Методы газификации твердых топлив. Газификация бензина


Газификация твёрдых топлив - «Энциклопедия»

ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ, процессы превращения органического вещества твёрдых топлив (каменных и бурых углей, кокса, сланцев, торфа, древесины и др.) в горючий газ, состоящий в основном из СО и Н2. Осуществляются путём неполного термического окисления углеродсодержащих соединений в газогенераторах (получаемый газ называют генераторным) при температурах 900-1600 °С, давлении 0,1-10 МПа, в присутствии газифицирующих реагентов (окислителей): водяного пара, воздуха, кислорода, диоксида углерода, паровоздушной или парокислородной смеси. Выход продуктов газификации твердых топлив до 80% по массе.

Основные реакции, протекающие при газификации твердых топлив: С + Н2O → СО + Н2; С + 0,5O2 → СО; С + O2 → СО2; 2СO + O2 → 2СO2; С + СO2 → 2СО; С + 2Н2O → СO2 + 2Н2; СО + Н2O → СO2 + Н2. К образованию метана приводят побочные процессы: СО + 3Н2→ СН4 + Н2O; 2СО + 2Н2 → Ch5 + CO2.

В газогенераторе имеется несколько реакционных зон: горения, в которой за счёт экзотермических реакций температура повышается до 1200-1500 °С; собственно газификации, где образуются продукты газификации топлива; зона пиролиза топлива, в которой при разложении твёрдого топлива под действием газообразных продуктов реакций горения и газификации выделяются пары воды, газы и смолистые вещества. Для обеспечения стабильности качественных и количественных показателей процесса газификации твердых топлив в шахте газогенератора поддерживают постоянный уровень топлива и золы, оптимальный режим по температуре и давлению, равномерно распределяют дутьё (газифицирующий реагент) по поперечному сечению шахты. Наиболее эффективна газификация твердых топлив в кипящем, или псевдоожиженном, слое твёрдого топлива с размером частиц менее 0,1 мм в потоке парокислородной смеси. За счёт дутья частицы топлива находятся во взвешенном состоянии и непрерывном движении. Большая площадь реакционной поверхности и высокая температура процесса обеспечивают максимально интенсивную газификацию сырья.

Реклама

Иногда, например, для получения силового газа (используют в двигателях внутреннего сгорания) из битуминозных топлив (торфа, каменных или бурых углей), применяют обращённый процесс газификации твердых топлив. При обращённом процессе, в отличие от прямого, дутьё и топливо в газогенераторе перемещаются в одном направлении - сверху вниз.

В зависимости от состава дутья генераторные газы подразделяют на воздушные (дутьё воздухом, температура 1400-1600 °С), парокислородные (дутьё парокислородной смесью или смесью СО2 с О2), кислородные (дутьё техническим О2), смешанные (паровоздушное дутьё), водяные (подача в слой топлива водяного пара), полуводяные (водяной газ с паровоздушной смесью). Парокислородным дутьём под давлением 0,2-0,3 МПа после конденсации водяных паров получают так называемый сухой газ, или синтез-газ, который состоит в основном из смеси Н2 и СО, с низшей теплотой сгорания 11-12 МДж/м3. При воздушной или паровоздушной газификации твердых топлив в генераторном газе содержится много N2 и его низшая теплота сгорания порядка 4 МДж/м3.

В зависимости от вида сырья получают газы различного химическая состава (таблица).

Основное достоинство процессов газификации твердых топлив - получение из низкокачественного сырья, содержащего много минеральных примесей и влаги, газообразного топлива, при сгорании которого выделяется большее количество теплоты и незначительное количество токсичных продуктов.

Существует также способ подземной газификации угля - термическое превращение органических веществ твёрдых горючих ископаемых на месте их залегания в недрах земной коры в горючий газ и вывод его на поверхность через буровые скважины; идея подземной газификации каменного угля предложена Д. И. Менделеевым в 1888 году.

