Biomass and coal are great potential energy sources for gasification process. These solids can be gasified to produce syngas and bio-oil which can be upgraded further to transportation fuel. Two biomass and three coals have been gasified with steam in a thermobalance reactor under atmospheric pressure in order to evaluate their kinetic rate information The effects of gasification temperature ($600{\sim}850^{\circ}C$) and partial pressure of steam (30~90 kPa) on the gasification rate have been investigated. The three different types of gas-solids reaction models have been applied to the experimental data to compare their predictions of reaction behavior. The modified volumetric reaction model predicts the conversion data well, thus that model was used to evaluate kinetic parameters in this study. The gasification reactivity of five solids has been compared. The obtained activation energy of coal and biomass gasification were well in the reasonable range. The expression of apparent reaction rates for steam gasification of five solids have been proposed as basic information for the design of coal gasification processes.
The study of coking technology to upgrade oil sand bitumen which is considered as alternative fuel was performed by using thermogravity analyzer and delayed coking reactor(600ml). To analyzed and compared coking characteristics of oil sand bitumen, the reactivities of oil sand bitumen were measured in the TGA. At the temperature conditions of $400{\sim}550^{\circ}C$ and the temperature rising velocity of $50^{\circ}C/min$. the termination time of coking reaction and conversion efficiencies increased with an increase of bed temperature. However the increase rate decreased over $450^{\circ}C$. So the coking reaction with oil sand bitumen might be over $450^{\circ}C$. Also the termination time decreased with increasing the temperature rising velocity. But the content of coke increased with increasing temperature rising velocity. At the experiments in the delayed coker, the temperature condition at maximum oil yield was $475^{\circ}C$ and the fuel properties of oil from coking reaction was almost equal with conventional diesel. It was verified that the coking process might be useful process to upgrade the oil sand bitumem by using API and SIMDAS.
Lignite of low rank coal and petroleum coke of high sulfur content can be high potential energy sources for coal gasification process because of their plentiful supply. The kinetic study of steam gasification has been performed in an atmospheric thermobalance with wood chip, lignite, bituminous, anthracite, pet-coke. The effects of gasification temperature($600{\sim}850^{\circ}C$) and partial pressure of steam(30~90 kPa) on the gasification rate have been investigated. The modified volumetric reaction model was applied to the experimental data to describe the behavior of carbon conversion and to evaluate the needed kinetic parameters. Lignite and wood chip with high volatile content showed high average gasification rates comparing to other fuel and thus they might be proper fuel for gasification processes. The activation energies for wood chip, lignite, bituminous, anthracite, and pet-coke through Arrhenius plot were found to be 260.3, 167.9, 134.6, 82.2, 168.9 kJ/mol, respectively. The expression of apparent reaction rates for steam gasification of various chars have been proposed as basic information for the design of coal gasification processes.
Park, Kyoung-Il;Kim, Dong-Won;Lee, Tae-Hee;Lee, Jong-Min
Korean Chemical Engineering Research
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v.51
no.6
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pp.692-699
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2013
In this study, isothermal (350, 375, 400, 425, 450, 500, $850^{\circ}C$) experiments were carried out using a custom-made thermobalance to analyze the thermal decomposition properties of refuse plastic fuel (RPF), which is to be used as a cofiring fuel with a sub-bituminous coal at commercial circulating fluidized bed (CFB) boiler in Korea. In isothermal pyrolysis results, no change in the reaction model was observed in the temperature range of $375{\sim}450^{\circ}C$ and it was revealed that the first order chemical reaction (F1) is the most suitable among 12 reaction models. The activation energy shows similar results irrespective of application of reaction model in that the activation energy was 39.44 kcal/mol and 36.96 kcal/mol when using Arrhenius equation and iso-conversional method ($0.5{\leq}X{\leq}0.9$) respectively. Mean-while, the devolatilization time ($t_{dev}$) according to particle size (d) of RPF could be expressed as $t_{dev}=10.38d^{2.88}$ at $850^{\circ}C$, operation temperature of CFB and for even distribution and oxidation of RPF in CFB boiler, we found that the relationship of average dispersion distance (x) and particle size was $x{\leq}1.58d^{1.44}$.
The x or $x^0+x'$ values of the nonstoichiometric chemical formula $TiO_{2-x}$ or $Ti_{2-(x^0+x')}$ have been measured by a specially made magnetic quartz microbalance in a temperature range from 600 to $1300^{\circ}C$ under oxygen pressures of $1{\times}10^{-6} to 1 atm. The standard x or $x^0$ value of the rutile is 0.00148. The x values $under_xoxygen$ pressure of 1 atm decrease with temperatures and then the stoichiometric rutile (or x = 0) is formed at $1130^{\circ}C$. The x values varied between 0.00148 and 0.01719 at a temperature range from 600 to $1300^{\circ}C$ under $1{\times}10^{-9}{\sim}1{\times}10^{-2}$ atm oxygen pressures. The enthalpies of formation of the nonstoichiometric rutile, $H_f$, varied between 21.05 and 29.97 Kcal/mole under the above conditions. The 1/n values calculated from the plots of log X' vs. log $Po_2$ are -{\frac{1}{2}}{\sim}-{\frac{1}{4}} under low oxygen pressure range of $1{\times}10^{-6}\;to\;1{\times}10^{-4}$ atm. Many physical properties of the titanium dioxide, such as the stability of the rutile, Electrical conductivity, catalytic activity and defects, can be explained through the x values and the thermodynamic data calculated from the temperature and oxygen pressure dependences of the x' values.
Kim, Kyungwook;Bungay, Vergel C.;Song, Byungho;Choi, Youngtai;Lee, Jeungwoo
Korean Chemical Engineering Research
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v.51
no.4
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pp.506-512
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2013
Biomass and low-grade coals are known to be better potential sources of energy compared to crude oil and natural gas since these materials are readily available and found to have large reserves, respectively. Gasification of these carbonaceous materials produced syngas for chemical synthesis and power generation. Woodchip, sawdust and lignite were gasified with steam in a thermobalance reactor under atmospheric pressure in order to evaluate their kinetic rate information. The effects of gasification temperature ($600{\sim}900^{\circ}C$) and partial pressure of steam (20~90 kPa) on the gasification rate were investigated. The three different types of gas-solid reaction models were applied to the experimental data to predict the behavior of the gasification reactions. The modified volumetric model predicted the conversion data well, thus the model was used to evaluate kinetic parameters in this study. The observed activation energy of biomass, sawdust and lignite gasification reactions were found to be in reasonable range and their rank was found to be sawdust > woodchip > lignite. The expression of apparent reaction rates for steam gasification of the three solids was proposed to provide basic information on the design of coal gasification processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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