химический каталог




ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ, превращаются твердых топлив (углей, торфа, сланцев) в горючий газ, состоящий главным образом из СО и Н2, при высокой температуре в присутствии окислителя (газифицирующего агента). Проводится в газогенераторах (поэтому получаемые газы называют генераторными).

Газификацию твердых топлив (Г.) можно рассматривать как неполное окисление углерода. наиболее часто окислителями служат О2 (реакция 1), СО2 (2) и водяной пар (3):

Наряду с основными реакциями осуществляются следующие:

Т. обр., прямой продукт ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ (так называемой сырой газ) всегда содержит некоторые кол-ва СО2, Н2О, СН4 и, кроме того, иногда и высших углеводородов, а при использовании воздуха - еще и N2. Из-за наличия в угле гетероатомов, прежде всего S и N, образуются H2S и NO2.

Скорость реакций неполного окисления твердых топлив существенно зависит от температуры, которая при отсутствии катализатора должна быть выше 800-900 °С. При окислении твердого топлива чистым О2 в адиабатном режиме температура была бы слишком высокой, поэтому в качестве газифицирующего агента (дутья) обычно используют воздух, парокислород-ную или паровоздушную смесь. Изменяя состав дутья (в частности, соотношение водяного пара и О2) и его начальную температуру с учетом потерь тепла в самом газогенераторе, можно обеспечить желаемую температуру, к-рую, как и давление, устанавливают обычно исходя из технол. соображений (в зависимости от способа удаления шлаков и т.д.). С ростом давления в продуктах ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ увеличивается концентрация СН4.

В случае парокислородной ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ при низких давлениях после конденсации водяных паров получают сухой газ (его часто называют синтез-газом), который состоит в основные из смеси СО и Н2 и имеет теплоту сгорания 11-12МДж/м3. При воздушной или паровоздушной ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ образовавшийся газ содержит много N2 и имеет теплоту сгорания ок. 4 МДж/м3. Он служит топливом в котлах электростанций, технол. топках, отопит. котельных установках; транспортировка его на большие расстояния нерентабельна.

Термодинамика процессов ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ хорошо изучена, что позволяет рассчитывать состав продуктов исходя из состава угля и условий процесса. Кинетич. параметры Г. можно вычислить только приближенно с использованием эмпирическая характеристик и коэффициентов. Такие расчеты показали, что состав получаемого газа зависит от геометрии газогенератора и режима процесса.

В промышлености используются газогенераторы трех основные типов, различающиеся характером взаимодействие твердого топлива с дутьем. Интенсивность процессов в газогенераторе оценивается удельная расходом газифицируемого топлива, или его расходом на единицу площади аппарата в единицу времени.

В газогенераторе типа Лурги медленно опускающийся слой кусков твердого топлива размером 5-30 мм продувают снизу парокислородной смесью под давл. ок. 3 МПа. По высоте слоя образуется несколько зон с различные температурами: наиболее температура в ниж. части слоя (однако она не должна превышать температуру плавления золы); далее температура уменьшается вследствие эндотермодинамически реакций (2) и (3). При температуре ниже 800-900 °С ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ прекращается, и в верх. части слоя преобладает полукоксование, поэтому продукты ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ содержат смолы, фенолы и др. вещества, которые удаляются при очистке. Уд. расход газифицируемого топлива достигает 2,4 т/(м2*ч). Макс. диам. большинства существующих 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. Недостатки газогенератора - вероятность спекания угля в слое, загрязнение газа продуктами полукоксования и, кроме того, невозможность использования мелких кусков топлива.

В газогенераторе типа Копперс-Тотцек ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ подвергают угольную пыль с размером частиц < 100 мкм, которая перемещается в одном направлении с парокислородной смесью (соотношение О2: пар от 50 :1 до 20 :1). Угольную пыль смешивают с паром и О2 в устройстве типа горелки и при атм. давлении подают в реакционное объем. На один газогенератор устанавливают 2 или 4 горелки. Большое содержание О2 в дутье обеспечивает высокую температуру процесса (1400-1600 °С) и жидкое шлакоудаление. Стенки аппарата внутри 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. Достоинства: возможность Г. любых топлив, включая шламы и отходы обогащения угля, отсутствие в газе продуктов полукоксования; недостатки: затраты энергии на тонкий помол и сушку топлива, большой расход О2.