Газы, полученные газификацией твердых топлив, используют как топливо в энергетических, металлургических, керамических и других отраслях промышленности, в двигателях внутреннего сгорания, газовых турбинах. Кроме того, они служат сырьём для производства водорода, аммиака, метанола и др. Актуальность газификации твердых топлив возрастает, поскольку мировые разведанные запасы ископаемых твёрдых топлив значительно превосходят запасы нефти и газа.

Лит.: Манусаджянц О. И., Смаль Ф. В. Автомобильные эксплуатационные материалы. М., 1989; Справочник по газоснабжению и использованию газа. Л., 1990; Чулков П. В., Чулков И. П. Топлива и смазочные материалы: ассортимент, качество, применение, экономия, экология. М., 1995.

В. Г. Спиркин.

knowledge.su

Газификация твердого топлива

Газификацией твёрдых топлив (ГТТ) называется процесс преобразования (конверсии) органической части твёрдого топлива (ТТ) в генераторный газ (ГГ), удобный для последующего сжигания, как в горелках котлов различного назначения, так и в камерах сгорания (внешних и внутренних) двигателей различных типов.Главным преимуществом технологии ГТТ (по крайней мере, с экологической точки зрения) является низкий уровень негативного воздействия на окружающую среду.Это, в первую очередь, обусловлено достаточно продолжительным (более 3-х секунд) нахождением газообразных продуктов ГТТ сначала в зоне окисления (горения) при температурах 1 000 ... 1 200 0С, а затем в восстановительной (бескислородной) зоне формирования ГГ. При таких условиях происходит термическое разложение и восстановительное дехлорирование наиболее опасных веществ - диоксинов, фуранов, полихлорбифенилов, бенз(а)пиренов и других полициклических ароматических углеводородов.Ещё одним преимуществом газификации в сравнении с прямым сжиганием ТТ является образование гораздо меньших объёмы газов, подлежащих очистке. Кроме того, в результате более полного (в сравнении с прямым сжиганием ТТ) сгорания газообразного топлива образуется значительно меньшее (в разы, а, по некоторым позициям, и на порядки) количество вредных для окружающей среды химических соединений (как в дымовых газах, так и в зольном остатке).Всё это позволяет существенно сэкономить на дорогостоящем оборудовании газоочистки дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу (стоимость такого оборудования, например, в составе мусоросжигающих заводов составляет более 50%) и оборудовании обеззараживания твёрдых вторичных отходов.Наконец, при газификации недожог топлива сравнении с прямым сжиганием существе ниже, т.к. происходит почти 100% конверсия углерода при переходе его из твёрдого в газообразное состояние, а в ГГ / зольном остатке практически отсутствует сажа / непрореагировавший углерод.Газификации могут быть подвергнуты все известные виды горючих ископаемых (каустобиолитов), а также любые углеродсодержащие отходы в конденсированном виде (по отдельности и в самых разнообразных смесях) с влажностью и зольностью до 50% и широким диапазоном гранулометрического состава (от долей до сотен миллиметров), включая осадки канализационных и сточных вод. При этом можно получить ГГ заданного химического состава или заданной теплоты сгорания, так как эти показатели определяются выбранной схемой газификации, а также температурой, давлением и составом применяемых газифицирующих агентов.Примерно полтора века (в течение почти всего XIX века и более половины XX века) ГГ уже был в числе основных энергоносителей нашей цивилизации.Многие тысячелетия назад последователи пророка Заратушры (Зороастра), а также несколько позднее ремесленники-углежоги (см. Рис. 1) уже использовали похожие на газификацию технологии, сжигая ТТ при недостатке кислорода. Правда, целью «огнепоклон-ников» было увеличение продолжительности процесса горения, а углежогам нужны были твёрдые (древесный уголь и каменноугольный кокс), реже жидкие (дёготь и т.