Combustie fără flacără a amestecurilor slabe de metan-aer pe oxid de magneziu adăugat cu oxid
Informații tehnologice-Vol. 19 Nr. 6-2008, pag.: 111-120
doi: 10.1612/inf.tecnol.3811it.07
ARTICOLE DIVERSE
Combustie fără flacără a amestecurilor slabe de metan-aer pe oxid de magneziu adăugat cu oxid de calciu
Combustie fără flacără a amestecurilor slabe de metan-aer peste oxid de magneziu cu adaos de oxid de calciu
Elías de J. Gómez, Mauricio E. Sánchez și Javier A. Jaramillo
Universitatea din Antioquia, Departamentul de Inginerie Chimică, Știință și Tehnologie Grup pentru gaze și utilizarea rațională a energiei,
Calle 67 Nº 53-108, bloc 18, birou 435, Medellín-Columbia (e-mail: [email protected], [email protected], [email protected])
Materialul activ a fost preparat pornind de la oxid industrial de magneziu (MgO) și reactiv adăugat cu oxid de calciu (CaO). Într-un pat fix ambalat cu particule de material activ, a fost investigat efectul cantității de CaO adăugat, temperatura de calcinare, viteza spațială, excesul de oxigen și compoziția amestecului reactiv asupra activității, măsurată ca conversie procentuală. metan. Arderea completă a metanului a fost obținută pentru compoziții sub limita inferioară de inflamabilitate, ceea ce face posibilă evitarea emisiilor de NOx produse de mecanismul termic. Probele preparate cu MgO de nivel industrial au avut activitate similară cu cele obținute cu MgO de reactiv de grad adăugat cu CaO. Materialele, ușor de preparat și cu costuri reduse, au prezentat o stabilitate termică ridicată înainte și după reacție. Proprietățile solidelor preparate le fac promițătoare pentru aplicații în sistemele de ardere a gazelor naturale și spălarea emisiilor gazoase.
Cuvinte cheie: combustie fără flacără, metan-aer, pat fix, oxid de calciu, oxid de magneziu
Materialul activ a fost preparat folosind oxid de magneziu (MgO) de calitate industrială și reactivă, cu adăugare de oxid de calciu (CaO). Într-un pat ambalat fix care conține particule de material activ, au fost studiate efectele cantității de CaO adăugate, temperatura de calcinare, viteza spațială, excesul de oxigen și compoziția amestecului reactiv asupra activității, măsurată ca procent de conversie a metanului. S-a ajuns la arderea completă pentru compozițiile sub limita inferioară de inflamabilitate care permit evitarea formării de NOx termic. Probele preparate cu MgO de grad industrial au prezentat activitate similară cu cele preparate cu MgO de gradul reactiv cu adăugarea de CaO. Materialele, cu cost redus și pregătire ușoară, au prezentat o stabilitate termică ridicată înainte și după testele de reacție. Proprietățile solidelor preparate le fac materiale promițătoare pentru combustia gazelor naturale și sistemele de tratare a emisiilor de gaze.
Cuvinte cheie: combustie fără flacără, metan-aer, pat fix, oxid de calciu, oxid de magneziu
INTRODUCERE
Arderea termică a hidrocarburilor se caracterizează prin prezența flăcării și a temperaturilor ridicate, cu efecte negative asupra mediului și sănătății umane datorate emisiilor de hidrocarburi ne-arse, oxizi de azot și monoxid de carbon. Printre alternativele pentru rezolvarea problemelor menționate se numără utilizarea suprafețelor solide chimic active pentru oxidarea totală a hidrocarburilor, în amestecuri de compoziție sub limita inferioară de inflamabilitate și la o temperatură mai mică decât cea necesară în arderea termică (Zwinkels și colab., 1993)
Cele mai active materiale pentru combustia fără flacără a hidrocarburilor gazoase sunt metalele nobile și oxizii de metale de tranziție simple (Requies și colab., 2008; Yoshida și colab., 2008; Gluhoi și Nieuwenhuys, 2007; Ramadj și colab., 2007;, 2007; Zhimin și colab., 2007; Choudhary și colab., 2002; Pfefferle și Pfefferle, 1987). Metalele nobile sunt scumpe, instabile la temperaturi ridicate și slab disponibile. Oxizii metalici de tranziție, deși sunt mai puțin costisitori decât metalele nobile, prezintă, de asemenea, instabilitate termică și unii au o disponibilitate redusă.
Nevoia de materiale active cu costuri reduse, stabile termic, a condus la studiul oxizilor amestecați (Petrovic și colab., 2008; Chiarello și colab., 2006; Campagnoli și colab., 2005; Chen și colab., 2005), hexaaluminați și oxizi metalici alcalino-pământoși. Ultimele două prezintă stabilitate termică ridicată, dar o activitate mai mică decât cea a metalelor nobile și a oxizilor metalelor de tranziție (Baylet și colab., 2008; Ren și colab., 2007; Li și Wang, 2007; Ersson și colab., 2006; Choudhary și colab., 2002). Hexaaluminații sunt puțin mai activi decât oxidul de magneziu, cel mai promițător dintre oxizii metalici alcalino-pământoși, dar mai puțin stabilitate termică și mai greu de preparat (Berg și Järås, 1995).
Studiul oxidării metanului pe oxid de magneziu pur sau dopat cu alte elemente precum litiu, fier, cobalt și calciu a crescut în interes (Teng, și colab., 2007; Spretz și colab., 2000; Berg și Järås, 1994; Aigler și Lunsford, 1991). Sistemul oxid de litiu-magneziu prezintă o selectivitate mai mare față de etan și etilenă, prin cuplare oxidativă, decât față de dioxidul de carbon prin oxidare totală (Dubois și Cameron, 1990; Ito și colab., 1987). Când MgO este dopat cu cobalt sau fier, are loc oxidarea totală a metanului promovată de metalul de tranziție (Ulla și colab., 2001; Spretz și colab., 2000). Unele studii sugerează că prezența calciului pe suprafața oxidului de magneziu crește considerabil activitatea de oxidare parțială a metanului (Aigler și Lunsford, 1991). Berg și Jarås (1994) au descoperit că oxidul de magneziu pur, utilizat frecvent ca suport de metal nobil datorită stabilității sale termice ridicate, are o anumită activitate pentru oxidarea totală a metanului în exces de oxigen.
Investigațiile privind oxidarea metanului cu oxid de magneziu au fost făcute cu reactivi cu puritate ridicată și diferite metode de preparare, dar nu s-au găsit rapoarte care să indice obținerea materialului activ pentru arderea metanului, prin utilizarea ingredientelor de calitate industrială și preparate printr-un proces cu cost redus.
În această lucrare a fost investigată arderea fără flacără a amestecurilor sărace metan-aer, într-un pat fix ambalat cu particule de material activ obținute prin uscare și calcinare a hidroxidului de magneziu. Suspensiile apoase de hidroxid au fost preparate din oxid de magneziu de calitate industrială (conținând impurități de calciu) și oxizi de calciu și magneziu de calitate reactivă. A fost investigat efectul raportului oxigen la metan, viteza spațială, temperatura de calcinare și conținutul de calciu asupra activității și stabilității termice.