Содержание к диссертации

Введение

1 Процессы энерготехнологической переработки углей 10

1.1 Ископаемые угли и их свойства 10

1.2 Технологии переработки углей 14

Коксование угля 14 Полукоксование угля 15

Гидрогенизация угля 16

Газификация угля 19

1.3 Главные имеющиеся схемы газификации угля 21

Газификация угля в газогенераторах Пурги 23

Газификация угля в газогенераторах компании BGL 27

Газификация угля в газогенераторах концерна Shell 30

Газификация угля по технологии ConocoPhilips E-gas 35 Мультитопливный газогенератор по технологии Siemens 37

Некие другие технологии газификации углей 38

1.4 Выводы по первой главе 40

2 Разработка газификации углей в плотном слое под давлением 42

2.1 Лаконичный обзор и современное состояние препядствия 42

2.2 Конструктивные особенности устройства и работа газогенераторов Лурги 46

Основное оборудование газогенераторов Лурги 50

Технологический процесе газогенераторов Пурги 54

2.3 Физика и химия процессов газификации углей 66

2.4 Воздействие критерий проведения процесса газификации на свойства получаемого газа 73

Воздействие температуры и давления на процесс газификации 73

Воздействие вида дутья на состав генерируемого газа 77

2. 5 Выводы по 2-ой главе 80

3 Исследование и оптимизация режимов работы газогенераторов лурги на шуваркольском угле при парокислородном дутье под давлением 82

3.1 Свойства шубаркольского угля 82

3.2 Зависимости, применяемые при газификации угля в плотном слое под давлением 86

3.3 Схема экспериментального контроля анализируемых характеристик 90

3.4 Воздействие состава минеральной части горючего на пределы конфигурации входных характеристик газифицирующей дутьевой консистенции 95

3.5 Удельный расход кислорода на газификацию горючего 102

3.6 Неблагоприятные режимы работы газогенератора Лурги на шубаркольском угле 105

3.7 Экспериментальные зависимости, характеризующие процесс газификации Лурги 107

3.8 Вещественный баланс и технико-экономические характеристики работы газогенератора Лурги 111

3.9 Выводы по третьей главе 114

Заключение и выводы по работе 116

Литература 118

• Технологии переработки углей
• Газификация угля в газогенераторах конторы BGL
• Конструктивные особенности устройства и работа газогенераторов Лурги
• Зависимости, применяемые при газификации угля в плотном слое под давлением

Введение к работе

В текущее время задачи энергетики и сбережения энергии получают все большее значение. Посреди их принципиальное значение имеет неувязка энергетической безопасности производственных процессов, штатских и других объектов. Животрепещущими остаются трудности обеспечения энергией отдаленных районов, пт и хозяйственных объектов. Потому разработка всеохватывающих энергетических установок (таких, к примеру, как газогенератор, газовый движок либо работающая на газе электрогенераторная станция с котлом-утилизатором) для автономного обеспечения термический, механической и электронной энергией является очень животрепещущей неувязкой. Начальным звеном таковой установки может быть автономный газогенератор, работающий, к примеру, на местном угле.

Многие производственные и технологические процессы требуют для собственного обеспечения огромного количества термический энергии (пара либо жаркого газа), которую можно просто получить методом сжигания газа в технологической установке либо в конкретной близости от нее. Нужное количество горючего газа с данными качествами может быть получено методом газификации угля.

Энтузиазм к технологиям переработки низкосортных натуральных жестких топлив (бурых и каменных углей), антрацитов и горючих сланцев, торфа, древесных отходов и т.д. на установках термохимической конверсии (газификации и пиролиза) в текущее время увеличивается в связи с неминуемым грядущим переходом мировой энергетики на малоуглеродные и неуглеродные, в том числе водородные, технологии [1-6]. Посреди ведущих направлений грядущей диверсификации энергетики будут технологии газификации жестких топлив [7-10].

Под газификацией обычно понимают высокотемпературные процессы взаимодействия органической массы твёрдых либо водянистых горючих ископаемых либо товаров их тепловой переработки с воздухом, кислородом, водяным паром, диоксидом углерода либо их растворами, в итоге которых органическая часть горючего обращается в горючие газы.

Таким макаром, газификация твердого горючего решает задачки перевода жестких горючих ископаемых, в том числе углей, в комфортное для сжигания горючее — горючие газы.

Одним из многообещающих направлений развития газификации является газификация натуральных твёрдых топлив, в том числе сернистых и высокозольных углей, как стадия их подготовки к использованию в топках теплопотребляющих агрегатов, не адаптированных для прямого сжигания. Процессы и способы газификации твердого горючего зависимо от предназначения получаемого газа можно систематизировать последующим образом [11-15]:

• получение газов данной теплоты сгорания;

• получение газов данного состава.

