polish).
 
12.
Higman, C. and van der Burgt, M. 2008. Gasification. 2nd Edition. Houston: Gulf Professional Publishing, 456 pp.
 
13.
Hower et al. 1996 – Hower, J.C., Thomas, G.A., Clifford, D.S., Denton Eady, J., Robertson, J.D. and Wong, A.S. 1996. Petrography and chemistry of high-carbon fly ash from the shawnee power station, Kentucky. Energy Sources 18(1), pp. 107–118.
 
14.
Lester et al. 2010 – Lester, E., Alvarez, D., Borrego, A.G., Valentim, B., Flores, D., Clift, D.A., Rosenberg, P., Kwiecinska, B., Barranco, R., Petersen, H.I., Mastalerz, M., Milenkova, K.S., Panaitescu, C., Marques, M.M., Thompson, A., Watts, D., Hanson, S., Predeanu, G., Misz, M. and Wu, T. 2010. The procedure used to develop a coal char classification-Commission III Combustion Working Group of the International Committee for Coal and Organic Petrology. International Journal of Coal Geology 81(4), pp. 333–342.
 
15.
Mazurkiewicz et al. 2012 – Mazurkiewicz, M., Tkaczewska, E., Pomykała, R. and Uliasz-Bocheńczyk, A. 2012. Preliminary determination of the suitability of slags resulting from coal gasification as a pozzolanic raw material. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 28(4), pp. 5–14, DOI 10.2478/v10269-012-0028-9.
 
16.
Misiak, J. 2015. Coal particles in the fly ashes from Polish coal combustion (Cząstki węglowe w popiołach lotnych ze spalania węgla z polskich złóż). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 31(3), pp. 111–120, DOI 10.1515/gospo-2015-24 (in Polish).
 
17.
Oboirien, B.O. 2011. Gasification of high ash coal and chars from South African coals. [Online] http://wiredspace. wits.ac.za/bitstream/handle/10... [Accessed: 2019-02-26].
 
18.
Oboirien et al. 2012 – Oboirien, B.O., Engelbrecht, A.D., North, B.C., du Cann, V.M. and Falcon, R. 2012. Textural properties of chars as determined by petrographic analysis: Comparison between air-blown, oxygen-blown and oxygen-enriched gasification. Fuel 101, pp. 16–22.
 
19.
Pickel et al. 2017 – Pickel, W., Kus, J., Flores, D., Kalaitzidis, S., Christanis, K., Cardott, B.J., Misz-Kennan, M., Rodrigues, S., Hentschel, A., Hamor-Vido, M., Crosdale, P. and Wagner, N. 2017. Classification of liptinite – ICCP System 1994. International Journal of Coal Geology 169, pp. 40–61.
 
20.
Pomykała, R. 2015. Properties of coal gasification by-products, produced in research installations equipped with fluidized-bed reactors (Właściwości ubocznych produktów zgazowania węgla wytworzonych w reaktorach fluidalnych instalacji badawczych). Kraków: AGH Publ. House, 174 pp (in Polish).
 
21.
Predeanu et al. 2016 – Predeanu, G., Popescu, L.G., Abagiu, T.A., Panaitescu, C., Valentim, B. and Guedes, A. 2016. Characterization of bottom ash of Pliocene lignite as ceramic composites raw material by petrographic, SEM/EDS and Raman microspectroscopical methods. International Journal of Coal Geology 168(1), pp. 131–145.
 
22.
Ratajczak et al. 1999 – Ratajczak, T., Gaweł, A., Górniak, K., Muszyński, M., Szydłak, T. and Wyszomirski, P. 1999. Characteristics of flyash from combustion of some hard and brown coals (Charakterystyka popiołów lotnych ze spalania niektórych węgli kamiennych i brunatnych). Polskie Towarzystwo Mineralogiczne – Prace Specjalne 13, pp. 9–34 (in Polish).
 
23.
Rosenberg et al. 1996 – Rosenberg, P., Petersen, H.I. and Thomsen, E. 1996. Combustion char morphology related to combustion temperature and coal petrography. Fuel 75(9), pp. 1071–1082.
 
24.
Sokol, E. et al. 2002 – Sokol, E., Kalugin, V., Nigmatulina, E., Volkova, N., Frenkel, A. and Maksimova, N. 2002. Ferrospheres from fly ashes of Chelyabinsk coals: chemical composition, morphology and formation conditions. Fuel 81(7), pp. 867–876.
 
25.
Speight, J.G. 2014. Gasification of unconventional feedstocks. Houston: Gulf Professional Publishing, 162 pp.
 
26.
Stach, E. et al. 1982 – Stach, E., Murchison, D., Teichmüller, M., Taylor, G.H., Chandra, D. and Teichmüller, R. 1982. Stach’s Textbook of coal petrology. 3rd Edition. Berlin: Gebrüder Borntraeger, 535 pp.
 
27.
Suárez-Ruiz et al. 2017 – Suárez-Ruiz, I., Valentim, B., Borrego, A.G., Bouzinos, A., Flores, D., Kalaitzidis, S., Malinconico, M.L., Marques, M., Misz-Kennan, M., Predeanu, G., Montes, J.R., Rodrigues, S., Siavalas, G. and Wagner, N. 2017. Development of a petrographic classification of fly-ash components from coal combustion and co-combustion. (An ICCP Classification System, Fly-Ash Working Group – Commission III.). International Journal of Coal Geology 183, pp. 188–203.
 
28.
Taylor et al. 1998 – Taylor, G.H., Teichmüller, M., Davis, A., Diessel, C.F.K., Littke, R. and Robert, P. 1998. Organic Petrology. A New Handbook incorporating some revised parts of Stach’s Textbook of Coal Petrology. Berlin: Gebrüder Borntraeger, 704 pp.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953