Газификация твёрдых топлив

ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ, превращ. жестких топлив (углей, торфа,
сланцев) в горючий газ, состоящий гл. обр. из СО и Н2, при высочайшей
т-ре в присут. окислителя (газифицирующего агента). Проводится в газогенераторах
(потому получаемые газы наз. генераторными).

Газификацию жестких топлив (Г.) можно рассматривать как неполное окисление
углерода. наиб. нередко окислителями служат О2 (р-ция 1), СО2
(2) и водяной пар (3):

Газификация твёрдых топлив

Вместе с основными р-циями осуществляются последующие:

Газификация твёрдых топлив

Т. обр., прямой продукт Г. (т. наз. сырой газ) всегда содержит нек-рые
кол-ва СО2, Н2О, СН4 и, не считая того, время от времени
и высших углеводородов, а при использовании воздуха — к тому же N2.
Из-за наличия в угле гетероатомов, сначала S и N, образуются H2S
и NO2.

Скорость р-ций неполного окисления жестких топлив значительно зависит
от т-ры, к-рая при отсутствии катализатора должна быть выше 800-900 °С.
При окислении твердого горючего незапятнанным О2 в адиабатном режиме
т-ра была бы очень высочайшей, потому в кач-ве газифицирующего агента (дутья)
обычно употребляют воздух, парокислород-ную либо паровоздушную смесь. Изменяя
состав дутья (а именно, соотношение водяного пара и О2) и
его исходную т-ру с учетом утрат тепла в самом газогенераторе, можно
обеспечить желаемую т-ру, к-рую, как и давление, устанавливают обычно исходя
из технол. суждений (зависимо от метода удаления шлаков и т.д.).
С ростом давления в продуктах Г. возрастает концентрация СН4.

В случае парокислородной Г. при низких давлениях после конденсации водяных
паров получают сухой газ (его нередко наз. синтез-газом), к-рый состоит
в осн. из консистенции СО и Н2 и имеет теплоту сгорания 11-12МДж/м3.
При воздушной либо паровоздушной Г. образовавшийся газ содержит много N2
и имеет теплоту сгорания ок. 4 МДж/м3. Он служит топливом в
котлах электрических станций, технол. топках, отопит. котельных установках; транспортировка
его на огромные расстояния невыгодна.

Термодинамика процессов Г. отлично исследована, что позволяет рассчитывать
состав товаров исходя из состава угля и критерий процесса. Кинетич. характеристики
Г. можно вычислить только приближенно с внедрением эмпирич. черт
и коэффициентов. Такие расчеты проявили, что состав получаемого газа зависит
от геометрии газогенератора и режима процесса.

В пром-сти употребляются газогенераторы 3-х осн. типов, различающиеся
нравом взаимод. твердого горючего с дутьем. Интенсивность процессов
в газогенераторе оценивается уд. расходом газифицируемого горючего, либо
его расходом на единицу площади аппарата в единицу времени.

В газогенераторе типа Лурги медлительно опускающийся слой кусков твердого
горючего размером 5-30 мм продувают снизу парокислородной консистенцией под давл.
ок. 3 МПа. По высоте слоя появляется неск. зон с разл. т-рами: наиб. т-ра
в ниж. части слоя (но она не должна превосходить т-ру плавления золы);
дальше т-ра миниатюризируется вследствие эндотермич. р-ций (2) и (3). При т-ре
ниже 800-900 °С Г. прекращается, и в верх. части слоя преобладает полукоксование,
потому
продукты Г. содержат смолы, оксибензолы и др. в-ва, к-рые удаляются при чистке.
Уд. расход газифицируемого горючего добивается 2,4 т/(м2*ч). Макс.
диам. большинства имеющихся аппаратов ~ 4 м. При увеличении диам. до
5м расход угля составляет ~ 40т/(м2*ч), производительность газогенератора
105 м3/ч. Сухой газ, получаемый из бурого угля в
этом газогенераторе, обычно содержит (% по объему): Н2
— 39,
СО-20, СН4 и др. углеводородов — 11, СО2-30. Недочеты
газогенератора — возможность спекания угля в слое, загрязнение газа продуктами
полукоксования и, не считая того, невозможность использования маленьких кусков
горючего.

В газогенераторе типа Копперс-Тотцек Г. подвергают угольную пыль с размером
частиц < 100 мкм, к-рая перемещается в одном направлении с парокислородной консистенцией (соотношение О2: пар от 50 :1 до 20 :1). Угольную пыль соединяют с паром и О2 в устройстве типа горелки и при атм. давлении подают в реакц. объем. На один газогенератор устанавливают 2 либо 4 горелки. Огромное содержание О2 в дутье обеспечивает высшую т-ру процесса (1400-1600 °С) и жидкое шлакоудаление. Стены аппарата снутри футерованы огнеупорными материалами. На выходе шлак гранулируется водой. Сухой газ, получаемый из бурого угля в этом газогенераторе, содержит (% по объему): Н2 - 29, СО - 56, СН4 - < 0,1, СО2 - 12. Теплота сгорания газа 11,0-11,7 МДж/м3. Макс, производительность газогенератора (25-50)*103 м3/ч. Плюсы: возможность Г. всех топлив, включая шламы и отходы обогащения угля, отсутствие в газе товаров полукоксования; недочеты: энергозатраты на узкий помол и сушку горючего, большой расход О2.