п.) продукты термического разложения топлива. А горючий газ, неизбежно выделяющийся при этом, являлся лишь побочным продуктом и, как правило, никак не использовался. Принято считать, что человечество использует технологии ГТТ для получения искусственных горючих газов, к которым относится и ГГ, с конца XVII века, когда в Англии в результате нагрева угля без доступа кислорода получили газ, способный гореть на воздухе (хотя существует предание, что ещё в XIII веке некий парижанин по имени Езекииль получал подобным образом горючий газ и использовал его для освещения и обогрева собственного жилища). Позднее, в конце XVIII века, горючий газ, получаемый из каменного угля и других топлив (главным образом, древесины и, в последующем, нефти), научились использовать. Так, первая в мире газовая турбина, запатентованная в 1791 г. англичанином Джоном Барбером, работала именно на таком газе. Создателем первого газогенератора считается французский инженер, профессор механики Парижской школы мостов и дорог Филипп Лебон, получивший свой первый патент на постройку газового завода в 1799 г. Через два года, в 1801 г. Лебон получает второй патент, теперь на проект газового двигателя, работающего по принципу парового двигателя, только вместо пара в двигатель подавался ГГ, зажигаемый поочерёдно по ту и другую стороны поршня.Генераторный газ первоначально был назван «светильным» газом (в английской терминологии: «outdoor lighting»). Такое название объясняется тем, что главным его предназначением в течение почти всего XIX века (в Лондоне с 1812 г., в Санкт-Петербурге с 1819 г., в Париже с 1820 г.) и до начала XX века включительно было освещение улиц и площадей городов Европы, США, Канады и Австралии (см. Рис. 2).Так, в США к 1868 г. насчитывалось более 970 газовых обществ, в Канаде – 47. В Англии к началу 1890 х годов было 594 газовых завода, 460 тыс. уличных фонарей, протяженность газопроводов– 35 150 км. В 1908 г. в Англии для получения 1 285 млн. м3 «светильного» газа было израсходовано 17 млн. тонн угля (в это время данный газ стали использовать не только в целях освещения и отопления, но и как моторное топливо).Широко использовался светильный газ также для освещения и отопления общест-венных зданий и частных домовладений, получения горячей воды, приготовления пищи (так, например, в той же Англии в 1891 г. было 2,3 млн., а в 1927 г. – 8,7 млн. потребителей искусственного горючего газа).К первым промышленным образцам можно отнести газогенераторы, построенные в Германии инженером Бишофом (1839 г.) и в Австрии инженером Эбельманом (1840 г.). Однако впервые серийного производства удостоилось регенеративная печь, изобретённая в 1856 г. Ф. Сименсом в сотрудничестве со своим брат В. Сименсом (Германия). Производимое Сименсами оборудование ГТТ на многие десятки лет стало важнейшим и незаменимым элементом стекло- и сталеплавильных производств, сварочных и нагревательных печей, работающих на основе регенеративного принципа.В России устроителем первого аппарата для получения светильного газа был переводчик Министерства коммерции, в последствие учёный-металлург, полковник Корпуса горных инженеров и (с 1830 г.) член-корреспондент Петербургской Академии наук Пётр Григорьевич Соболевский (см. Рис. 3). Начиная с 1804 г. он вёл работы по созданию промышленной газовой установки, альтернативной конструкции Ф. Лебона, т.к. патент во Франции приобрести не удалось. К ноябрю 1811 г. все оригинальные технические решения им совместно с Д'Оррером были успешно реализованы, «… терпением они преодолели все трудности и, наконец, имели счастья достигнуть совершенного успеха …». 2 декабря 1811 г. газета «Северная почта» опубликовала статью «О пользе термолампа, устроенного в Санкт-Петербурге гг. Соболевским и Д'Оррером», в которой были и такие слова: «… Многие любители наук любопытствовавшие несколько раз видеть сии опыты, удостоверились, что свет, сожиганием водотворного газа производимый, весьма ясен, не издаёт чувствительного запаха и не производит дыму, следовательно, не имеет копоти … Польза сего изобретения … и выгоды, оным доставляемая, суть столь обширны и многоразличны, что даже при самом точнейшем исследовании кажутся они почти невероятными, и потому самому изобретению оне можно почесть одним из важнейших открытий …».