A sovány metán-levegő keverékek lángmentes égése magnézium-oxidon, oxiddal hozzáadva
Technológiai információ-köt. 19 N ° 6-2008, 111-120
doi: 10.1612/inf.tecnol.3811it.07
VEGYES TÉTELEK
Gyenge metán-levegő keverékek égetése kalcium-oxiddal hozzáadott magnézium-oxidon
A sovány metán-levegő keverékek lángmentes égése magnézium-oxid felett kalcium-oxid hozzáadásával
Elías de J. Gómez, Mauricio E. Sánchez és Javier A. Jaramillo
Antioquia Egyetem, Vegyészmérnöki Tanszék, Tudományos és Technológiai Gáz- és Racionális Energiafelhasználási Csoport,
Calle 67 Nº 53-108, 18. blokk, 435. iroda, Medellín-Kolumbia (e-mail: [email protected], [email protected], [email protected])
A hatóanyagot ipari minőségű magnézium-oxidból (MgO) és reagens minőségű kalcium-oxiddal (CaO) kezdve készítettük. Aktív anyag részecskékkel tömörített rögzített ágyban megvizsgálták a hozzáadott CaO mennyiségének, a kalcinálási hőmérsékletnek, az űrsebességnek, az oxigénfeleslegnek és a reaktív keverék összetételének hatását az aktivitásra, százalékos konverzióként mérve. metán. Az alsó gyúlékonysági határ alatti kompozíciókhoz a metán teljes égését sikerült elérni, ami lehetővé teszi a hőmechanizmus által előállított NOx-kibocsátás elkerülését. Az ipari minőségű MgO-val előállított minták aktivitása hasonló volt a CaO-val hozzáadott MgO reagensminőségű reagensekhez. A könnyen előállítható és alacsony költségű anyagok magas hőstabilitást mutattak a reakció előtt és után. Az elkészített szilárd anyagok tulajdonságai ígéretesekké teszik őket a földgáz-égető rendszerekben való alkalmazásra és a gáz-halmazállapotú gázok tisztítására.
Kulcsszavak: lángmentes égés, metán-levegő, fix ágy, kalcium-oxid, magnézium-oxid
A hatóanyagot ipari és reaktív minőségű magnézium-oxid (MgO) felhasználásával készítettük kalcium-oxid (CaO) hozzáadásával. A hatóanyag részecskéit tartalmazó rögzített csomagolt ágyban tanulmányozták a hozzáadott CaO mennyiségének, a kalcinálási hőmérsékletnek, a tér sebességének, az oxigénfeleslegnek és a reaktív keverék összetételének az aktivitásra gyakorolt hatását, a metán konverziójának százalékában mérve. A kompozíciók teljes égését a gyúlékonyság alsó határa alatt érte el, amely lehetővé teszi a termikus NOx képződésének elkerülését. Az ipari minőségű MgO-val készített minták hasonló aktivitást mutattak, mint a reaktív MgO minőségű CaO hozzáadása mellett. Az alacsony költségű és könnyen előállítható anyagok magas hőstabilitást mutattak a reakció-tesztek előtt és után. Az elkészített szilárd anyagok tulajdonságai ígéretes anyaggá teszik őket a földgáz elégetéséhez és a gázkibocsátás-kezelő rendszerekhez.
