ปฏิกิริยาของปูนขาวกับซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมา ระหว่างการเผาไหม้ถ่านหิน

Abstract

เทคนิคการขจัดกำมะถันในถ่านหินที่ถูกปลดปล่อยออกมาขณะเผาไหม้ โดยใช้หินปูน (CaCO₃) ปูนขาว (CaO) และโดโลไมต (Dolomite, MgC0₃,CaC0₃) เป็นเทคนิคที่รู้จักแพร่หลาย ในงานวิจัย นี้ศึกษาถึงปฏิกิริยาตลอดจนสภาวะที่เหมาะสมในการเกิดปฏิกิริยา อันจะนำไปสู่การศึกษาถึงกลไกการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าว โดยทดลองกับถ่านหินที่มีกำมะถันรวม 2-5 % ผสมกับปูนขาวในอัตราส่วน CaO/S (โดยโมล) ระหว่าง 0-3 และอุณหภูมิ 600-1000ซ ในบรรยากาศที่มีออกซิเจนเกินพอในหลอดแก้วควอร์ตซ์ ต่อกับอุปกรณ์บรรจุสารละลายดูดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ตามมาตรฐาน ASTM D1551 และ ASTM D4239 เพื่อหาร้อยละของกำมะถันที่ถูกปล่อยออกมา และนำเถ้าไปหาองค์ประกอบเถ้าด้วยวิธีทาง X-ray diffraction จากผลการทดลอง พบว่า ปูนขาวที่เติมลงไปในถ่านหินทำหน้าที่ดูดจับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซค์ที่เกิดขึ้นได้ตั้งแต่ 17.3-78.5 % เทียบกับกำมะถันทั้งหมด เมื่อเพิ่มอัตราส่วน CaO/S ที่อุณหภูมิคงที่ กำมะถันในก๊าซที่ถูกปล่อยออกมาจะลดลง ถ้าเพิ่มอุณหภูมิที่อัตราส่วน CaO/S คงที่ ปริมาณกำมะถันในก๊าซที่ถูกปล่อยออกมาจะเพิ่มขึ้น ปริมาณการปล่อยก๊าซของกำมะถันแบ่งออกเป็น 3 ช่วงคือ ช่วงแรก (อุณหภูมิ 600-800 ◦ ซ) มีปริมาณการปล่อยเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ส่วนช่วงที่สอง (อุณหภูมิ 800-900 ◦ซ) ปริมาณการปล่อยลดน้อยลงกว่าช่วงแรก และคงที่ที่ช่วงสุดท้าย (อุณหภูมิ 900-1000 ◦ซ) สภาวะที่เหมาะสมสำหรับปฏิกิริยาของปูนขาวกับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ สำหรับถ่านหินที่มีกำมะถันรวมระหว่าง 2-5 % คืออัตราส่วน CaO/S (โดยโมล) 2-2.5 ที่อุณหภูมิ 800-900 ◦ซ ผลการวิเคราะห์องค์ประกอบเถ้าด้วยเทคนิค X-ray diffraction พบ CaSO เป็นผลิตภัณฑ์หลักจากปฏิกิริยา ดังนั้นลำดับและชนิดของปฏิกิริยาที่สำคัญ ระหว่างปูนขาวกับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ จากการเผาไหม้ถ่านหิน ที่น่าจะเป็นไปได้ มีขั้นตอนดังนี้คือ (1) 2 FeS₂ + 11/2 O₂ --------> Fe₂O₃+ 4SO₂ (2) กำมะถันอินทรีย์ + O₂ --------> SO₂ (3) SO₂ + 11/2 O₂ <====> SO3 (4) SO3 ที่เกิดขึ้นในขั้นตอนที่ (3) ถ่ายเทมวลสาร (mass transfer) จากวัฏภาคก๊าซ ไปยังผิวอนุภาค CaO แล้วเกิดปฏิกิริยาตามขั้นตอนที่ (6) (5) SO₃ที่ยังเหลืออยู่ แพร่ผ่าน CaSO₄ ที่ เกิดเป็นผลิตภัณฑ์อยู่ในรูพรุนของ CaO เข้าไปยัง CaO ที่ยังไม่ไค้ทำปฏิกิริยา (6) CaO + SO₃ --------> CaSO₄