В газогенераторе типа Винклера кипящий слой мелкозернистого топлива с частицами размером 2-10 мм продувают парокислородной смесью при атм. давлении. Т-ру в кипящем слое (900-950 °С) выбирают так, чтобы зола удалялась в твердом виде. При этом крупные частицы золы выводятся через ниж. часть аппарата, а мелкие - с газом. Уд. расход газифицируемого топлива благодаря интенсивному тепло- и массообмену достигает 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. Недостатки газогенератора: необходимость сортировки топлива и использования циклонов и систем рециркуляции, т. к. большое количество непрореагировавшего топлива уносится с газом.

Наряду с усовершенствованием описанных типов газогенераторов, заключающемся, в частности, в применении по-выш. давления (в газогенераторах Лурги до 10 МПа, в других-3-4 МПа), разрабатываются новые, более экономичные и производительные агрегаты. Например, интересна схема ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ, в которой окислителем служит СО2 [см. реакцию (2)]. Для компенсации эндотермодинамически эффекта этого процесса используется промежуточная реакция:

Образовавшийся СаСО3 направляется в спец. реактор, где благодаря теплу, выделяющемуся при сгорании топлива, разлагается на СаО и СО2, которые вновь поступают в газогенератор. Достоинства метода: не требуется дорогостоящий О2; сжигание топлива в воздухе (при разложении СаСО3) происходит вне газогенератора, поэтому получаемый газ не содержит N2 и имеет высокую теплоту сгорания. Недостаток: необходимость сепарации и циркуляции твердых горючих реагентов (СаО и СаСО3), что приводит к усложнению и возрастанию стоимости установки. Разрабатываются также процессы ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ с использованием тепла, получаемого от ядерных реакторов и передаваемого газообразным или твердым теплоносителем, в расплаве Fe и др.

Сырой газ покидает газогенератор при высокой температуре, а иногда и давлении и содержит большое количество примесей. Поэтому газогенераторные установки обязательно включают системы утилизации тепла и очистки газа. наиболее распространены схемы, в которых горячие газы из газогенератора охлаждаются в паровом котле-утилизаторе. Получаемый пар применяют в самом процессе ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ или для выработки электроэнергии.

При ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ под давлением газ может быть использован в газотурбинной установке, однако при этом необходима высокотемпературная очистка его от пыли. Для очистки сырой газ обычно охлаждают, при этом конденсируются смола и водяные пары. Пыль, содержащуюся в газе в кол-ве 50-150 г/м , удаляют в циклонах. При двухступенчатой циклонной очистке содержание пыли снижается до 20-40 мг/м3. Часто газ отмывают от пыли водой. Более тонкая очистка осуществляется в фильтрах различные конструкции.

При ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ практически вся S, содержащаяся в исходном топливе, переходит в H2S, для удаления которого применяют сорбцию или различные жидкие растворители, например диметиловый эфир этиленгликоля. При этом, как правило, удаляется и СО2. Синтез-газ, используемый для получения СН3ОН, промывают метанолом при — 150°С. В этом случае из газа удаляются практически все примеси, однако стоимость такой очистки достаточно высока. Реагенты, поглощающие примеси из газа, регенерируют, а сами вредные примеси превращают в вещества, допускающие безопасное их захоронение (например, серу удаляют в виде CaSO4). Если содержание S в исходном топливе велико, ее целесообразно извлекать из продуктов ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ как дополнительной товарный продукт.

До нач. 60-х годов в СССР ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ была распространена достаточно широко: более 350 газогенераторных установок вырабатывали из различные типов твердых топлив около 35 млрд. м3/год газов разного назначения. Однако вследствие быстрого роста добычи природные газа и организации общесоюзной сети газоснабжения ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ практически перестали применять. В пром. масштабах газифицируют лишь прибалтийские сланцы (кукерситы); получаемый при этом газ служит побочным продуктом, а основные продукт - сланцевая смола.

В последний период в связи с необходимостью экономии углеводородных топлив интерес к ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ возрос. В отличие от таких процессов термодинамически переработки твердых топлив, как коксование и полукоксование, при ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ в газ превращаются обычно до 80% органическое массы. К достоинствам ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ следует отнести также и то, что низкокачеств. твердые топлива, содержащие много балласта (минеральных компоненты, влага), превращаются в топливо, при сжигании которого выделяется незначительной количество соединение, загрязняющих окружающую среду.

Химическая энциклопедия. Том 1 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
курсы верстки в москве
газовые котлы отопления бакси в москве
столик дуэт 5
пластиковый стол овальный

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
(04.12.2016)