Kulcsszavak: lángmentes égés, metán-levegő, fix ágy, kalcium-oxid, magnézium-oxid
BEVEZETÉS
A szénhidrogének termikus égését a láng jelenléte és a magas hőmérséklet jellemzi, amelyek negatív hatással vannak a környezetre és az emberi egészségre az égetetlen szénhidrogének, nitrogén-oxidok és szén-monoxid kibocsátása miatt. Az említett problémák megoldásának alternatívái között szerepel a kémiailag aktív szilárd felületek alkalmazása a szénhidrogének teljes oxidációjára, az alsó gyúlékonysági határ alatti és alacsonyabb hőmérsékletű kompozíciók keverékeiben, mint ami a hőégéshez szükséges (Zwinkels et al. 1993)
A gáznemű szénhidrogének lángmentes égetésének legaktívabb anyagai a nemesfémek és az egyszerű átmenetifém-oxidok (Requies et al., 2008; Yoshida et al., 2008; Gluhoi és Nieuwenhuys, 2007; Ramadj et al., 2007; Persson et al., 2007; Zhimin és mtsai, 2007; Choudhary és mtsai, 2002; Pfefferle és Pfefferle, 1987). A nemesfémek drágák, instabilak magas hőmérsékleten és rosszul állnak rendelkezésre. Az átmenetifém-oxidok, bár olcsóbbak, mint a nemesfémek, termikus instabilitást mutatnak, és néhányuk elérhetősége alacsony.
Az alacsony költségű, termikusan stabil hatóanyagok iránti igény a vegyes oxidok vizsgálatához vezetett (Petrovic et al., 2008; Chiarello et al., 2006; Campagnoli et al., 2005; Chen és mtsai, 2005), hexaaluminátok és alkáliföldfém-oxidok. Az utóbbi kettő magas hőstabilitással rendelkezik, de alacsonyabb aktivitással rendelkezik, mint a nemesfémek és az átmenetifém-oxidoké (Baylet és mtsai, 2008; Ren és mtsai, 2007; Li és Wang, 2007; Ersson és mtsai, 2006; Choudhary és mtsai, 2002). A hexaaluminátok valamivel aktívabbak, mint a magnézium-oxid, amely az alkáliföldfém-oxidok közül a legígéretesebb, de kevésbé termikus stabilitású és nehezebben előállítható (Berg és Järås, 1995).
A metán tiszta magnézium-oxidon vagy más elemekkel, például lítiummal, vasal, kobalttal és kalciummal adalékolt oxidációjának vizsgálata egyre nagyobb érdeklődésre tart számot (Teng et al., 2007; Spretz et al., 2000; Berg and Järås, 1994; Aigler és Lunsford, 1991). A lítium-magnézium-oxid rendszer nagyobb szelektivitást mutat az etán és az etilén felé oxidatív kapcsolással, mint a teljes oxidációval a szén-dioxiddal szemben (Dubois és Cameron, 1990; Ito és mtsai, 1987). Ha az MgO-t kobalttal vagy vasal adalékoljuk, akkor az átmenetifém által elősegített metán teljes oxidációja bekövetkezik (Ulla et al., 2001; Spretz et al., 2000). Egyes tanulmányok szerint a kalcium jelenléte a magnézium-oxid felületén jelentősen növeli a metán részleges oxidációjának aktivitását (Aigler és Lunsford, 1991). Berg és Jarås (1994) megállapította, hogy a magas magnézium-oxid, amelyet magas hőstabilitása miatt gyakran használnak nemesfém-hordozóként, bizonyos aktivitással rendelkezik a metán oxigénfeleslegben történő teljes oxidációjára.
A metán magnézium-oxiddal való oxidációjának vizsgálata nagy tisztaságú reagensekkel és különféle előállítási módszerekkel történt, de nem találtak olyan jelentést, amely jelezné, hogy aktív anyagot nyernek a metán elégetéséhez, ipari minőségű összetevők felhasználásával és olcsó eljárással előállítva.
Ebben a munkában a rossz metán-levegő keverékek láng nélküli égését vizsgálták rögzített ágyban, amely magnézium-hidroxid szárításával és kalcinálásával nyert aktív anyag részecskékkel volt tele. Vizes hidroxid-szuszpenziókat készítettünk ipari minőségű (kalcium-szennyeződéseket tartalmazó) magnézium-oxidból és reagens minőségű kalcium- és magnézium-oxidokból. Vizsgáltuk az oxigén/metán arány, az űrsebesség, a kalcinálási hőmérséklet és a kalciumtartalom hatását a termikus aktivitásra és a stabilitásra.