Pyrolysis of fine coal particles at high heating rate and pressure

Pirólisis de partículas finas de carbón a altas presiones y temperaturas

La pirólisis es la descomposición térmica de sólidos o líquidos orgánicos en una atmósfera inerte, resultando en la liberación de material volátil y la permanencia de cenizas sólidas.

Algunos definen pirólisis más ampliamente como la liberación de material volátil durante el calentamiento antes de la oxidación parcial o total, que es con oxígeno presente, pero en este trabajo esto es denominado devolatilización. Se usa una atmósfera inerte de helio o nitrógeno en la pirólisis, de tal forma que puedan examinarse de cerca las etapas iniciales de gasificación/combustión, sin interferencia de cenizas o de la oxidación del material volátil. Muchos aspectos de la pirólisis y la devolatilización son similares, haciendo de la pirólisis algo útil para examinar la devolatilización.

Para gasificación en particular, la pirólisis VY posiblemente tiene un mayor impacto, ya que proporciona entendimiento en la proporción de carbón volatilizado en la etapa de devolatilización y la ceniza (char) producida remanente parcialmente oxidada en las etapas de oxidación siguientes, que son frecuentemente más lentas.

En este estudio, se examinó la pirólisis de alta intensidad y el calentamiento rápido en una atmósfera de gas inerte por encima de 20 atm de 6 carbones australianos, para ganar mayor entendimiento en aspectos de procesos de alta intensidad, tales como los Ciclos Combinados de Gasificación Integrados (Integrated Gasification Combined Cycles, IGCC) El enfoque es en los rendimientos de la pirólisis y las características de los productos, particularmente ceniza (char).

Esto proporciona un conocimiento en la velocidad de gasificación del carbón donde las reacciones de la ceniza son los pasos limitantes de la reacción. El trabajo experimental se enfocó en la pirólisis en un reactor tipo Wire Mesh (WMR) especialmente desarrollado el primero que combina el gas inerte en flujo para remover material volátil de la malla calentada con el análisis y la separación de gas ligero y componentes de brea liberados a altas presiones. Los resultados se compararon con aquellos provenientes de otros experimentos de alta intensidad y modelamiento.

La temperatura de la partícula tenía un retraso con aquella de la malla en 0.2 segundos a una velocidad de calentamiento de 1000 ºC/s, y se predijo por modelamiento. Esto era diferente para la suposición usual de WMR, en donde las temperaturas de la partícula y la malla son las mismas durante el calentamiento.

Esto es parte de la razón que los resultados de rendimiento volátil (VY) para un tiempo de residencia de 10 s a ±4.2 wt% daf de carbón sean mucho más reproducibles que experimentos con tiempo de residencia de 1 s a ±4.2 wt% daf de carbón.

Cuatro carbones del mismo rango no se comportaron idénticamente cuando se calentaron. Tres de los carbones tuvieron un VY de pirólisis igual que el VM próximo cuando se calentaron a 1000ºC a 1 atm, pero el cuarto, carbón alto en inertinita, tuvo un VY de pirólisis del 90% con respecto a su próximo VM, a 1 atm.