แกสิฟิเคชันของถ่านซาร์ที่ล้างสารอนินทรีย์โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแอลคาไลคาร์บอเนต

Alkali carbonate catalysed gasification of demineralized coal chars

Name: สมพร บรรลือศรีเรือง

ThaSH: ถ่านหิน

ThaSH: การเร่งปฏิกิริยา

ThaSH: ก๊าซ

Abstract: งานวิจัยนี้ศึกษาอิทธิพลของตัวเร่งปฏิกิริยาแอลคาไลคาร์บอเนตในการแกสิฟายถ่านชาร์ในเครื่องวิเคราะห์ทางอุณหภูมิและความร้อน (Thermogravimetric analyser, TGA) ในบรรยากาศของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ วิเคราะห์ในเทอมของค่าพลังงานกระตุ้นและอัตราการเกิดปฏิกิริยา เพื่อหาปัจจัยและภาวะที่มีผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยาและผลผลิตก๊าซ ตัวอย่างถ่านชาร์จากถ่านหินที่มีเถ้าแตกต่างกัน 3 ชนิด คือ บางปูดำ 110, แม่เมาะและบางปูดำ 163 ซึ่งมีปริมาณเถ้า 8.02, 18.57 และ 41.89 เปอร์เซนต์ตามลำดับ ล้างสารอนินทรีย์ออกด้วยกรดไฮโดรคลอริกและไพโรไลซ์ที่อุณหภูมิ 900 องศาเซลเซียสเพื่อลดปริมาณสารระเหย เติมตัวเร่งปฏิกิริยาโปตัสเซียมคาร์บอเนตและโซเดียมคาร์บอเนตในถ่ายชาร์ด้วยวิธี vacuum impregnation ในปริมาณ 0, 5, 10 และ 20 เปอร์เซนต์ของถ่านชาร์ ถ่านชาร์ที่ใช้มีขนาดเล็กกว่า 75 ไมโครเมตร ปริมาณ 40 ± 0.5 มิลลิกรัม อุณหภูมิที่แกสิฟายคือ 600, 700, 800 และ 850 องศาเซลเซียส ติดตามอัตราการเกิดปฏิกิริยาด้วยเทอร์โมแกรมของน้ำหนักถ่ายชาร์ที่ลดลงและการวิเคราะห์ปริมาณก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ที่เกิดขึ้นด้วยเครื่องก๊าซโครมาโตกราฟ เปรียบเทียบระหว่างถ่านชาร์ที่ล้างและไม่ล้างสารอนินทรีย์ เติมและไม่เติมตัวเร่งปฏิกิริยา พบว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในระหว่างการแกสิฟายมีเพียงปฏิกิริยาเดียวคือ C + CO2 ⇀ ↽ 2CO ถ่านชาร์ที่ไม่เติมตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถแกสิฟายได้ตั้งแต่อุณหภูมิ 700 องศาเซลเซียสปฏิกิริยาเกิดได้ดีเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น โดยมีอัตราเร็ว 0.24x10-3- 11.79x10-2 มิลลิกรัมต่อมิลลิกรัมคาร์บอนเริ่มต้นต่อนาที และพลังงานกระตุ้น 98.84-110.78 กิโลจูลต่อโมล เมื่อเติมตัวเร่งปฏิกิริยาการแกสิฟายเกิดที่อุณหภูมิต่ำลงและอัตราเร็วของปฏิกิริยาเพิ่มเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณที่เติมคิดเป็น 9-50 เท่าของปฏิกิริยาที่ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา K2CO3 มีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาได้ดีกว่า Na2CO3ส่วนซิลิกาที่เป็นสารอนินทรีย์ในถ่ายชาร์เป็นตัวหน่วงปฏิกิริยา การล้างสารอนินทรีย์ถ่านชาร์บางปูดำ 163 ซึ่งมีเถ้ามากช่วยให้การแกสิฟายดีขึ้น แต่สำหรับถ่านชาร์ แม่เมาะและบางปูดำ 110 ที่มีเถ้าเพียงเล็กน้อยสารอนินทรีย์ที่มีอยู่ช่วยเร่งปฏิกิริยา อย่างไรก็ดีตัวเร่งปฏิกิริยาไม่มีส่วนลดพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยา และยังพบว่ามีการระเหยของตัวเร่งปฏิกิริยาในระหว่างการแกสิฟายด้วย

Abstract: In this study, two alkali carbonates were used as catalysts for CO2 gasification of coal chars in a thermogravimetric analyser. Catalytic activities were studied in terms of rate and activation energy, to determine significant variables that influence rates of gasification and gas production. Three samples of coals with different ash contents of 8.02, 18.57 and 41.89 % by weight respectively were used namely, Bang-poo-dum 110, Mae-moh and Bang-poo-dum163.Coal samples were demineralized by hydrochloric acid and pvrolysed at 900 degree celcius to minimize effects from mineral and volatile matters. Potassium carbonate and sodium carbonate were added to coal chars by vacuum impregnation from 5,10 to 20% by weight of char. Samples (40 ± 0.5 mg) were gasified at 600, 700 800 and 850 degree celcius, employing coal sizes smaller than 75 micron. Gasification rates were followed by thermograms obtained from TGA and from GC analysis of gas samples collected for 1 minute at 5 minute intervals for 30 minutes. The only reaction during gasification was C + CO2 ⇀ ↽ 2CO The result is as follows: chars without catalysts gasified at low rate at temperature greater than 700 degree celcius ; their rates increased with temperature, in the range of 0.24x10-3– 11.79x10-3 mg.mg Ci-1 min-1. Their activated energies were in the range of 98.84-110.78 kJ/mol. Chars with catalysts gasified at a much higher rate , 9-50 times more than that of uncatalysed sample ; their rates increased linearly with amount of catalysts and temperature. K2CO3 was more effective than Na2 CO3. The presence of silica in coal samples asserted a negative influence on gasification. Demineralization had a positive effect on high ash char (BP163), but showed negative effect on low ash chars (MM and BP110). Addition of catalysts did not lower the activation energies, and it was found that there were catalyst lost due to its volatility during gasification.

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. สำนักงานวิทยทรัพยากร

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: กัญจนา บุณยเกียรติ

Role: ที่ปรึกษา

Created: 2537

Modified: 2569-11-10

Issued: 2569-11-09

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: เคมีเทคนิค

Grantor: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

©copyrights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ใช้เวลา

0.019965 วินาที