Реферат — систематизация способов газификации жестких горючих ископаемых. причины действующие на состав товаров.

 
Имеющиеся припасы нефти на Земле будут израсходовании в течении 40 — 50 лет, природного газа — 30 — 40 лет. В качестве альтернативного источника энергии предложено использовать припасы угля, которых должно хватить на период 200 — 250 лет. Данная оценка базирована на извлекаемом в текущее время количестве угля, в реальности припас данного сырья существенно больше. Припасы жестких горючих ископаемых, которые в текущее время можно освоить, оцениваются примерно в 2,5 -3 трлн. т. На основании реальной  добычи жестких горючих ископаемых мировой индустрией в течение года  (примерно 3 миллиардов. т.), можно гласить о припасах сроком на 1000 лет. А с учетом совершенствования техники и способов добычи угля (имеется ввиду подземная газификация),  даже при увеличении добычи жестких горючих ископаемых вдвое имеющихся припасов должно хватить более чем на 500 лет. А к вышесказанному добавить открытие новых месторождений, то они возможно окажутся фактически неистощимы. Исходя из заключений исследователей, можно считать, что 90 — 97 % общих ресурсов горючих ископаемых Земли   — это припасы жестких горючих ископаемых, и все только 3 — 10 % приходится на долю нефти и газа. Что касается Рф, то припасы жестких горючих ископаемых составляют около 90 % от припасов всего органического горючего страны, а в контексте мирового масштаба — 53% от припасов угля. С учетом всего вышесказанного можно прийти к выводу о том, что задачки роста добычи и переработки угля в нашей стране получают исключительное значение для народного хозяйства.
Систематизация способов газификации жестких горючих ископаемых.
Газификацией именуют процесс получения горючих газов средством преобразования органической части твёрдого либо водянистого горючего с внедрением высокотемпературного (1000—2000 °C) нагрева с кислородом, воздухом, водяным паром, CO2 либо, почаще, их консистенцией. Аппараты, в каких происходит процесс газификации, называются  газогенераторы, а образующийся газ – генераторный.
В качестве примера жестких горючих ископаемых, применяемых для процесса, можно привести бурый уголь, каменный уголь, мазут, горючие сланцы, дрова, торф, гудрон.
Конверсия — совокупа процессов (пиролиз, неполное горение, полное окисление) которые протекают в процессе газификации твёрдых горючих ископаемых. Данную совокупа можно представить в виде последующих уравнений.

Совместно с основными реакциями могут происходить и последующие процессы:
 

