Угольную пыль с размером частиц < 100 мкм подвергают газификации в газогенераторе типа Копперс-Тотцек. Парокислородная смесь перемещается в одном направлении с угольной пылью. В устройстве типа горелки угольную пыль соединяют с О2 и паром (соотношение О2: пар от 50 :1 до 20 :1) и подают в обскурантистский объем при атмосферном давлении. 2 либо 4 горелки устанавливают на один газогенератор. Жидкое шлакоудаление и высшую температуру процесса (1400-1600 °С) обеспечивает огромное содержание О2 в дутье. Стены аппарата покрыты изнутри огнеупорными материалами. Получаемый из бурого угля сухой газ содержит: Н2 - 29, СО - 56, СН4 - < 0,1, СО2 – 12 (% по объему). Шлак на выходе гранулируется водой.. Наибольшая производительность газогенератора и теплота сгорания газа (25-50)*103 м3/ч и 11,0-11,7 МДж/м3 соответственно. Достоинства: отсутствие в газе товаров полукоксования, возможность газификации всех топлив, включая шламы и отходы обогащения угля; задачи: большой расход О2, энергозатраты на узкий помол и сушку горючего.

Кипящий слой тонкодисперсного горючего с частичками размером 2-10 мм продувают парокислородной консистенцией с внедрением газогенератора типа Винклера при атм. давлении. Для того чтоб зола удалялась в жестком виде температуру в кипящем слое поддерживают 900-950 °С. При всем этом маленькие частички золы выводятся с газом, а большие — через нижнюю часть аппарата. Из-за насыщенного тепло- и массообмена удельный расход газифицируемого горючего составляет 2,5-3,0 т/(м2*ч). Получаемый из бурого угля сухой газ, с внедрением этого газогенератора, содержит: Н2-39, СН4-1,8, СО-35, СО2-22(% по объему). Недочеты: внедрение циклонов и систем рециркуляции и необходимость сортировки горючего. Огромное количество непрореагировавшего горючего уносится с газом.

Применение завышенного давления является усовершенствованием обрисованных типов газогенераторов (до 10 МПа в газогенераторах Лурги, в других-3-4 МПа). В текущее время разрабатываются новые, более производительные и экономные агрегаты. Увлекательна схема газификациис внедрением окислителя СО2 (реакция (2)). Промежная реакция употребляется для компенсации эндотермического эффекта этого процесса:

Благодаря теплу, выделяющемуся при сгорании горючего, образовавшийся СаСО3 разлагается на СаО и СО2, которые вновь поступают в газогенератор. Достоинства: не сжигание горючего в воздухе (при разложении СаСО3) происходит вне газогенератора, требуется дорогостоящий О2, в связи с чем получаемый газ имеет высшую теплоту сгорания и не содержит N2. Недочеты приводят к усложнению и возрастанию цены установки: необходимость циркуляции жестких горючих реагентов (СаО и СаСО3) и сепарации. На базе тепла, передаваемого газообразным либо жестким теплоносителем и получаемого от атомных реакторов в текущее время разрабатываются другие процессы газификации.

Газогенераторные установки непременно включают системы чистки газа и утилизации тепла, так как сырой газ содержит огромное количество примесей, покидает газогенератор при высочайшей температуре, а время от времени и давлении. В паровом котле — утилизаторе жаркие газы из газогенератора охлаждаются. Получаемый пар используют для выработки электроэнергии либо в самом процессе газификации.

При высокотемпературной чистке газа от пыли он может быть применен в газотурбинной установке. Для чистки сырой газ обычно охлаждают, при всем этом конденсируются смола и водяные пары. Содержащуюся в газе пыль в количестве 50-150 г/м, убирают в циклонах. Содержание пыли понижается до 20-40 мг/м3 уже при двухступенчатой циклонной чистке. Отмытие газа от пыли нередко производят с внедрением воды. Дополнительная узкая чистка осуществляется в фильтрах различной конструкции.

Диметиловый эфир этиленгликоля в качестве водянистого растворителя используют для удаления H2S, так как при газификации фактически вся S, содержащаяся в начальном горючем, перебегает в H2S. Обычно, при всем этом удаляется и СО2. Применяемый для получения СН3ОН синтез-газ промывают метанолом при 150°С. Таким макаром из газа удаляются фактически все примеси, но цена таковой чистки довольно высока. Всасывающие примеси из газа реагенты регенерируют, а сами вредные соединения переводят в вещества, допускающие неопасное их захоронение (серу убирают в виде CaSO4). При значимом содержании S в начальном горючем, ее может быть извлекать из товаров газификации жестких горючих ископаемых как дополнительный товарный продукт.

