vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2022-67-2-204-213vestift-737Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERВлияние размера частиц доломита на кинетику процесса его термического разложенияInfluence of dolomite particle size on the kinetics of its thermal decomposition processВасилевичС. В.VasilevichS. V.

Василевич Сергей Владимирович – кандидат технических наук, заведующий лабораторией

ул. Уборевича, 77, 220072, Минск

Siarhei V. Vasilevich – Ph. D. (Engineering), Head of the Laboratory

77, Uborevich Str., 220072, Minsk

svasilevich@yandex.ruМалькоМ. В.MalkoM. V.

Малько Михаил Владимирович – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

ул. Академическая, 15, корп. 2, 220072, Минск

Mikhail V. Malko – Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading Researcher

15, building 2, Academicheskaya Str., 220072, Minsk

mikhailvm@bas-net.byДегтеровД. В.DegterovD. V.

Дегтеров Дмитрий Валентинович – старший научный сотрудник

ул. Академическая, 15, корп. 2, 220072, Минск

Dmitry V. Degterov – Senior Researcher

15, building 2, Academicheskaya Str., 220072, Minsk

ddegterov@mail.ruАсадчийА. Н.AsadchyiA. N.

Асадчий Андрей Николаевич – научный сотрудник

ул. Академическая, 15, корп. 2, 220072, Минск

Andrei N. Asadchyi – Researcher

15, building 2, Academicheskaya Str., 220072, Minsk

asadchyi@tut.byБелорусская государственная академия авиацииBelarusian State Aviation AcademyИнститут энергетики Национальной академии наук БеларусиInstitute of Power Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus202202072022672204213Copyright © Василевич С.В., Малько М.В., Дегтеров Д.В., Асадчий А.Н., 20222022Василевич С.В., Малько М.В., Дегтеров Д.В., Асадчий А.Н.Vasilevich S.V., Malko M.V., Degterov D.V., Asadchyi A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/737

Обсуждаются результаты экспериментального исследования термического разложения природного доломита, выполненного на лабораторном оборудовании при постоянных температурах 650 °С, 700, 750, 800 и 850 °С. В качестве исследуемых образцов использовались частицы белорусского доломита массой 0,58 г, 0,88, 2,3, 2,7, 7,6 и 16,3 г. Приведено уравнение, описывающее кинетику термического разложения природных доломитов Беларуси. Показано, что скорость реакции термического разложения доломита зависит не только от температурного режима в реакционной зоне, но и в значительной мере определяется массой исследуемых образцов. Установлено, что константа скорости термического разложения доломита в исследуемом диапазоне масс образцов может быть рассчитана по эмпирическому выражению, идентифицированному в ходе настоящего исследования. Определены константы скорости термического разложения частиц доломита различной массы. Приведено сравнение значений констант скорости, полученных эмпирическим путем и расcчитанных с учетом массы образцов. Отмечено, что разработанная модель является физически обоснованной, а предложенная в работе зависимость может быть инкорпорирована в существующие инженерные методики расчетов систем очистки генераторных газов, использующих доломит в качестве катализатора и сорбента.

The results of an experimental study of the thermal decomposition of natural dolomite, carried out on laboratory equipment at constant temperatures of 650 °C, 700, 750, 800 and 850 °C, are discussed. Particles of Belarusian dolomite weighing 0.58 g, 0.88, 2.3, 2.7, 7.6 and 16.3 g were used as the test samples. An integral equation describing the kinetics of thermal decomposition of natural dolomites of Belarus is presented. It is shown that the reaction rate of thermal decomposition of dolomite depends not only on the temperature regime in the reaction zone, but is also largely determined by the mass of the samples under study. It has been established that the rate constant of thermal decomposition of dolomite in the studied range of sample masses can be determined by the empirical expression identified in the course of this study. The rate constants of thermal decomposition of dolomite particles of various masses have been determined. The values of the rate constants obtained empirically and those calculated taking into account the mass of the samples are compared. It is noted that the developed model is physically justified, and the dependence proposed in the work can be incorporated into existing engineering methods for calculating generator gas purification systems using dolomite as a catalyst and sorbent.

