3—1123 К происходит пиролиз исходного угля продуктами газификации. Поэтому получающийся газ содержит продукты пиролиза, хотя при указанной температуре в среде водяного пара они частично разлагаются. Часть образовавшегося полукокса поступает в собственно кипящий слой газификатора. В верхнюю часть слоя поступает регенерированный доломит с температурой около 1300 К. В нижнюю часть слоя подается паровое дутье. Образующаяся в результате реакции с водяным паром двуокись углерода вступает в реакцию с СаО, образуя доломит и поставляя теплоту для эндотермической реакции угля с водяным паром. Более крупные и тяжелые частицы СаСОз постепенно опускаются в нижнюю часть слоя. Непрореагировавший уголь и зо-

63

ла уносятся газами вверх, а-СаС03 выводится из газификатора и направляется на регенерацию.

Регенерация представляет собой эндотермический процесс, происходящий при температуре около 1300 К:

СаС03 = СаО + С02.

В регенераторе также организуется кипящий слой. Здесь теплоту для реакции регенерации поставляет сжигание в воздухе части полукокса, выводимого из камеры термического разложения (см. рис. 2.5). Регенерированный доломит возвращается в газификатор, а дымовые газы из регенератора вместе с золой направляются на утилизацию теплоты, в частности на производство водяного пара в котле-утилизаторе. Таким образом, в конечном итоге теплоту для эндотермической реакции газификации угля водяным паром поставляет горение того же угля, но так как продукты сгорания не смешиваются с продуктами газификации, может быть использовано дешевое воздушное дутье.

Недостатком процесса С02 — акцептор является сравнительно низкая температура газификации, лимитируемая термической стойкостью доломита (-—-1123 К). Из-за этого в газе, как уже отмечалось, остаются продукты пиролиза и требуется специальная очистк-а как газов, так и воды.

Газ, получаемый по этому методу, содержит (по объему): 16% СО, 11 % С02, 56 % Н2, 15% СН4 (прочие компоненты — около 2 %).

Таким образом, содержание водорода достаточно велико, но велико и содержание метана, связанное с высоким давлением.

2.3. Экономические показатели процессов получения водорода с помощью угля

Как уже отмечалось, для получения водорода с помощью угля пригоден любой способ газификации. Продуктом газификации является синтез-газ (смесь СО и Н2), состав которого лишь в незначительной степени зависит от способа газификации и свойств исходного угля. Отличительной особенностью процесса газификации, направленного на получение водорода, является необходимость проведения реакции сдвига (2.8), превращающей в пределе синтез-газ в чистый водород.

Сегодня в нашей стране нет действующих промышленных установок для получения из угля синтез-газа, что не позволяет привести надежные экономические характеристики соответствующих процессов,

В то же время за рубежом, и прежде всего в США и ФРГ, подобные установки имеются, и в литературе приводятся их экономические показатели. Несмотря на то, что система подсчета стоимости производства какого-либо продукта в нашей стране и за рубежом различна, а также на то, что в разных источниках приводятся подчас расходящиеся данные, использование зарубежных экономических показателей позволяет получить некоторые оценки, которые могут помочь судить о потенциальных возможностях метода получения водорода с помощью угля.

За рубежом достаточно распространены установки для получения различных продуктов из угля, основанные на газификации по методу Копперс-Тотцека. Западногерманская фирма «Крупп — Копперс» построила и продолжает сооружать заводы по производству из угля синтетических жидких топлив, аммиака, метанола, водорода с газификаторами Копперс-Тотцека во многих странах мира. Единичная производительность такого газификатора достигла 50 000 м3-ч~! по синтез-газу.

Применительно к получению водорода в [18] приводится расход сырого угля предприятием, производящим 2 400 000 м3 водорода в сутки:

Для газификации, ГДж на 1000 м3 .... Для производства энергии, ГДж иа 1000 м!

Итого, ГДж на 1000 м3........

Отметим, что это соответствует довольно низкому КПД процесса, равному 46%. Стоимость предприятия составляет 280 млн. марок ФРГ [вместе со всеми вспомогательными установками, необходимыми для работы предприятия (кислородной установкой, электростанцией и пр.)] без учета средств на социальные сооружения, мастерские, центральную лабораторию и т. п.

В оценочных расчетах обычно принимается, что удельная стоимость продукции (аналог расчетных затрат в нашей системе экономических подсчетов) может быть определена по формуле

? ^

где К — стоимость предприятия; ? — годовая продукция предприятия; Ь — расход сырья на единицу продукции; с—стоимость единицы сырья.

5-12 65

18,03 5,77

23,8

Рис. 2.6. Зависимость стоимости газообразных продуктов газификации от стоимости угля:

/ — заменитель природного газа с теплотой сгорания 36 820 кДж/м5; 1—водород; 3 — топливный газ с теплотой сгорания 11 715 кДж/ма

Коэффициент 0,24 учитывает процент с капитала, отчисления на амор-1 2 3 и ' 5 тизацию, стоимость теку-- 'Стоимость угля,маркаФРГ/ГДЖ щих ремонтов и оплату

персонала.