«Северная почта» достаточно подробно описывала как устройство «термо-лампа», так и технологический процесс получения искусственного газа (см. Рис. 4). Чугунный цилиндр, вделанный в печь, наполнялся дровами, затем отверстие плотно замазывалось, а весь цилиндр сильно подо-гревался горящими дро-вами. «… Подогревание цилиндра продолжается до тех пор, пока отделяется газ, когда же отделение опять прекратится, то сие служит знаком, что дрова, положенные в цилиндр, превратились в уголь совершенно …».Дрова в цилиндре от сильного жара превращались в древесный уголь с одновременным образованием паров угольной кислоты и дёгтя, а также горючего газа. Газообразные продукты затем поступали в холодильник, где они охлаждались. При этом кислота и дёготь, превращаясь в капли, стекали в приёмный сосуд, а газ, проходя через воду, очищался и поступал в хранилище. Из этого хранилища газ подводился через трубки разной величины к лампам, установленным в помещении или на улице.Трубки были снабжены на концах кранами и, если к открытому крану поднести зажженную бумагу или спичку, то выходящий из трубки газ загорался, и огонь продолжал гореть у отверстия трубки «… доколе газ выходить не перестает …». Таким образом, его можно употребить или на освещение улиц, или на отопление и освещение помещений.26 декабря 1811 г. в Санкт-Петербурге на заседании Всероссийского общества любителей словесности, наук и художеств с обстоятельным докладом об изобретении «термолампа» выступил его создатель П.Г. Соболевский. В дальнейшем, стремясь познакомить со своим изобретением как можно более широкие слои публики, автор написал «Руководства к устроению термолампов, содержащие в себе подробное описание употребления их для публичного, так и домашнего освещения, применении оных к отапливанию покоев, к деланию угля и дёгтя и показание способа очищать пригорело-древесную смолу, дабы дать ей качества настоящего уксуса».24 января 1812 г. согласно указу императора Александра I титулярный советник Соболевский был удостоен высокой награды, ордена Св. Владимира 4 й степени «… за попечения и труды, с коими произвёл в действие устроение термолампа, доселе в России не существовавшего …». В начале 1812 г. также были утверждены проекты газового освещения Монетного двора и других важных правительственных зданий Санкт-Петербурга, а также намечены конкретные меры по внедрению газового освещения улиц, площадей и бульваров российской столицы.Так, в февральском номере «Санкт-Петербургского вестника» за 1812 год был опубликован «Проект освещения водотворным газом Адмиралтейского булевара и некоторые примечания об устройстве термолампов». Адмиралтейский бульвар должны были освещать сто газовых фонарей, расставленных на равном расстоянии друг от друга. Проект был представлен на рассмотрение Александра I, однако его реализация, как и воплощение в жизнь других аналогичных проектов, было отложено в связи с вторжением в Россию войск Наполеона и начавшейся Отечественной войной.В 1816 г. П.Г. Соболевский соорудил мощную газовую установку для освещения и отопления производственных помещений Пожвинского завода, расположенного в 150 верстах от г. Перми (см. Рис. 5). После чего заводовладелец В.А. Всеволожский (в его загородном имении Рябово, что в 11 км. от Санкт-Петербурга, также зажглись яркие и жаркие огни газовых ламп) приказал: «… Термоламп … исправить непременно, дабы освещением его мастерские пользовались в полном виде, не имея нужды в свечах, которых на оное и не покупать …». Есть сведения, что несколько позднее газовое освещение и отопление получило распространение и в производственных помещениях ряда оружейных заводов Златоустовского горного округа.Осенью 1819 г. благодаря активной поддержке столичного генерал-губернатора графа М.А. Милорадовича в Санкт-Петербурге, наконец, зажглись и первые уличные газовые фонари (всего на семь лет позже, чем в Лондоне, и на год раньше, чем в Париже!). Газета «Санкт-Петербургские ведомости» (№ 87 за 1819 г.) свидетельствовала: «… Года 1819, 28 октября, на Аптекарском острове Санкт-Петербурга прошли испытания фонаря, питаемого водотворным газом. Сие событие станет образцом достижений русской науки. Толпа, собравшаяся поглядеть на оную демонстрацию, с восторгом и одобрением следила за тем, как происходило действие. Думается, данный вид освещения имеет дальние перспективы в России …».