Причины действующие на состав товаров.

До сего времени до конца не выяснен механизм процесса газификации. Образование поверхностного углерод-кислородного адсорбированного комплекса считают  первой стадией взаимодействия кислорода и углерода в зоне горения; что является первичным продуктом взаимодействия раскаленного кокса с водяным паром является предметом дискуссии.

Ряд экзо- и эндотермических реакций протекает в газогенераторе. В сторону образования СО и СО2 смещено равновесие последующих реакций

С + О2 = СО2 + 394,4 МДж/кмоль·С

2С + О2 = 2СО + 218,8 МДж/кмоль·С

При повышении температуры равновесие эндотермических реакций

СО2 + С = 2СО — 175,6 МДж/кмоль·С

С + Н2О = СО + Н2 — 132,6 МДж/кмоль·С             

С + 2Н2О = СО + 2Н2 — 89,5 МДж/кмоль·С

сдвинуты в сторону образования соответственно СО и Н2. При повышении давления сбалансированный выход обозначенных товаров миниатюризируется.

При температурах выше 10000С равновесие экзотермической реакции

СО + Н2О=СО2 + Н2 + 43,1 МДж/кмоль·С

сдвинуто в сторону образования начальных товаров и не находится в зависимости от давления.

При повышении давления газификации образование метана по реакции СО + 3Н2=СН4 + Н2О + 203,7 МДж/кмоль·С более возможно.

Зависимо от температуры и давления газификации с внедрением термодинамических расчётов можно найти сбалансированные составы газов. Из-за значимых различий в скоростях реакций использовать результаты этих расчётов для пророчества реального состава газов тяжело, не считая того нужно учесть и воздействие на процесс разных технологических характеристик.

Скорости  лимитирующие быстроту реакции газификации:

1) хим перевоплощений в газовой фазе;

2) хим перевоплощений на поверхности жесткой фазы;

3) диффузии.

В спектрах температур 700-800 ?С хим реакцией тормозится процесс газификации, а при температуре выше 900 ?С – в большей степени диффузией. В реальных критериях скорость процесса газификации находится в зависимости от кинетических и диффузионных причин.

Генераторные газы, получаемые в процессе газификации, характеризуются наличием одних и тех же компонент – СО2, СО, СН4 и  Н2 (в разных пропорциях). Реакции, по которым могут быть получены данные газы, многообразны, а их механизм по сей день точно не установлен.

Последующие обобщенные уравнения записывают выше рассмотренные процессы:

Характеризующие соотношение количеств СО и СО2 в продуктах реакции числовые значения коэффициентов n и m, находятся последующим образом и зависят от критерий проведения процесса:

Для расчёта сбалансированного состава газа с точностью, достаточной для практических целей, можно ограничиться только последующими из реакций.

По воззрению ряда исследователей, огромное число реакций является лишним.

Условия равновесия главных реакций, определяющих состав газа при газификации жестких горючих ископаемых .

Для реакции СО2 + С = 2СО — 175,6 МДж/кмоль·С

эти данные известны в литературе, как кривые Будара.

Набросок 1. – Выход СО и СО2 от температуры коксования.

Рассматриваемый процесс является эндотермическим, концентрация конечного продукта (СО) наращивается при увеличении температуры в получаемом газе и концентрация начального вещества (СО2) миниатюризируется. Равновесие фактически стопроцентно смещено на право в интервале 950-1000 ?С, влево  при 400-450 ?С.

Повышение температуры приводит к уменьшению выхода товаров реакции

С + 2Н2= СН4             

СО + Н2О=СО2 + Н2 + 43,1 МДж/кмоль·С

Так как они экзотермичны.

На протекание рассматриваемых реакций изменение давления оказывает влияние по различному. При повышении давления равновесие СО2 + С = 2СО должно смещаться в сторону начального вещества (СО2) и должно уменьшать содержание СО в конечном газе, так как процесс СО2 + С = 2СО идёт с повышением объёма. Процесс С + 2Н2 = СН4, напротив идёт со понижением объёма, потому для него повышение давления благоприятно, так как. приводит к возрастанию сбалансированного выхода метана. Состав сбалансированной консистенции СО + Н2О=СО2 + Н2 не находится в зависимости от давления, так как в реакции СО + Н2О=СО2 + Н2 объём реагирующих веществ не меняется.

