Effects of pyrolysis atmosphere on the porous structure and reactivity of chars from middle and high rank coals

Abstract

RESUMEN: La influencia de una atmósfera a base de CO 2 o N 2 sobre la estructura y microestructura porosa de los carbones obtenidos de la desvolatilización lenta (10°C/min) de dos carbones de diferente rango (Semi-Antracita (SA) y Bituminoso de Alta Volatilidad). tipo C (HVBC)) y se estudió diferente distribución de tamaño de partículas. Caracterización fisicoquímica (análisis último y próximo), caracterización estructural y morfológica por espectroscopía Raman, FE-SEM, área superficial BET, y microporoso de volumen y diámetro por CO 2Se llevaron a cabo mediciones de adsorción para todos los carbonizados. Se encontró que los parámetros cinéticos, las propiedades fisicoquímicas y la reactividad de los carbones son diferentes, dependiendo de la atmósfera de pirólisis. También se determinó que para char de carbón SA con tamaño de partícula superior a 0,7 mm, el área de superficie BET aumenta cuando la atmósfera se enriquece en CO 2 . Este efecto parece ser promovido por la interacción de diferentes procesos tales como reacciones secundarias intrapartículas (reblandecimiento, nucleación y coalescencia de burbujas, entrecruzamiento, entre otros), diferencias en la difusividad térmica de N 2 y CO 2 , y los efectos reactivos de la último. Además, las pruebas de reactividad oxidativa de carbones mostraron que los carbonizados se formaron en un CO 2la atmósfera es más reactiva que la formada en N 2 . Con los resultados del análisis Raman y los parámetros cinéticos cuantificados, se concluyó que la atmósfera de reacción determinó el grado de ordenamiento logrado por la estructura del carbón y que las propiedades termodifusoras de la atmósfera de reacción promovieron diferencias estructurales en el carbón incluso a bajas velocidades de calentamiento. .

ABSTRACT:The influence of a CO2 or N2-based atmosphere on the porous structure and microstructure of the chars obtained from the non-isothermal slow devolatilization (10 °C/min), from room temperature to 900 °C, of two coals of different rank (Semi-Anthracite (SA) and High Volatile Bituminous type C (HVBC)) and different particle size distribution was studied. Physicochemical characterization (ultimate and proximate analysis), structural and morphological characterization by Raman spectroscopy, FE-SEM, BET surface area, and volume and diameter microporous by CO2 adsorption measurements were carried out for all the chars. It was found that the kinetic parameters, the physicochemical properties, and reactivity of the chars are different, depending on the pyrolysis atmosphere. It was also determined that for the char from SA coal with particle size greater than 0.7 mm, the BET surface area increases when the atmosphere is enriched with CO2. This effect appears to be promoted by the interaction of different processes such as intraparticle side reactions (softening, nucleation and coalescence of bubbles, crosslinking, among others), differences in the thermal diffusivity of N2 and CO2, and the reactive effects of the latter. Additionally, tests of oxidative reactivity of chars showed that the char formed in a CO2 atmosphere is more reactive than that formed in N2. With the results of Raman analysis and kinetic parameters quantified, it was concluded that the reaction atmosphere determined the degree of ordering achieved by the char structure and that the thermo-diffusive properties of the reaction atmosphere promoted structural differences in the char even at low heating rates.