топливный газдоломиттермическое разложениесорбенттермогравиметрический анализкинетика разложенияэнергия активациипредэкспоненциальный факторfuel gasdolomitethermal decompositionsorbentthermogravimetric analysisdecomposition kineticsactivation energypre-exponential factorРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Т22КИ-003).The work was carried out with the financial support of the Belarusian Republican Foundation for Basic Research (grant no. T22KI-003).ReferencesФортов, В. Е. Состояние развития возобновляемых источников энергии в мире и в России / В. Е. Фортов, О. С. Попель // Теплоэнергетика. – 2014. – № 6. – С. 4–13. http://dx.doi.org/10.1134/S0040363614060022Fortov V. E., Popel’ O. S. The current status of the development of renewable energy sources worldwide and in Russia. Thermal Engineering, 2014, vol. 61, no. 6, pp. 389–398. http://dx.doi.org/10.1134/S0040601514060020Coal and Biomass Gasification. Recent Advances and Future Challenges / S. De [et al.]. – Springer Nature, 2018. – 521 p. https://doi.org/10.1007/978-981-10-7335-9De S., Agarwal A. K., Moholkar V. S., Bhaskar T. Coal and Biomass Gasification. Recent Advances and Future Challenges. Springer Nature, Singapore Pte Ltd., 2018. 521 p. https://doi.org/10.1007/978-981-10-7335-9Афанасьева, О. В. Эксергетическая эффективность угольных малых теплоэлектростанций как критерий перспективности их широкого использования / О. В. Афанасьева, Г. Р. Мингалеева // Химия твердого топлива. – 2009. – № 1. – С. 64–69.Afanas’eva O. V., Mingaleeva G. R. Energy Efficiency of Small Coal-Fired Power Plants as a Criterion of Their Wide Applicability. Solid Fuel Chemistry, 2009, vol. 43, no. 1, pp. 55–59. https://doi.org/10.3103/S0361521909010121Steam Gasification of Apricot Stones with Olivine and Dolomite as Downstream Catalysts / G. Hu [et al.] // Fuel Processing Technology. – 2006. – Vol. 87, № 5. – P. 375–382. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2005.07.008Hu G., Xu S., Li S., Xiao C., Liu S. Steam Gasification of Apricot Stones with Olivine and Dolomite as Downstream Catalysts. Fuel Processing Technology, 2006, vol. 87, no. 5, p. 375–382. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2005.07.008Добрего, К. В. Макрокинетические модели термического разложения доломита для расчета сорбционных систем газогенераторов / К. В. Добрего // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. – 2015. – № 5. – С. 51–59.Dobrego K. V. Dolomite Thermal-Decomposition Macrokinetic Models for Evaluation of the Gasgenerators Sorbent Systems. Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 2015, no. 5, pp. 51–59 (in Russian).Термическое разложение природного доломита / А. И. Ратько [и др.] // Неорганические материалы. – 2011. – Т. 47, № 12. – С. 1502–1507.Rat’ko A. I., Ivanets A. I., Kulak A. I., Morozov E. A., Sakhar I. O. Thermal decomposition of natural dolomite. Inorganic Materials, 2011, vol. 47, no. 12, pp. 1372–1377. https://doi.org/10.1134/S0020168511120156Thermal Decomposition of Calcite: Mechanisms of Formation and Textural Evolution of CaO Nanocrystals / C. Rodriguez-Navarro [et al.] // Am. Mineralogist. – 2009. – Vol. 94, № 4. – P. 578–593. http://dx.doi.org/10.2138/am.2009.3021Rodriguez-Navarro C., Ruiz-Agudo E., Luque A., Rodriguez-Navarro A. B., Ortega-Huertas M. Thermal Decomposition of Calcite: Mechanisms of Formation and Textural Evolution of CaO Nanocrystals. American Mineralogist, 2009, vol. 94, no. 4, pp. 578–593. http://dx.doi.org/10.2138/am.2009.3021Rodriguez-Navarro, C. The mechanism of thermal decomposition of dolomite: New insights from 2D-XRD and TEM analyses / C. Rodriguez-Navarro, K. Kudlacz, E. Ruiz-Agudo // Am. Mineralogist. – 2012. – Vol. 97, № 1. – P. 38– 51. https://doi.org/10.2138/am.2011.3813Rodriguez-Navarro C., Kudlacz K., Ruiz-Agudo E. The mechanism of thermal decomposition of dolomite: New insights from 2D-XRD and TEM analyses. American Mineralogist, 2012, vol. 97, no. 1, pp. 38–51. https://doi.org/10.2138/am.2011.3813Effect of compaction on the kinetics of thermal decomposition of dolomite under non-isothermal condition / S. Maitra [et al.] // J. Mater. Sci. – 2005. – Vol. 40. – P. 4749–4751. https://doi.org/10.1007/s10853-005-0843-0Maitra S., Chowdhury A., Das H., Pramanik Ms. Effect of compaction on the kinetics of thermal decomposition of dolomite under non-isothermal condition. Journal of Materials Science, 2005, vol. 40, pp. 4749–4751. https://doi.org/10.1007/s10853-005-0843-0Gunasekaran, S. Thermal