Состав газа при различных температурах, давлении и составе дутья на практике можно найти, не проводя опыт. С целью нахождения состава газа, состоящего из 5 компонент (СО, СО2, Н2, СН4 и Н2О), являющихся неведомыми, составляют 5 независящих уравнений. Сюда относятся уравнения констант равновесия:

СО2 + С = 2СО

С + 2Н2= СН4

СО + Н2О=СО2 + Н

Закон Дальтона

и уравнение баланса Н2 и О2 в дутье и продуктах реакции

где  – парциальные давления Н2О и О2 в дутье.

Остаются два неведомых и ; задаются и находят Рi – других.

Методом увеличения температуры, повышением давления а так же ускорения дутья, концентрации О2 в дутье либо развития обскурантистской поверхности процесс газификации жестких горючих ископаемых интенсифицируют.

Для того чтоб приблизить процесс газификации к кинетической области может быть применен тонко измельчённый уголь. Процессы ведут при больших скоростях газовых потоков.

Зависимо от применяемого дутья, выход газа, его теплота сгорания и состав меняются .

Составы и выходы генераторных газов

Газ

Состав газа,%(об.)

Выход газа,м3/кг

Теплота сгорания газа,МДж/м3

К.п.д.

СО

Н2

N2

Воздушный

34,7

—

65,3

5,39

4,4

72,2

Водяной

50

50

—

17,77

11,77

100,0

Полуводяной

40,3

18,2

41,5

4,63

7,08

100,0

Оксиводяной

68,9

31,1

—

2,71

12,15

100,0

Для сопоставления параметров и составов газов газификации делаются допущения:

1) единственный вероятный балласт — азот воздуха — только из горючие составляющие входят в состав газовой смесь;

2) процессу газификации подвергается незапятнанный углерод;

3) утраты тепла не учитываются.

Газы, отвечающие этим допущениям, именуются «идеальными» генераторными газами.

по выходу и составу от «идеальных», получаемые на практике генераторные газы отличаются

Потому что:

1) выход горючих компонент в расчёте на 1 кг органической массы угля всегда существенно меньше, так как уголь нельзя считать незапятнанным углеродом. Это типично для юных углей (в их содержится огромное количество кислорода), и тем паче для торфа.

2) Содержание СО2 всегда превосходит сбалансированную концентрацию так как хим равновесие в газогенераторах не достигается. В генераторных газах всегда содержится СО2.

3) Пары воды и летучие продукты теплового разложения попадают в состав газа.

В любом газе содержится N2, что может разъяснять понижение реальной теплоты сгорания газа.

В газогенераторах вероятна подземная газификация, также газификация разных органических отходов, кроме газификации жестких горючих ископаемых. Многообещающим направлением переработки в процессе подземной газификации жестких горючих ископаемых  является их неполное окисление с получением СО.

При реакции жестких горючих ископаемых  с водяным паром не считая рассматриваемых соединений получаются алифатические углеводороды либо органические соединения содержащие кислород.

Реакции синтеза протекают по суммарному уравнению:

Процесс идет в широком спектре температур до 3500С.

Металлы VIII группы повторяющейся системы в главном Fе,Со, Ni используются в качестве катализаторов при синтезе.

Парафиновые и олефиновые углеводороды — образующиеся продукты, при этом число атомов углерода от 23 до 25.

Перечень литературы

1.                  Систематизация горючих ископаемых по структурно-химическим показателям и главные пути использования ископаемых углей: А. М. Гюльмалиев, Г. С. Головин, С. Г. Гагарин — Москва, НТК «Трек», 2007 г.- 152 с.

2.                  Новые подходы к стандартизации способов оценки свойства углей в системе технического регулирования: — Москва, НТК «Трек», 2007 г.- 288 с.

3.                  Стандартные способы тесты углей. Систематизации углей: И. В. Авгушевич, Т. М. Броновец, Г. С. Головин, Е. И. Сидорук, Л — Санкт-Петербург, НТК «Трек», 2008 г.- 368 с.