Имеющиеся методы проведения процесса газификации можно поделить на последующие типы:
1. кусковой — в плотном слое,
2. тонкодисперсный — в «кипящем слое»,
3. пылевидный
4. водянистый — в факеле.
В процессе газификации жестких горючих ископаемых в фазу газа перебегает около 80 % органической части горючего. Данный способ отыскал обширное применение для переработки различных видов горючего низкого сорта в связи с отсутствием чувствительности к качеству сырья и наличию балластов (минеральных примесей и воды). Что касается сжигания и использования, то из приобретенного газообразного горючего появляется существенно наименьшее количество вредных веществ, по сопоставлению с прямым сжиганием жестких горючих ископаемых.
Что касается нефтяного сырья (имеются ввиду тяжёлые нефтяные остатки), проведение процесса газификации происходит при последующих критериях:
Температура -1400—1500 °C,
Давление — атмосферное либо завышенное (4—8 МПа),
Присутствие окислителя — воздух,
Катализаторы — боксит, кислые глины, никель, кобальт.
Процессы газификации также систематизируют по цели:
Синтез газа с определенной теплотой сгорания
Получение газа определенного состава с целью синтеза хим товаров.
СН4 и Н2  владеют большей теплотой сгорания, в связи с чем для вышеназванной цели нужно повышение процента этих газов в получаемых консистенциях – внедрение в качестве топлив.
Чем молодее твердые горючие ископаемые, тем выше содержание метана в продуктах газификации. Таким макаром количество СН4 находится в зависимости от типа горючего, его хим зрелости.
Что касается консистенций газов, которые выполняются для синтеза, то в их не нужно присутствие СН4, и как следствие в качестве сырья для производства употребляются более зрелые твердые горючие ископаемые.
Зависимость процесса газификации от ряда причин, влияющих на состав получаемой консистенции и его теплоту сгорания, не позволяет привести единую принятую систематизацию способов воплощения процесса. Ниже будут описаны вероятные варианты систематизации.
Процессы газификации можно систематизировать по последующим признакам:
1.      По теплоте сгорания получаемых газов: получение газов с низкой (4,18-6,7),  средней (6,7-18,8) и высочайшей (31-40) теплотой сгорания.
2.      По предназначению газов: для энергетических (конкретного сжигания) и технологических (синтезы, создание водорода, технического углерода) целей.
3.      По размеру частиц применяемого горючего: газификация крупнозернистых, тонкодисперсных, и пылевых топлив.
4.      По типу дутья: воздушное, паровоздушное, кислородное, парокислородное, паровое.
5.      По методу удаления минеральных примесей: влажное и сухое золоудаление, жидкое шлакоудаление.
6.      По давлению газификации: при атмосферном (0,1-0,13 МПа), среднем (до 2-3 МПа) и высочайшем давлении (выше 2-3 МПа)
7.      По нраву движения газифицируемого горючего: в псевдостационарном опускающемся слое, в псевдоожиженном (кипящем слое), в передвигающемся потоке пылевидных частиц.
8.      По температуре газификации: низкотемпературная (до 800), среднетемпературная (800-1300) и высокотемпературная (выше 1300).
9.      По балансу тепла в процессе газификации: автотермические и аллотермические.
Виды газообразного горючего, которые получаются в итоге используемого дутья, зависят от ряда причин. Их можно систематизировать последующим образом: синтез-газ, воздушный газ, смешанный газ, водяной газ.
Генераторные газы, приобретенные в итоге газификации жестких горючих ископаемых, могут быть применены в качестве горючего и как источник водорода при производстве аммиака (после чистки от H2S, CS2, CO2).
Газогенераторы, применяемые в текущее время, имеют мощность для твёрдого горючего до 80000 — 60000 м?/ч. В текущее время задачей развития газификации является увеличение производительности (до 200000 м?/ч) и КПД (до 90 %). Данной цели можно достигнуть, например, увеличением давления и температуры процесса (10 МПа и 2000 °C).
Имеется опыт подземной газификации жестких горючих ископаемых, по разным причинам, добыча которых экономически не прибыльна.
При газификации жестких горючих ископаемых создают горючий газ, который просто храниться и может быть транспортирован на значимые расстояния. Горючий газ просто очистить от соединений серы, и как уже говорилось, он может употребляться не только лишь как горючее, да и в качестве хим сырья для ряда синтезов, что, в конечном счете, находится в зависимости от средств и способов, применяемых при газификации жестких горючих ископаемых. Основная разработка газификации это проведение процесса с недочетом окислителя и  с излишком углерода. Зависимо от критерий проведения процесса газификации угля (температуры, давления, количества в применяемом дутье окислителя) состав консистенции, получаемой при данном процессе, очень разнообразен. При газификации жестких горючих ископаемых  в недочете окислителя сера из консистенции преобразуется в сероводород. В этом случае, когда состав дымового газа постоянен, состав газов газификации жестких горючих ископаемых может резко изменяться.
Сырой газ, именуемый прямым продуктом газификации, обычно содержит определенные количества СО2, Н2О, СН4, а время от времени и высших углеводородов, а при использовании воздуха — к тому же N2. Образуемые H2S и NO2 объясняются наличием в жестких горючих ископаемых  гетероатомов, сначала S и N.
При отсутствии катализатора температура поддерживается выше 800-900 °С, так как скорость реакций неполного окисления жестких горючих ископаемых  при газификации значительно находится в зависимости от этого фактора. Во время окисления жестких горючих ископаемых  очищенным О2 при адиабатном режиме, была бы очень высочайшая температура, потому обычно употребляют воздух в качестве газифицирующего агента (дутья), также может быть внедрение паровоздушной либо парокислородной консистенции. Изменяя соотношение водяного пара и О2 (состав дутья) и, принимая во внимание утраты тепла в самом газогенераторе, исходную температуру можно поддерживать на определенном уровне, который как и давление устанавливают исходя из технологических суждений, например исходя из метода удаления шлаков. Концентрация СН4 с ростом давления в продуктах газификации возрастает.
Синтез-газ, который состоит в главном из консистенции СО и Н2, выходит в случае парокислородной газификации жестких горючих ископаемых  при низких давлениях, после конденсации водяных паров. Он  имеет теплоту сгорания 11-12 МДж/м3. В случае паровоздушной либо воздушной газификации жестких горючих ископаемых  образовавшаяся смесь имеет теплоту сгорания около 4 МДж/м3 и содержит много азота. Она употребляется в качестве горючего в технологических топках, котлах электрических станций, отопительных установках. Транспортировка данной консистенции газов на огромные расстояния невыгодна.
Исходя из состава угля и критерий процесса можно рассчитывать состав товаров, так как термодинамика процессов газификации жестких горючих ископаемых отлично исследована. При  использовании эмпирических черт и коэффициентов, кинетические характеристики газификации жестких горючих ископаемых можно вычислить только примерно. Как демонстрируют расчеты, состав получаемого газа находится в зависимости от режима процесса и геометрии газогенератора.
Газогенераторы, применяемые в индустрии, бывают 3-х главных типов, различающихся нравом взаимодействия жестких горючих ископаемых с дутьем. Интенсивность процессов в газогенераторе оценивается его расходом на единицу площади аппарата в единицу времени либо удельным расходом газифицируемого горючего.
Например, медлительно опускающийся слой кусков твердого горючего размером 5-30 мм в газогенераторе типа Лурги продувают снизу парокислородной консистенцией под давлением около 3 МПа. Несколько зон с различными температурами появляется по высоте слоя: нижняя часть слоя имеет самую большую температуру  (она не превосходит температуру плавления золы); дальше, вследствие эндотермических реакций (2) и (3), температура миниатюризируется. Газификация прекращается при температуре ниже 800-900 °С, продукты газификации содержат оксибензолы, смолы и другие вещества, которые удаляются при чистке в высшей части слоя, так как там преобладает полукоксование. Удельный расход газифицируемого горючего добивается 2,4 т/(м2*ч). Наибольший размер большинства имеющихся аппаратов не превосходит 4 м в поперечнике. В случае роста поперечника до 5м производительность газогенератора составляет 105 м3/ч, а расход угля около 40т /(м2*ч). Состав сухого газа, образуемого из бурого угля в этом газогенераторе, может быть выражен последующим составом Н2 — 39, СО-20, СН4 и др. углеводородов — 11, СО2-30. Спекание угля в слое, загрязнение газа продуктами полукоксования и  невозможность использования маленьких кусков горючего являются главными недочетами газогенератора.
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; трудности: 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

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий


gazogenerator.com