Есть разные типы процессов газификации углей, принципно отличающихся в главном организацией процесса взаимодействия горючего и окислителя. К примеру, газификация с недвижным либо псевдоожиженным слоем либо же со спутным потоком пылевидного горючего. Газификация проводится в особых аппаратах — газогенераторах, которые также отличаются друг от друга зависимо от типа процесса. В случае использования воздушного дутья выходит малокалорийный газ, в случае кислородного дутья — среднекалорийный газ.

В то время как газогенераторы с воздушным дутьём работают при атмосферном давлении, газогенераторы с кислородным дутьём работают не только лишь при атмосферном, да и при завышенных давлениях, что приводит к повышению выхода метана. Более современными являются газогенераторы Лурги, Винклера, Копперс-Тотцека, Велман-Галуши и другие.

В текущее время разрабатываются и развиваются другие технологии газификации углей и производства синтез-газа. К примеру, в слоевых газогенераторах конторы BGL процесс газификации угля осуществляется под давлением, как и в газификаторах Лурги, но с водянистым шлакоудалени-ем. Реализованы 10-ки проектов производства синтез-газа методом газификации угля в газогенераторах концерна Shell. К более новым относится процесс газификации водо-угольной суспензии под давлением по технологии ConocoPhilips E-gas. Мультитопливный газогенератор по технологии Siemens может работать с различными видами горючего, такими как каменный уголь, бурый уголь, биомасса и водянистые отходы. Технологии газификации жестких топлив, в особенности углей, безпрерывно развиваются и совершенствуются. Но по сей день более всераспространенным и надежным в эксплуатации, по многим причинам, является процесс газификации в плотном слое под давлением по технологии компании Лурги (Lurgi).

В согласовании с вышеизложенным основной целью работы является развитие имеющихся представлений о процессах генерации горючих газов из каменных углей местных месторождений в плотном слое под давлением в газогенераторах, работающих по технологии Лурги на низкозольном шубаркольском угле. При всем этом главными направлениями исследования были последующие:

• определение спектра надежной бесшлаковой работы газогенераторов Лурги при газификации шубаркольского угля, содержащего максимально низкое количество минеральной части (зольного остатка);

• достижение очень вероятного понижения величины характеристик газификации (газификационного дела пар/кислород) в дутьевой консистенции.

Для заслуги поставленной цели решались последующие задачки:

• Рассмотрение и обзор имеющихся способов газификации углей и выбор более рациональной технологии производства газа из низкозольного шубаркольского угля.

• Обобщение имеющегося опыта организации технологического процесса газификации углей в плотном слое под давлением при па-рокислородном дутье в газогенераторах Лурги.

• Проведение периодических наладочных и экспериментальных исследовательских работ на промышленных газогенераторах Лурги, работающих на низкозольном шубаркольском угле при парокислородном дутье, с целью заслуги хороших значений характеристик газификации и выработки советов для проектирования 2-ой очереди газогенераторной станции.

Научная новизна работы заключается:

В определении хороших значений характеристик газификации газогенераторов Лурги, работающих на низкозольном шубаркольском угле при парокислородном дутье под давлением, также получение и обобщение широкого экспериментального материала, описывающего технологический процесс Лурги.

Практическая значимость

Отладка технологического процесса газификации низкозольного шубаркольского угля при парокислородном дутье под давлением на промышленных газогенераторах Лурги и получение хороших значений характеристик газификации. Внедрение результатов исследования на предприятии ОАО «Алюминий Казахстана» (г. Павлодар, Республика Казахстан). Издание учебного пособия по результатам исследования.

Достоверность и обоснованность научных положений определяется анализом и обобщением достоверных результатов и современных глобальных достижений в рассматриваемой области исследовательских работ. Применением современных и апробированных экспериментальных способов исследования. Проведением широкомасштабных модельных и натурных экспериментальных исследовательских работ и внедрением достоверных результатов других создателей. Выполнением работы при участии высококвалифицированных российских и забугорных профессионалов.

Апробация работы

Результаты исследования докладывались на конференциях различного уровня: II Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные трудности энергетики. Энергоресурсосбережение» (Самара, 2004), конференции «Техперевооружение объектов энергетики на базе товаров и услуг Уральского турбинного завода» (Екатеринбург, 2004), 3-й Интернациональной научно-практической конференции «Энерго ресурсосбережение, оптимизация энергопотребления и обеспечение экологической безопасности на предприятиях металлургической, горной И нефтехимической промышленности» (Санкт-Петербург, 2005), I Интернациональной научно-технической конференции и Инвест-форуме Восточно Казахстанской области «Энергетика, экология, энергосбережение» (Казахстан, Усть-Каменогорск, 2005), IV Интернациональной научно-технической конференции «Достижения и перспективы развития энергетики Сибири» (Красноярск, 2005), Всероссийской научно-практической конференции с интернациональным ролью «Энергетические, экологические и технологические задачи экономики — ЭЭТПЭ-2007» (Барнаул, 2007) и III Интернациональной научно-практической конференции «Актуальные трудности энергетики» (Екатеринбург, 2007).

