Yüksek sıcaklıkta hidrojen sülfürün gazlaştırılmış kömürden çinko - titanat sorbenti ile uzaklaştırılmasının modellenmesi

Abstract

İleri elektrik enerjisi üretimi proseslerinde kömür gazlaştırılır. Bu esnada kö mürdeki sülfür, hidrojen sülfüre dönüşür. Kömür gazından yüksek sıcaklıkta (400-700°C) H2S'ün uzaklaştırılması için ideal sorbent olarak çinko-titanat (Zn2Ti04) tanımlanmış ve bu sorbentle deneysel çalışmalar yapılmıştır (Woods vd. 1990, Lew vd. 1992a). Katı sorbentin sülfidasyon performansı, sıcaklığa, hid rojen sülfür konsantrasyonuna, sorbentin bileşimine ve fiziksel yapısına bağlıdır. Bu çalışmada küresel haldeki çinko-titanat peleti ile gaz fazındaki H2S'ün reaksiyonunun matematiksel modellenmesi yapılmıştır. Bu modelde peletteki H2S konsantrasyonu için ikinci dereceden elde edilen denklem, "finite differences" metodu kullanılarak sayısal yolla çözülmüştür. Bu denklemde bulunan H2S'ün "effective diffusivity" değeri gözenekliliğin ve "tortuosity" nin fonksiyonu olarak bulunmuştur. Peletin aynı çapta çok sayıda tanecikten oluştuğu farzedil mistir. Bu taneciklerde büzülmüş tanecik modeli ve şişen tanecik yarıçapı dikkate alınmıştır. Tanecikteki üründen H2S'ün diffüzyon katsayısı için Suzan Lew ve diğerlerinin (1992a) deneysel verileri kullanılarak Arrhenius tipi bir eşitlik geliştirilmiş ve bu değerler sıcaklığın fonksiyonu olarak hesaplanabilmiştir. Woods ve diğerlerinin (1990) deneysel verileri kullanılarak, bu pelette geliştirilen model doğrulanmıştır. Burada "tortuosity" gözenekliliğin 6. kuvvetiyle ters orantılı olarak formüle edildiği zaman model ile deneysel veriler arasında mükemmel bir uyum sağlanmıştır. Elde edilen model kullanılarak, pelet için zamanla toplam dönüşüm; sıcaklığın, H2S konsantrasyonunun, yüzde pelet gözenekliliğinin, pelet yarıçapının fonksiyonu olarak incelenmiş ve Zn2Ti04 peletinin en iyi şekilde kullanılabileceği değerler bulunmaya çalışılmıştır.