химический каталог




Введение в водородную энергетику

Автор Э.Э.Шпильрайн, С.П.Малышенко, Г.Г.Кулешов

и продукты газификации, продолжая подниматься, осуществляют термическое разложение сырого угля в верхней части слоя и уносят с собой его продукты. На выходе из слоя газы имеют температуру 600— 800 К и с этой температурой покидают газификатор. Непосредственно к газификатору примыкает скруббер-холодильник, в котором полученный газ промывается водой и охлаждается. Шлак проваливается сквозь решетку и попадает в бункер, откуда периодически удаляется через шлюз.

Основные недостатки процесса Лурги связаны, во-первых, с необходимостью использования сортированного угля— всю мелочь приходится использовать в других процессах. Во-вторых, в этом процессе наряду с газификацией происходит пиролиз угля, продукты которого (смола, пи-рогенетическая влага и другие) уносятся с газом, что требует более сложной его очистки. Кроме того, в описанном 58'

Кислород

процессе с твердым шлакоудалением степень использования водяного пара невысока (30—40%). Это увеличивает как затраты энергии на газификацию, так и количество воды, требующей очистки перед выбросом из установки.

Усовершенствование процесса Лурги идет по пути увеличения температуры в зоне горения и газификации. При этом степень конверсии водяного пара возрастает, а удаление шлака осуществляется в жидком виде.

Состав газа, получаемого по методу Лурги, существенно зависит от уровня температур. При парокислородном дутье и жидком шлакоудалении получается газ, содержащий (по объему) 58 % СО, 6 % С02, 26 % Н2, 9 % СН4 и . 1 % ?2.

В последнее время ведутся работы, направленные на повышение'давления в процессе Лурги до 8 МПа. Однако при использовании метода Лурги для получения водорода, выбор давления должен быть предметом технико-экономического анализа.

В основу процесса Копперс-Тотцека положена газификация угольной пыли при атмосферном давлении. Первая промышленная установка, использующая этот процесс, была пущена в начале 50-х годов нашего столетия.

Схема газификатора Копперс-Тотцека изображена на рис. 2.4. Предварительно подготовленная угольная пыль с частицами размером менее 100 мкм смешивается с кислородом и водяным паром и подается в футерованную камеру газификатора. В камере угольная пыль и газифицирующая смесь движутся - прямотоком. Процесс проходит весьма интенсивно. Соотношение пара и кислорода подбирается таким, чтобы температура, оказалась более 1800 К и шлак расплавился. Удаление большей части шлака осуществляется в жидком виде.

Газ, получаемый в га^ зификаторе Копперс-Тотцека из бурого угля, со-

59

Перегретый^ пар Д

?7~

оооооо

ооооо..

оооооо

ОООООО

ооооо

оооооо

ооооо

оооооо

ооооо

оооооо

--- '

-Водоподогре-ватель

Летучая ' зола

Кислород, L пар

)

Рис. 2.4. Схема газификатора Коп-iiepc-Тотцека с котлом-утилизатором

Держит (по объему): 57% СО, 10% С02, 31%-М2 и менее 1% СН4 (прочие компоненты — около 1%).

С точки зрения получения водорода процесс Копперс-Тотцека достаточно эффективен. Он имеет также'технологические преимущества, поскольку при высоких, температурах смолы и прочие_ высокомолекулярные соединения разлагаются, что упрощает очистку газа и сбросной воды. Однако этот процесс имеет и ряд недостатков. Прежде всего высокая температура получаемого газа требует утилизации содержащейся в нем физической теплоты. Поскольку сырой газ содержит много пыли и имеет атмосферное давление, его теплоту можно использовать только в котле-утилизаторе для производства технологического пара. Атмосферное давление является недостатком еще и потому, что ограничивает единичную производительность газификатора, которая вряд ли может превзойти несколько десятков тысяч кубометров газа в' час (20—30 ? угля в час).

Интересны попытки усовершенствовать метод Копперс-Тотцека путем повышения давления в газификаторе до 1—2 МПа, однако при этом надо считаться с увеличением в газе содержания метана.

В методе Винклера использована газификация угля в кипящем слое. Первые такие газификаторы были пущены еще в 20-е годы нашего столетия. Во время второй мировой войны такие газификаторы использовались для получения синтез-газа. для последующего синтеза моторных топлив по методу Фишера — Тропша.

.Процесс Винклера предусматривает парокислородную газификацию при атмосферном давлении. Сам газификатор представляет собой футерованную шахту, в нижней части которой за счет дутья, подаваемого снизу, создается кипящий слой угля. Часть парокислородной смеси подается выше слоя для газификации вынесенных из слоя мелких частиц. Тепло- и массообмен в кипящем слое достаточно интенсивны, что обеспечивает высокую степень газификации углерода (90%).

В газификаторе Винклера предусмотрено твердое шла-коудаление, что обусловливает сравнительно низкую температуру процесса (около 1300 К). В верхней части шахты газификатора установлены парогенерирующие трубы, которые служат для утилизации теплоты газов и выделения из них части золы, унесенной в расплавленном' состоянии газами.

60

Газ, получаемый в газификаторе Винклера, содержит (по объему):. 48 % СО, 14 % СОг,- 35 % Н2, 1—2 %СН4 (прочие компоненты — около 1 %).

