Rikin pidättäminen kalkki-injektiolla: Suomalaisten kalkkikivien reaktiivisuuden tutkiminen isotermisellä virtausreaktorilla

Injektiomenetelmästä odotetaan kilpailukykyistä savukaasujen rikinpoistomenetelmää. Toistaiseksi käyttöönoton esteenä ovat olleet tekniset ongelmat. Kotimaisten kalkkikivien rikinpidätyskykyä tulipesäinjektion olosuhteissa tutkittiin laboratorioon rakennetulla isotermisellä virtausreaktorilla. Kokeissa tutkittiin lämpötilan, kalkin viipymän, savukaasun koostumuksen sekä kalkkikiven laadun, partikkelikoon ja määrän vaikutusta kalsinoitumis- ja sulfatoitumisnopeuteen sekä rikinpidätysasteeseen. Lisäksi tehtiin kokeita kalkkikiven joukkoon pieninä määrinä sekoitettujen erilaisten metalliyhdisteiden sekä tuhkien vaikutuksesta kalkkikiven rikinpidätyksen tehokkuuteen. Hiilen polttoa vastaavassa savukaasuatmosfäärissä ilman rikkiä tehdyissä kalsinointikokeissa hieno kalkkikivijauhe kalsinoitui tyypistä riippumatta lähes kokonaan muutamassa sekunnin kymmenesosassa noin 1000 °C:ssa. Kalsinoituminen nopeutui kalkkikiven partikkelikoon pienetessä. Kalsiumhydroksidi kalsinoitui nopeammin kuin kalkkikivi. Kalsinoinnin aikana kalkkikivien hiukkaskoko pieneni. Ominaispinta-alat vaihtelivat karkeusasteen ja kalkkilaadun mukaan. Myös yhtäaikaista kalsinoitumis-sulfatoitumisilmiötä tutkittiin. Kalsinoitumisessa ei ollut suuria eroja ilman rikkiä tehtyihin kokeisiin verrattuna. Partikkelikooltaan hienot kalkkikivet sitoivat rikkiä paremmin kuin karkeammat kalkkikivet. Karkeat kalkkikivet sulfatoituivat pääosaltaan jo 0,3 sekunnissa, mutta hienompien kalkkikivien rikinpidätys lisääntyi selvemmin reaktioajan pidentyessä 1 sekuntiin. Karkeiden kalkkikivien Ca:n käyttoaste oli 10 - 15 %, hienojen kalkkikivien 20 - 25 % ja kalsiumhydroksidin noin 10 %. Savukaasun S02-pitoisuus ja reaktoriin syötetty kalkkimäärä eivät vaikuttaneet olennaisesti Ca:n käyttöasteeseen. Eri kalkkikivityyppien rikinpidätyksessä ei ollut suuria eroja. Rikinpidätyksen optimilämpötila oli 1000 - 1100 °C. Sulfatoinnin jälkeen näytteiden ominaispinta-ala oli pienempi kuin kalsinointikokeiden jälkeen. Merkittävin huokoskokoalue rikinpidätyksen kannalta oli 1 - 5 my m. Hiilenpolton savukaasukoostumuksella kaikki käytetyt lisäaineet ja kivihiilen lentotuhka paransivat rikinpidätystä. Öljynpolton savukaasukoostumuksella Ca:n käyttöaste oli noin 1,5 kertaa suurempi kuin hiilenpolton savukaasukoostumuksella. Lisäaineiden ja oliotuhkan käyttö ei parantanut Ca:n käyttöastetta.