Анализ твердых веществ влажного известняка методом ДДГ термогравиметрией

Mar 18, 2023

Термогравиметрия (ТГА) — это аналитический метод, который может улучшить производительность скруббера и исключить трудоемкие и часто неточные методы влажно-химических испытаний.

Брэд Бюкер, Buecker & Associates, LLC

В недавней статье для журнала Power Engineering [1] я писал об особых свойствах известняка, особенно камня высокой чистоты, которые сделали его распространенным реагентом для десульфурации дымовых газов на многочисленных угольных электростанциях за последние пять десятилетий. Конечно, во многих регионах мира угольная энергетика постепенно сокращается, что делает химию десульфурации дымовых газов (ДДГ) спорной для некоторых читателей. Однако в некоторых странах угольные электростанции все еще распространены. И, как мне напомнили из отзывов к предыдущей статье, по всему миру существует множество предприятий по выплавке металлической руды, основным выбросом которых является газообразный диоксид серы. Очистка FGD мокрым известняком (WFGD) становится проверенным процессом для этих применений. [2]

Точный анализ твердых частиц скруббера имеет решающее значение для определения эффективности реакции и использования известняка. В этой статье описывается технология, которую мы с коллегой помогли разработать в энергетической отрасли еще в конце 1980-х годов [3], но которая сегодня может быть незнакома многим работникам электростанций. Методика – термогравиметрия (ТГА). Аналитический метод позволил нам исключить трудоемкие и часто неточные методы влажно-химических испытаний и улучшить производительность скруббера. Я принес эту концепцию с собой на вторую угольную электростанцию, где TGA снова доказала свою ценность. [4]

Анализ методом термогравиметрии по своей сути прост. ТГА работает путем взвешивания образцов на точных аналитических весах при их нагревании. Основными особенностями некоторых конструкций являются установленные сверху весы, вертикально поддерживаемая чашка для проб, печь с автоматическим управлением, которая поднимается для анализа пробы и опускается после завершения анализа, автоматический загрузчик проб и персональный компьютер для работы с прибором и анализа данных. Печное отделение обычно имеет порт, который позволяет анализировать образцы в различных атмосферах с помощью баллонных газов, которые подключаются к отделению с помощью коллектора, системы трубок и автоматического устройства переключения проб. Азот обычно обеспечивает инертную атмосферу, исключающую реакции окисления, которые могут происходить с воздухом. Дополнительное обсуждение этой темы содержится далее в этом документе.

ТГА — это количественный, а не качественный инструмент, поэтому перед анализом оператору необходимо иметь хорошее представление об основных компонентах пробы. Если соединения разлагаются при разных и разных температурах, становится легко рассчитать концентрацию исходных материалов. Побочные продукты скруббера из мокрого известняка хорошо подходят для этого метода. (Читатель может обратиться к ссылке 1 для более подробного описания химического процесса скруббера.) Следующие уравнения иллюстрируют температуры разложения и химический состав твердых веществ ДДГ из влажного известняка.

CaSO4·2H2O->CaSO4 + 2H2O↑ (от 160°C до 200°C) Ур. 1

(CaSO3·CaSO4)·½H2O->CaSO3·CaSO4 + ½H2O↑ (от 400°C до 430°C) Урав. 2

СаСО3->СаО + СО2↑ (от 650°C до 800°C) Ур. 3

Рисунок 2 иллюстрирует анализ ТГА предварительно высушенного образца твердых частиц скруббера из ссылки 4, содержащего все три основных компонента, перечисленных выше. На данный момент мы игнорируем разложение, наблюдаемое при 600°C. Это будет рассмотрено в ближайшее время.

Расчеты для определения концентрации компонентов просты. Молекулярная масса гипса равна 172, а вытесненной воды — 36, поэтому исходное содержание гипса определяют путем умножения потери массы (5,772 процента) на коэффициент 172 ÷ 36 (4,78). Для полугидрата сульфита-сульфата кальция коэффициент составляет 131,9 ÷ 9 (14,6), где мольное соотношение сульфита кальция к сульфату кальция принимается равным 85:15. Для разложения карбоната кальция коэффициент составляет 100,1 ÷ 44 (2,27). Таким образом, для анализа, показанного на фигуре 2, содержание гипса составляет 27,6 процента, содержание полугидрата сульфита-сульфата кальция составляет 12,0 процента и содержание карбоната кальция составляет 22,3 процента.