Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ

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

Газификацию твердых топлив можно рассматривать как неполное окисление углерода. наиб. часто окислителями служат О2 (р-ция 1), СО2 (2) и водяной пар (3):
1088-40.jpg

Наряду с основными р-циями осуществляются следующие:
1088-41.jpg

Т. обр., прямой продукт газификации твердых топлив (т. наз. сырой газ) всегда содержит нек-рые 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 р-ций неполного окисления твердых топлив существенно зависит от т-ры, к-рая при отсутствии катализатора должна быть выше 800-900 °С. При окислении твердого топлива чистым О2 в адиабатном режиме т-ра была бы слишком высокой, поэтому в кач-ве газифицирующего агента (дутья) обычно используют воздух, парокислород-ную или паровоздушную смесь. Изменяя состав дутья (в частности, соотношение водяного пара и О2) и его начальную т-ру с учетом потерь тепла в самом газогенераторе, можно обеспечить желаемую т-ру, 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 газификации твердых топлив увеличивается концентрация СН4.

В случае парокислородной газификации твердых топлив при низких давлениях после конденсации водяных паров получают сухой газ (его часто наз. синтез-газом), к-рый состоит в осн. из смеси СО и Н2 и имеет теплоту сгорания 11-12МДж/м3. При воздушной или паровоздушной газификации твердых 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 газификации твердых топлив хорошо изучена, что позволяет рассчитывать состав продуктов исходя из состава угля и условий процесса. Кинетич. параметры газификации твердых топлив можно вычислить только приближенно с использованием эмпирич. характеристик и коэффициентов. Такие расчеты показали, что состав получаемого газа зависит от геометрии газогенератора и режима процесса.

В пром-сти используются газогенераторы трех осн. типов, различающиеся характером взаимод. твердого топлива с дутьем. Интенсивность процессов в газогенераторе оценивается уд. 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 неск. зон с разл. т-рами: наиб. т-ра в ниж. части слоя (однако она не должна превышать т-ру плавления золы); далее т-ра уменьшается вследствие эндотермич. р-ций (2) и (3). При т-ре ниже 800-900 °С газификация прекращается, и в верх. части слоя преобладает полукоксование, поэтому продукты газификации содержат смолы, фенолы и др. в-ва, к-рые 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 газификации подвергают угольную пыль с размером частиц < 100 мкм, к-рая 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 реакц. объем. На один газогенератор устанавливают 2 или 4 горелки. Большое содержание О2 в дутье обеспечивает высокую т-ру 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 газификации 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 кол-во непрореагировавшего топлива уносится с газом.

Наряду с усовершенствованием описанных типов газогенераторов, заключающемся, в частности, в применении по-выш. давлениягазогенераторах Лурги до 10 МПа, в других-3-4 МПа), разрабатываются новые, более экономичные и производительные агрегаты. Напр., интересна схема газификации твердых топлив, в к-рой окислителем служит СО2 [см. р-цию (2)]. Для компенсации эндотермич. эффекта этого процесса используется промежуточная р-ция:

1088-42.jpg

Образовавшийся СаСО3 направляется в спец. реактор, где благодаря теплу, выделяющемуся при сгорании топлива, разлагается на СаО и СО2, к-рые 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 газификации твердых 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 т-ре, а иногда и давлении и содержит большое кол-во примесей. Поэтому газогенераторные установки обязательно включают системы утилизации тепла и очистки газа. наиб. распространены схемы, в к-рых горячие газы из газогенератора охлаждаются в паровом котле-утилизаторе. Получаемый пар применяют в самом процессе газификации или для выработки электроэнергии.

При газификации твердых топлив под давлением газ м. б. 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 разл. конструкции.

При газификации твердых топлив практически вся S, содержащаяся в исходном топливе, переходит в H2S, для удаления к-рого применяют сорбцию или разл. жидкие р-рители, напр. 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 в-ва, допускающие безопасное их захоронение (напр., серу удаляют в виде CaSO4). Если содержание S в исходном топливе велико, ее целесообразно извлекать из продуктов газификации как дополнит. товарный продукт.

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

В последний период в связи с необходимостью экономии углеводородных топлив интерес к газификации твердых топлив возрос. В отличие от таких процессов термич. переработки твердых топлив, как коксование и полукоксование, при газификации в газ превращаются обычно до 80% орг. массы. К достоинствам газификации твердых топлив следует отнести также и то, что низкокачеств. твердые топлива, содержащие много балласта (минер. компоненты, влага), превращ. в топливо, 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 топлива, М., 1962; Альтшулер В. С, К ли ри ко в Г. В., Медведев В. А., Термодинамика процессов получения газов заданного 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; Химические вещества из угля, пер. с нем., под ред. И. В. Калечица, М., 1980. Э.Э. Шпильрайн.

Страница «ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн