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Keywords:

  • limestones;
  • sulfation;
  • pore structure;
  • pressurized fluidized-bed combustion (PFBC)

Abstract

The direct sulfation of three high purity limestones, all having more than 95% CaCO3 but differing in petrographic texture, was studied in a thermogravimetric analyzer under simulated PFBC (Pressurized Fluidized-Bed Combustion) conditions, that is, in the presence of enough CO2 to prevent decomposition of CaCO3. Experiments were carried out over a wide range of particle size (53-350 μm) at two temperatures (750 and 850°C), and two concentrations (1500 and 6000 mL/m3 (ppmv) SO2). The particle size and temperature had a strong influence on the variation of the conversion with time. In contrast, the effect of concentration was rather marginal over the whole duration of the process, and the analysis of the initial reaction rate data gave a reaction order of 0.4, with respect to SO2, for all solids. The measured reaction rates were compared with those obtained in a past study for the sulfation of the calcines of the three solids under similar conditions. The initial rate of the calcine-SO2 reaction was found to be higher than that of the limestone-SO2 reaction, but since the former drops sharply as the pores at the external surface of the particles are filled with solid product, higher conversions may be obtained in some cases during direct sulfation for large reaction times.

On a étudié la sulfatation directe de trois calcaires de grande pureté, comportant chacun plus de 95% de CaCO3 mais de texture pétrographique différente, au moyen ďun analyseur thermogravimétrique dans des conditions de combustion en lit fluidisé pressurisé simulées, c ' est-à-dire en présence ďune quantité suffisante de CO2 pour empěcher la décomposition du CaCO3. Les expériences ont été menées pour une vaste gamme de tailles de particules (53-350 μm), à deux températures (750 et 850°C) et deux concentrations (1500 et 6000 mL/m3 (ppmv) de SO2). La taille des particules et la température ont une forte influence sur la variation de la conversion au cours du temps. Par contre, ľeffet de la concentration sur la durée totale du precédé est plutǒt marginal, et ľanalyse des données de vitesses de réaction initiales indique un ordre de réaction de 0,4 par rapport au SO2, pour ľensemble des solides. Les vitesses de réaction mesurées ont été comparées à celles ďune étude antérieure sur la sulfatation des calcines des trois solides dans des conditions similaires. On a trouvé que la vitesse initiale de la réaction calcine-SO2 était plus grande que la vitesse de la réaction calcaire-SO2, mais étant donné que la première réaction chute radicalement lorsque les pores à la surface externe des particules se remplissent de produit solide, il est possible ďobtenir des conversions plus élevées dans certains cas pendant la sulfatation directe pour des temps de réaction élevés.