decomposition of natural dolomite / S. Gunasekaran, G. Anbalagan // Bull. Mater. Sci. – 2007. – Vol. 30. – P. 339–344. https://doi.org/10.1007/s12034-007-0056-zGunasekaran S., Anbalagan G. Thermal decomposition of natural dolomite. Bulletin of Materials Science, 2007, vol. 30, pp. 339–344. https://doi.org/10.1007/s12034-007-0056-zBeruto, D. T. Solid Products and rate-limiting step in the thermal half decomposition of natural dolomite in a CO2 (g) atmosphere / D. T. Beruto, R. Vecchiattini, M. Giordani // Thermochim. Acta. – 2003. – Vol. 405. – P. 183–194. https://doi.org/10.1016/s0040-6031(03)00190-4Beruto D. T., Vecchiattini R., Giordani M. Solid Products and rate-limiting step in the thermal half decomposition of natural dolomite in a CO2 (g) atmosphere. Thermochimica Acta, 2003, vol. 405, pp. 183–194. https://doi.org/10.1016/s0040-6031(03)00190-4Olszak-Humienik, M. Kinetics of thermal decomposition of dolomite / M. Olszak-Humienik, J. Możejko // J. Therm. Anal. Calorim. – 1999. – Vol. 56, iss. 2. – P. 829–833. https://doi.org/10.1023/A%3A1010174726982Olszak-Humienik M., Możejko J. Kinetics of thermal decomposition of dolomite. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 1999, vol. 56, iss. 2, pp. 829–833. https://doi.org/10.1023/A%3A1010174726982Samtani, M. Comparison of dolomite decomposition kinetics with related carbonates and the effect of procedural variables on its kinetic parameters / M. Samtani, D. Dollimore, K. Alexander // Thermochim. Acta. – 2002. – Vol. 392– 393. – P. 135–145. http://dx.doi.org/10.1016/S0040-6031(02)00094-1Samtani M., Dollimore D., Alexander K. Comparison of dolomite decomposition kinetics with related carbonates and the effect of procedural variables on its kinetic parameters. Thermochimica Acta, 2002, vol. 392–393, pp. 135–145. http://dx.doi.org/10.1016/S0040-6031(02)00094-1Olszak-Humienik, M. Thermal behavior of natural dolomite / M. Olszak-Humienik, M. Jablonski // J. Therm. Anal. Calorim. – 2015. – Vol. 119. – P. 2239–2248. https://doi.org/10.1007/s10973-014-4301-6Olszak-Humienik M., Jablonski M. Thermal behavior of natural dolomite. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2015, vol. 119, pp. 2239–2248. https://doi.org/10.1007/s10973-014-4301-6Predicting the rate of thermal decomposition of dolomite / M. Hartman [et al.] // Chem. Eng. Sci – 1996. – Vol. 51, № 23. – P. 5229–5232. https://doi.org/10.1016/S0009-2509(96)00363-6Hartman M., Trnka O., Veselý V., Svoboda K. Predicting the rate of thermal decomposition of dolomite. Chemical Engineering Science, 1996, vol. 51, no. 23, pp. 5229–5232. https://doi.org/10.1016/S0009-2509(96)00363-6Characterization of monumental carbonate stones by thermal analysis (TG, DTG and DSC) / L. M. Barcina [et al.] // Thermochim. Acta. – 1997. – Vol. 290. – P. 181–189. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(96)03074-2Barcina L. M., Espina A., Suárez M., García J. R., Rodríguez J. Characterization of monumental carbonate stones by thermal analysis (TG, DTG and DSC). Thermochimica Acta, 1997, vol. 290, pp. 181–189. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(96)03074-2Экспериментальное исследование кинетики термического разложения Белорусских доломитов / М. В. Малько [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2015. – № 1. – С. 95–101.Malko M. V., Vasilevich S. V., Degterov D. V., Bogach V. N. Experimental study of the kinetics of thermal decomposition of Belarusian dolomites. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2015, no. 1, pp. 95–101 (in Russian).Исследование кинетики и механизма термического разложения природных доломитов Беларуси / М. В. Малько [и др.] // Тезисы докладов и сообщений XV Минского международного форума по тепло- и массообмену. Минск, 23–26 мая 2016 г. / Ин-т тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси. – Минск, 2016. – С. 125–128.Malko M. V., Vasilevich S. V., Asadchii A. N. et al. Investigation of kinetics and mechanism of thermal decomposition of natural dolomites of Belarus. Tezisy dokladov i soobshchenii XV Minskogo mezhdunarodnogo foruma po teplo- i massoobmenu. Minsk, 23–26 maya 2016 g. [Abstracts of Reports and Reports of the XV Minsk International Forum on Heat and Mass Transfer. Minsk, May 23–26, 2016]. Minsk, A. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of National academy of Sciences of Belarus, 2016, pp. 125–128 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.