Последние изменения на 16:03 16 декабря 2015

Газификация угля

Газификация угля (схема)

Газификация угля — физико-химический процесс превращения угля в горючие газы с помощью свободного или связанного кислорода или других газов, имеет перспективу применения в промышленности.

Газ, полученный при газификации угля, в будущем может найти применение прежде всего для производства:

  • Заменителя природного газа (СПГ)
  • Синтез-газа для химической промышленности;
  • Топливных газов для технологического и энергетического сжигания;
  • Восстановительного газа для металлургических целей, например для прямого восстановления железной руды.

В соответствии с требованиями, которые предъявляются к газу в каждой из перечисленных областей применения, ведется активная разработка проектов. Во всех этих случаях потребителю выгодно получать газ под давлением. Поэтому в настоящее время основные усилия проектировщиков сосредоточены на дальнейшем совершенствовании существующих способов для работы под давлением, а также на разработке принципиально новых технологических процессов под давлением. Повышение давления позволяет прежде всего увеличить производительность, так как соответственно повышается концентрация газифицируют агента. В то же время давление влияет на равновесие в процессе газификации. Так, например, повышается содержание метана в сыром газе является большим преимуществом для производства СПГ, однако в других случаях оказывается невыгодным из-за необходимости в дополнительной операции разделения или преобразования (реформинга).

Путем повышения реакционной температуры содержание метана можно сделать, наоборот, достаточно малым, тогда производство синтез-газа под давлением может стать выгодным. Повышение давления, кроме того, благоприятно отражается на габаритных размерах газогенератора и скрубберов, а также дает значительную экономию затрат на компрессию, так как производимый газ занимает больший объем, чем газифицируют агент. К тому же при эксплуатации под давлением оказывается возможным применение физических способов отмывания газа, которые неэффективно или неэкономично работают при атмосферном давлении и имеют преимущества в виде незначительной стоимости моющего агента, минимального его потребления и в том числе незначительного потребления энергии на регенерацию.

Целью разработок для многих процессов газификации является повышение реакционной температуры. Этим прежде всего достигается дальнейшее увеличение производительности и вместе с тем уменьшение удельного объема газификатора. Кроме того, снижается выход смол или нежелательных углеводородов. За счет смещения равновесия при высоких температурах выходит газ с более высоким восстановительным потенциалом вследствие низкого содержания СО2 и более глубокого разложения водяного пара. Для использования газа в качестве восстановителя железной руды нужно восстановительный потенциал более 90 % (восстановительный потенциал определяется объемным содержанием (%) восстановительных компонентой СO + Н2,). В некоторых способах достижения этой цели надеются без дополнительного обогащения газа.

Все способы с псевдоожиженным слоем, которые представлены среди новых разработок, имеют верхний температурный предел, задаваемый заранее температурой плавления золы: при плавлении золы псевдоожижения нарушается. В способах с плотным слоем (с жидким шлакоудалением) и со взвешенным потоком этого предела не существует, поскольку зола может удаляться в расплавленном виде. В этих случаях температура в газификаторе может достигать 1500—1900 ° С. Для обеспечения хорошей текучести шлака необходима очень высокая температура. Температурная область, в которой зола только размягчается, но еще не расплавленная (примерно 1000—1500 ° С), недопустима для газификации угля.

В высокотемпературных газогенераторах вследствие вывода шлака в расплавленном виде, а также высокой температуры сырого газа потери тепла выше, чем в реакторах с сухим золоудаления. Выше и потери излучением, которые в совокупности приводят к значительно большему потреблению кислорода. Частично этот недостаток компенсируется практически минимальным потреблением пару.

В высокотемпературных газогенераторах пару для регулирования верхней температурной границы нужно заметно меньше, чем в шаровых газификаторах с сухим золоудаления, благодаря высокой температуре пар разлагается почти полностью и ею охлаждающее действие оказывается существенно большим Преимущества высокотемпературных газогенераторов заключаются в малом выходе аммиачной воды вследствие низкого пара, отсутствия смол и масел, значительно упрощаются меры по защите окружающей среды. Так, например, в шаровом способе переработки аммиачной воды из-за присутствия в ней биологически нерастворимых веществ требует сравнительно больших затрат.

В производстве высококалорийного газа (СПГ), но энергетических соображений выгодно иметь высокое содержание метана уже на стадии получения сырого газа, так как в уравнении реакции Метанизация значительная часть энергии, химически связанной и реагентах, высвобождается в виде теплового эффекта реакции. Однако при более высоких температурах образования метана подавляется. Поэтому в ряде новых способов помощью разделения процесса газификации на несколько ступеней пытаются в различных температурных областях отдельно оптимизировать реакции, составляющие процесс газификации (а иногда даже и путем различной организации массообмена и реакционных степенях). Так, например, в способе «Хайгаз» (США) после сушки угля сначала подвергается гидрокрекинга (во взвешенном потоке при 650 ° С) водород содержит газом, который получается путем двухступенчатой ​​газификации остаточного кокса в кипящем слое, соответственно при 950 и 1050 ° С. Этим способом достигают содержание метана более 18 % в неочищенном газе.