В газогенераторе типа Винклера кипящий слой тонкодисперсного горючего
с частичками размером 2-10 мм продувают парокислородной консистенцией при атм.
давлении. Т-ру в кипящем слое (900-950 °С) выбирают так, чтоб зола удалялась
в жестком виде. При всем этом большие частички золы выводятся через ниж. часть
аппарата, а маленькие — с газом. Уд. расход газифицируемого горючего благодаря
насыщенному тепло- и массообмену добивается 2,5-3,0 т/(м2*ч).
Сухой газ, получаемый из бурого угля в этом газогенераторе, содержит (%
по объему): Н2-39, СО-35, СН4-1,8, СО2-22.
Недочеты газогенератора: необходимость сортировки горючего и использования
циклонов и систем рециркуляции, т. к. огромное кол-во непрореагировавшего
горючего уносится с газом.

Вместе с усовершенствованием обрисованных типов газогенераторов, заключающемся,
а именно, в применении по-выш. давления (в газогенераторах Лурги до
10 МПа, в других-3-4 МПа), разрабатываются новые, более экономные и производительные
агрегаты. Напр., увлекательна схема Г., в к-рой окислителем служит СО2
[см. р-цию (2)]. Для компенсации эндотермич. эффекта этого процесса употребляется
промежная р-ция:

Газификация твёрдых топлив

Образовавшийся СаСО3 направляется в спец. реактор, где благодаря
теплу, выделяющемуся при сгорании горючего, разлагается на СаО и СО2,
к-рые вновь поступают в газогенератор. Плюсы способа: не требуется
дорогостоящий О2; сжигание горючего в воздухе (при разложении
СаСО3) происходит вне газогенератора, потому получаемый газ
не содержит N2 и имеет высшую теплоту сгорания. Недочет:
необходимость сепарации и циркуляции жестких горючих реагентов (СаО и СаСО3),
что приводит к усложнению и возрастанию цены установки. Разрабатываются
также процессы Г. с внедрением тепла, получаемого от атомных реакторов
и передаваемого газообразным либо жестким теплоносителем, в расплаве Fe
и др.

Сырой газ покидает газогенератор при высочайшей т-ре, а время от времени и давлении
и содержит огромное кол-во примесей. Потому газогенераторные установки
непременно включают системы утилизации тепла и чистки газа. наиб. всераспространены
схемы, в к-рых жаркие газы из газогенератора охлаждаются в паровом котле-утилизаторе.
Получаемый пар используют в самом процессе Г. либо для выработки электроэнергии.

При Г. под давлением газ м. б. применен в газотурбинной установке,
но при всем этом нужна высокотемпературная чистка его от пыли. Для
чистки сырой газ обычно охлаждают, при всем этом конденсируются смола и водяные
пары. Пыль, содержащуюся в газе в кол-ве 50-150 г/м , убирают в циклонах.
При двухступенчатой циклонной чистке содержание пыли понижается до 20-40
мг/м3. Нередко газ отмывают от пыли водой. Более узкая чистка
осуществляется в фильтрах разл. конструкции.

При Г. фактически вся S, содержащаяся в начальном горючем, перебегает
в H2S, для удаления к-рого используют сорбцию либо разл. водянистые
р-рители, напр. диметиловый эфир этиленгликоля. При всем этом, обычно,
удаляется и СО2. Синтез-газ, применяемый для получения СН3ОН,
промывают метанолом при — 150°С. В данном случае из газа удаляются фактически
все примеси, но цена таковой чистки довольно высока. Реагенты,
всасывающие примеси из газа, регенерируют, а сами вредные примеси превращают
в в-ва, допускающие неопасное их захоронение (напр., серу убирают в виде
CaSO4). Если содержание S в начальном горючем велико, ее целенаправлено
извлекать из товаров Г. как дополнит. товарный продукт.

До нач. 60-х годов в СССР Г. была всераспространена довольно обширно:
более 350 газогенераторных установок производили из разл. типов жестких
топлив около 35 миллиардов. м3/год газов различного предназначения. Но
вследствие резвого роста добычи прир. газа и организации общесоюзной сети
газоснабжения Г. фактически закончили использовать. В пром. масштабах газифицируют
только прибалтийские сланцы (кукерситы); получаемый при всем этом газ служит побочным
продуктом, а осн. продукт — сланцевая смола.

В последний период в связи с необходимостью экономии углеводородных
топлив энтузиазм к Г. возрос. В отличие от таких процессов термич. переработки
жестких топлив, как коксование и полукоксование, при Г. в газ преобразуются
обычно до 80% орг. массы. К плюсам Г. следует отнести также и то,
что низкокачеств. твердые горючего, содержащие много балласта (минер. составляющие,
влага), превращ. в горючее, при сжигании к-рого выделяется незначит. кол-во
соед., загрязняющих окружающую среду.

===
Исп. литература для статьи «ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ»: Лавров Н. В., Шурыгин А. П., Введение в теорию горения
и газификации горючего, М., 1962; Альтшулер В. С, К ли ри ко в Г. В., Медведев
В. А., Термодинамика процессов получения газов данного состава из горючих
ископаемых, М., 1969; Эпик И., «Известия АН ЭССР. Сер. Геология», 1982,
т. 31, № 2, с. 42-55; его же, «Известия АН ЭССР. Сер. Химия», 1983, т.
32, № 2, с. 81-97; Хим вещества из угля, пер. с нем., под ред. И.
В. Калечица, М., 1980. Э.Э. Шпильрайн.

Страничка «ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ» подготовлена по материалам хим энциклопедии.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий


gazogenerator.com