Влияние размера частиц доломита на кинетику процесса его термического разложения

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.

1. Фортов, 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/S0040363614060022

2. Coal and Biomass Gasification. Recent Advances and Future Challenges / S. De [et al.]. – Springer Nature, 2018. – 521 p. https://doi.org/10.1007/978-981-10-7335-9

3. Афанасьева, 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.

4. Steam 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.2005.07.008

5. Добрего, 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.

6. Термическое разложение природного доломита / А. И. Ратько [и др.] // Неорганические материалы. – 2011. – Т. 47, № 12. – С. 1502–1507.

7. Thermal 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.2009.3021

8. Rodriguez-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.2011.3813

9. Effect 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/s10853-005-0843-0

10. Gunasekaran, 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-z

11. Beruto, 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)00190-4

12. Olszak-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%3A1010174726982

13. Samtani, 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)00094-1

14. Olszak-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/s10973-014-4301-6

15. Predicting 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)00363-6

16. Characterization 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)03074-2

17. Экспериментальное 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.

18. 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.