Другая цель, которая преследуется при разработке технологических процессов, — это желание избавиться от дорогой кислородной установки. Необходим для газификации кислород, как правило, выходит из воздуха путем сжижения и низкотемпературной ректификации. Этот способ требует высоких капитальных и эксплуатационных затрат, которые удорожают произведенный газ. Поэтому в некоторых способах пытаются разделить нагрева и паровую газификацию угля таким образом, чтобы вместо чистого кислорода для сжигания можно было использовать воздух.

Подвода тепла в реактор проводится следующим образом: аллотермичним способом с помощью специального теплоносителя или через теплообменник за счет нагревания угля с помощью частичного сжигания его в отдельном нагревательном устройстве перед введением в газогенератор. К этой же группе относится способ газификации с использованием тепла ядерного процесса. При этом делается еще один шаг вперед, так как для выработки тепла уголь не сжигается, а в качестве источника тепла используется процесс деления ядра в высокотемпературном ядерном реакторе. Таким образом получают экономию за счет исключения кислородной установки и. кроме того, за счет снижения потребления угля. Конечно, предпосылкой для реализации такой технологии является наличие сравнительно дешевого высокотемпературной источника тепла. Его можно также использовать в низкотемпературной области для производства электроэнергии.

Газификация угля (химия)

Из вышеизложенного следует, что разделение реакций окисления и газификации автоматически требует аллотермичного способа организации процесса. Преимущества — исключение кислородной установки, разделение производства тепла и производства газа (водяной пар) -и недостатки — большие потери при теплопередаче, сужение области рабочих температур — могут взаимно уравнивается только в отдельных случаях, и поэтому в общем случае невозможно отдать предпочтение какому-то единому решению.

В то время как описанные выше процессы разрабатываются с целью производства по возможности высококачественного газа, процессы производства топливных газов, например для электростанций, представляют интерес только как способ временной передачи энергосодержание угля газообразном носителю для дальнейшего его использования в парогазотурбинных процессе. Так как в этом случае не требуется складирования или транспортировки на дальнее расстояние, наличие азота не является препятствием и в качестве газифицируют агента может использоваться воздух. Специально для использования в комбинированном парогазовых процессе газ должен поставляться под давлением.

Во многих комбинированных процессах, которые находятся еще в стадии разработки, делаются попытки использовать широкие возможности генераторов с кипящим слоем при работе с переменными нагрузками. Однако возникает проблема с газоочистки. Поскольку при наличии балластного азота выходит большое количество неочищенного газа, который выносит из газогенератора много пыли, возникает необходимость разработки укрупненных скрубберов. Кроме того, все операции очистки должны проводиться при температурах выше точки росы водяного пара, чтобы уменьшить потери неочищенного газа. Для этой цели создан ряд новых способов очистки, которые к настоящему времени уже находятся в стадии промышленной разработки. Идеальным решением было бы осуществление обеспыливания и обессеривания при высоких температурах (вблизи температуры газов на выходе из газогенератора), чтобы в дальнейшем использовать газ в «горячем виде». Этот фактор является решающим при очистке восстановительных газов для металлургических целей.

Важной задачей является совершенствование механического оборудования существующих способов. Так, например, в шаровых способах пытаются путем встраивания соответствующих мешалок сделать возможным использование угля, сильно спекается. Во всех способах с применением повышенного давления усилия разработчиков преимущественно направлены на решение вопроса с подачей угля в реактор с избыточным давлением. Если в традиционных газогенераторах под давлением фирмы «Лурги» еще обходятся шлюзами, то для высокотемпературных газогенераторов под давлением, которые имеют существенно большие расходы, уже необходимы новые системы подачи питания, так как скорость подачи угля определяет производительность аппарата. Поэтому чрезвычайно большие потоки твердого материала, которыми оперируют в современных процессах, оказываются препятствием на пути дальнейшего повышения производительности процессов газификации угля. Таким образом, необходимо обеспечить темпы разработки механического оборудования для решения общей проблемы термического оборудования для газификации угля.

ИсточникиПравить

  • Шиллинг, Г. Д. Газификация угля: пер. с нем. / Г. Д. Шиллинг, Б. Бонн, В. Краус; пер. С. Г. Исламов. — М.: Недра, 1986. — 175 с. : Ил.
  • Лавров, Н. В. Д. Физико-химические основы горения и газификации топлива / Н. В. Лавров.-М.: 1957—289 с.
  • Макарова Г. И. — Химическая технология твердых горючих ископаемых / Г. И. Макарова, Д. Харлампович. — М.: 1986—242