Публикации

По теме диссертации размещено 12 печатных работ, в том числе 1 статья в журнальчике, рекомендованном ВАК Рф, 1 статья в региональном журнальчике, 6 докладов и 3 тезиса доклада на конференциях различного уровня и 1 учебное пособие [16-27].

Работа выполнена в Алтайском муниципальном техническом институте им. И.И. Ползунова (АлтГТУ).

Научным управляющим диссертационной работы является заведующий вузовско-академической лабораторией АлтГТУ-НИИ СО РАН, доктор АлтГТУ д.т.н., доктор Сеначин П.К.  

Технологии переработки углей

Коксование угля — непростой процесс, состоящий из нескольких главных стадий [13-15]. Одна из их заключается в переходе твердого угля в пластическое состояние. Это размягчение наступает для разных марок угля при разных температурах. Температура размягчения углей находится в интервале температур 620-720 К. На этой стадии коксования отдельные зерна угля должны сплавляться в однородную массу. В этот период начинается также насыщенное разложение органического вещества угля, в итоге чего выделяются летучие продукты — смола, газ, вода.

При предстоящем повышении температуры до 770-820 К пластическая угольная масса начинает затвердевать — появляется кокс, из которого продолжают выделяться газообразные продукты. Увеличение температуры до 1170-1370 К сопровождается предстоящим выделением летучих веществ — в большей степени газов. В готовом коксе выход летучих веществ составляет менее 1%, в органической массе содержание углерода более 96,5%. В табл. 1.3 приведены главные продукты коксования угля. Выход кокса из угля составляет порядка 75 % его массы, а цена — порядка 33 % от цены всех товаров коксования, другими словами выход хим товаров составляет порядка 25 % массы угля, а цена -порядка 67 %. Существующая техника коксования угля обладает рядом недочетов. И одним из существенных недочетов будет то, что технологический процесс коксования является временами действующим процессом. Полукоксование угля Из нескольких узнаваемых способов производства искусственного водянистого горючего из углей более обычным и просто осуществимым является полукоксование [28-30]. В отличие от описанного чуть повыше процесса коксования углей, способ полукоксования твердого горючего проводится в особых печах без доступа воздуха при температуре 770-720 К (низкотемпературное коксование). Время от времени для увеличения выхода газообразных товаров температуру процесса увеличивают до 970-1070 К (среднетемпературное коксование). Основными продуктами являются полукокс, смола и газ. Выход этих товаров выходит разным и находится в зависимости от нрава твердого горючего (табл. 1.4). Выход летучих в процессе полукоксования углей составляет порядка 10-20%.

Искусственное жидкое горючее получают методом деструктивной гидрогенизации, а конкретно, обработкой горючего водородом под давлением при высочайшей температуре [28, 31]. При участии катализаторов сразу, протекают две реакции: разложение (деструкция) горючего и присоединение водорода. Конкретное гидрирование угля очень тяжело, потому его перерабатывают в виде пасты суспензии1 в масле-пасте. Потом паста подвергается тепловому «растворению» в присутствии суспензированного катализатора под давлением в атмосфере водорода (при температуре 870-970 К) в консистенции с вторичным рециркулирующим продуктом, приобретенным методом гидрогенизации.

Мотивированным продуктом жидкофазной деструктивной гидрогенизации угольной пасты является широкая фракция, состоящая из консистенции бензиновой и керосиновой фракций и остатка, возвращаемого в секцию жидкофазной гидрогенизации. Широкая фракция, выкипающая до 600-630 К, дальше поступает на парофазную деструктивную гидрогенизацию над стационарным катализатором и преобразуется в размеренный бензин и дизельное горючее. Процесс деструктивной гидрогенизации угольной пасты и томного водянистого сырья проводится при температурах 750-770 К и давлении от 30 до 70 МПа. Парофазная гидрогенизация широкой фракции протекает при температуре 690-710 К идавлении 30 МПа. При деструктивной гидрогенизации каменного угля с замкнутым.балансом, другими словами когда образующееся тяжелое масло полностью ворачивается на повторную жидкофазную гидрогенизацию в качестве пастообразовате-ля, выход широкой фракции составляет до 60-70 % от органической массы угля. Схема получения водянистого горючего методом гидрогенизации угля показана на рис. 1.2. Около 40 % цены получаемого бензина приходится на расходы связанные с получением и внедрением водорода. Потому способы получения дешевенького водорода для процесса гидрогенизации имеют главное значение. Оптимальный расход водорода может быть достигнут подбором более действенного катализатора, содействующего наименьшему образованию газа, так как большее газообразование приводит к огромным расходам водорода.

Методом соответственного регулирования процесса можно получать или только бензин, или бензин и дизельное горючее, или бензин, оксибензолы, дизельное и котельное горючего. При гидрогенизации углей выход бензина сост