С учетом приведенных выше цифр стоимость водорода (аналог расчетных затрат), полученного из угля на предприятии с газификаторами Копперс-Тотцека, приведена на рис. 2.6. Так, для бурого угля стоимостью 3 марки ФРГ/ГДж и каменного угля стоимостью 6 марок ФРГ/ГДж стоимость водорода составляет соответственно 150 и 240 марок ФРГ за 1000 м3.

В [23] приведена стоимость получения синтез-газа из различного сырья, в том числе из угля. В табл. 2.5, заимствованной из этого источника, приводится сравнение стои-

Таблица 2.5. Стоимостные показатели процессов производства синтез-газа

Способ газификации Показатель

Лурги к-? ТеКсако

Расход угля в установке в пересчете на 4,32 3,80 3,60

условное топливо, 10вт-год—1

Количество производимого газа, 6,70 5,70 5,70

млрд. м8 · год-1

Стоимость установки, млрд. марок ФРГ 4,04 2,245 2,82

Стоимость синтез-газа, марок ФРГ за

ГДж QJ:

капитальная составляющая 8,30 5,45 6,34

стоимость угля* 12,26 12,67 12,00

эксплуатационные расходы 1,63 1,21 1,38

продажа побочных продуктов —0,62 •— —

Итого 21,57 19,33 19,72

Стоимость синтез-га за**, пфеннигов за 26,97 24,16 24,64

1 м«

* Groi мость угля в пересчете иа условное топливо принята разной 237,5 марки ???? в цеиах 1982 г.

** ? 1 марке 100 пфениигоз.

500-

?

400

? -?-I ?200 d s-

o d

66

мости получения синтез-газа из угля при использовании газификаторов Лурги, которые установлены на южноафриканском заводе Сасол, газификаторов Копперс-Тотцека (К-Т), описанных выше, и процесса Тексако, который пока находится в стадии опытного освоения.

Обратим внимание на то, что капитальная составляющая, приведенная в табл. 2.5, принята равной всего 17 % удельной стоимости установки, а не 24 %, как в [18]. Отчасти это связано с тем, что в [23] отдельно учитываются эксплуатационные расходы, которые в [18] учтены как доля удельной стоимости установки. Если эти расходы сложить 1С капитальной составляющей, то вместе они составят 21% удельной стоимости установки. Остающееся различие, по-видимому, связано с тем, что автор [18] исходит из деления капитала на собственный (30 %) и посторонний (70%), определяя для последнего годовые отчисления всего в 9 %· Различия в методике подсчета стоимости производства, подобные тем, которые проанализированы выше, затрудняют сопоставление экономических показателей, приводимых в различных работах.

Стоимость продукта, ·¦ , .

марки ФРГ/ГДж

Стоимость сырья, марки ФРГ/ГДж

-1-1-1-U_ II ? ¦

100 200 3001 Ц00

Каменный уголь, марки/т

Природный газ, пфенниги./м3 ?

100 200 300 400 500 600 700 Насрта, марки/т

Рнс. 2.7. Зависимость стоимости синтез-газа от стоимости сырья

5*

67

Таким образом, стоимость синтез-газа мало зависит от способа газификации, причем стоимость угля составляет более половины стоимости продукта. Это последнее обстоятельство связано с тем, что в приведенных выше расчетах стоимость угля принята очень высокой. Соотношение составляющих стоимости существенно изменилось бы для более дешевых углей. В частности, в предыдущем примере стоимость бурого угля в пересчете на условное топливо принята 90, а каменного—180 марок ФРГ/т.

На рис. 2.7 стоимость синтез-газа приведена в функции стоимости сырья (по ценам ФРГ), причем для сопоставления показана стоимость синтез-газа, полученного из природного газа и нафты. Стоимость синтез-газа, полученного из природного газа ценой 0,35 марки/м3, лишь немногим ниже, чем полученного из угля.

Представляет интерес оценить стоимость синтез-газа в случае, когда теплота эндотермической реакции газификации водяным паром покрывается не за счет сжигания части угля, а за счет ядерного источника энергии. В [23] эти значения стоимости приведены на основании проекта ??? («прототипная ядерная технологическая установка»), предполагающего газификацию угля водяным паром (табл. 2.6).

Некоторые экономические характеристики процессов получения водорода из угля приведены в [19]. В частности, указано значение КПД процесса получения водорода из угля, равное 57%, вне зависимости от способа газификации (водород получается под давлением 20 МПа для использования в качестве моторного топлива). Это соответствует расходу теплоты угля 1.75 ГДж на 1 ГДж водорода.

Удельные капитальные вложения в производство водорода в соответствии с [19] составляют 15,26 доллара США за 1 ГДж Н2 в год, или 27,47 марки ФРГ за 1 ГДж Н2 в год (в ценах первой половины 1979 г.). Относительный вклад капитальной составляющей равен 24,2% удельных капиталовложений, причем эта цифра складывается из следующих составляющих: 15,2%—процент на капитал с учетом графика капитальных вложений в период строительства и дисконтирования 10% в год за период жизни установки 15 лет; 3%—текущие и капитальные ремонты; 2,5