Усовершенствование метода Винклера возможно путем повышения температуры и давления процесса.

Наряду с рассмотренными выше методами газификации угля, которые можно сейчас уже назвать классическими, начиная с середины нашего столетия в разных странах интенсивно разрабатываются более прогрессивные методы. В ряде случаев они представляют собой усовершенствованные варианты методов, рассмотренных ранее, например метод Лурги с жидким шлакоудалением или методы Бип-клера и Копперс — Тотцека с повышенным давлением. Однако имеются и принципиально новые методы, основанные на использовании многоступенчатых процессов.

В качестве примера такого процесса можно рассмотреть метод Хай-газ, разработанный Технологическим институтом США. Этот метод предназначен для получения газа со средней теплотой сгорания (около 20 000 кДж-м~3) с максимально возможным выходом метана непосредственно из газификатора. Для этого газификация осуществляется при высоком давлении (7—10 МПа) и в газифицирующей смеси повышается содержание водорода. При этом ' равновесие реакции смещается в сторону образования метана.

Одна из разновидностей метода Хай-газ — производство водорода железопаровым способом. Поскольку этот способ прямо направлен на получение водорода из-кокса, ниже он рассматривается несколько подробнее. Вначале кокс газифицируется с помощью паровоздушного . дутья, в результате чего #получается газ, содержащий СО, Н2 и ?\*2. Наличие азота не является недостатком, так как промежуточные процессы позволяют от него избавиться. Полученный газ используется для восстановления окисла железа Рез04 до ЕеО в соответствии с реакциями

Fe304 + CO = 3FeO + C02; Fe304 + H2 = 3FeO+H20.

Образовавшиеся в результате этих реакций С02, Н20 и N2 после утилизации теплоты выбрасываются в атмосферу. Если исходное дутье имеет повышенное давление, то наиболее целесообразно использовать эти газы в газотурбинной установке. При этом КПД процесса получения водорода достигает 63%, из которых 18% приходится на вырабатываемую электроэнергию.

61

Полученная окись железа FeO направляется а окислитель, где при более низкой температуре одна из двух прежних реакций происходит в обратном направлении:

3FeO + Н20 = Fe304 + Н2.

При обычных для этого процесса температурах равновесие реакции таково, что ее продукты содержат около 37% водорода (остальное — в основном водяной пар, который удаляется конденсацией).

В целом газообразные продукты, получаемые в процессе Хай-газ, имеют состав, приведенный в табл. 2.4.

Таблица 2.4. Состав продуктов, получаемых в процессе Хай-газ (% по объему) .

Компонент При парокислородной газификации кокса Прн железо-паровом способе газификации кокса Компонент Прн парокислородной газификации кокса При железо-парочом способе газификации кокса

СО 18 7 СН*4 15 28 ,

С02 18 7 Водяной 26 35

н2 ' 23 23 пар и др. -

* Вместе с высшими углеводородами,

Все рассмотренные выше методы газификации основываются на автотермическом проведении реакции. Поэтому газифицирующая газовая смесь содержит водяной пар и кислород (или воздух), соотношение которых определяет конечную температуру процесса газификации. При этом для получения газа с более высокой теплотой сгорания и для уменьшения затрат на очистку от азота предпочитают использовать не паровоздушное, а парокислородное дутье. Это существенно удорожает процесс за счет включения в него установки для разделения воздуха»

Однако есть и другая возможность получить недостающую теплоту для эндотермической реакции угля с водяным паром. Среди схем с аллотермическим подводом -теплоты, реализующих эту возможность, представляют интерес схемы, в которых недостающая теплота образуется за счет побочной химической реакции с участием дополнительно вводимого в зону реакции реагента. В качестве примера такого способа следует упомянуть Метод С02-акцептор, разработанный в США. Здесь теплота вводится в зону газификации за счет реакции СаО с двуокисью углерода с образованием доломита:

СаО + С02=СаС03.

62

При этой реакции выделяется около* 177 ООО кДж теплоты на 1 кмоль СаО. Этого количества теплоты достаточно, чтобы осуществить газификацию угля только водяным паром.

Схема установки по методу С02-акцептор показана на рис. 2.5. Процесс газификации происходит в кипящем слое при давлении 1—2 МПа. Отсортированный и высушенный уголь подается через шлюз вначале в камеру термического

¦Уголь

* Зола, дымовые газы

tC02 + H2S

Буроугольный кокс

/[Доломит /«=-----

Очищенный. • газ

<

\Отработанный/

Доломитах доломит ? /

на регенерацию

Рис. 2.5. Схема газификации по способу С02-акцептор:

/—зона подготовки угля; 2 — загрузочный шлюз; 3 — зона "термического разложения; 4 _ газификатор с кипящим слоем; 5 — система котел-утилизатор+водяной скруббер; б — аппарат для очистки газа; 7 — реактор метанирования; в—регенератор с кипящим слоем

разложения, где при температуре 107

страница 12
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

Скачать книгу "Введение в водородную энергетику" (2.73Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
что значит признание утратившие право пользования
купить билеты в минске на филиппа киркорова в 2017 году
набор мисок гнездо 8
элитные домашние музыкальные кинотеатры

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(17.01.2017)