alternativenergy.ru

Газификация твёрдого топлива.

Высоко-температурная окислительная переработка твёрдого топлива с целью получения горючих газовых смесей, 3 компонента: Н2, СО, СН4. В качестве окислителей выступают воздух, воздух, обогащённый кислородом, кислород, водяной пар или их смеси.

где 1-воздушный генераторный газ, 2-водяной генераторный газ,3-полуводяной газ. Окси- водяной газ – это когда вместо воздуха берут технический кислород.

Из твёрдого топлива получается газообразное топливо; Серосодержащее топливо позволяет получить газ без серы, потому что сера перейдёт в сероводород.

Виды идеальных генераторных газов.

1)если окислителем является воздух, то идеально-воздушный газ. Процесс не требует тепла, т.е. дельта Н=218,8кДж, однако минус в том, что %СО=34,7%(процент горючих компонентов).

2)более выгодный процесс, если окислителем будет водяной пар, где реакция идёт с поглощением теплоты дельта Н= 431,4кДж, но «+» в том, что получаются 100% горючие компоненты.

3)

Коэффициент полезного действия газификации.

,где числитель – объём газа и теплота горения 1м3, а знаменатель – теплота, выделившаяся при сжигании 1кг топлива.

Генераторный газ

Состав газа, %

объём

Теплота горения

КПД

СО

Н2

N2

Воздушный

34,7

-

65,3

5,37

4400

0,72

Водяной

50

50

-

3,73

11770

1

Полуводяной

40,3

18,2

41,5

4,63

7080

1

Оксиводяной

68,9

31,1

-

2,71

12150

1

*Для случая идеального газа, реальный газ отличается побочными реакциями.

В случае воздушного газа:

В случае водяного газа необходимо учесть расход тепла на выделение водяного газа:

Дополнительные затраты тепла на газификацию водяным паром составляет 12,6кДж/кг, т.е. необходимо это учесть при расчёте КПД.

Газификация твёрдого топлива(природного) – гетерогенный процесс, многостадийный, необходимо снизить время на прохождение диффузионной стадии. Оптимальный вариант: использование измельчённого твёрдого топлива, что требует дополнительных затрат.

Типы аппаратов для газификации природного топлива(газогенераторы).

1)Типа Лурги. Крупнокусковое топливо 5-10мм, затраты на измельчение малы. Требований к размерам нет. Топливо загружается в люк, спускаясь переходит в газ, остаётся лишь неокислившаяся из угля зола. Образуются зоны с различными температурами. По мере увеличения температуры, процесс газификации идёт более интенсивно. В верхних слоях идёт полукоксование и появляются не нужные соединения. Снизу выходит шлак, сверху – генераторный газ. Достоинства и недостатки: малые затраты на подготовку топлива, простота конструкции; однако газ содержит элементы коксового газа, т.е. необходима дополнительная очистка, возможно спекание частиц топлив, т.е. в шлаке может оказаться непрореагированный уголь, нельзя использовать топливо размером меньше 5мм, требуется температурный контроль(если температура =1000 градусов или чуть выше – шлак удаляется, но если больше 1300 градусов – происходит жидкое шлакоудаление).

2)Газогенератор Koppers-Totzek. Сырьё – совсем мелкий уголь(меньше 0,1мм), т.е. угольная пыль, смешанная с газифицирующим компонентом. Сверху отводится генераторный газ, снизу – шлак. Достоинства: высокая скорость процесса, малое пребывание частиц в реакторе. Недостатки: шлак может выходить в виде пыли с газом, т.е. нужна дополнительная очистка, дополнительные затраты на сушку и помол топлива, +расход энергии.

3)Газогенератор Winkler. Газификация в псевдоожиженном слое твёрдого материала. Размер частиц 1-5мм, т.е. необходим помол. Среднее время пребывания частиц в реакторе, размер частиц должен быть СТРОГО одинаков.

4)Подземная газификация под давлением.

СО+3Н2=СН4+Н2О

Повышая температуру, повышается давление до нескольких десятков атмосфер, образуется метан.

studfiles.net

Методы газификации твердых топлив



Обратная связь

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса - ваш вокал

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком"

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

(общие принципы)

Процесс превращения твердого топлива в горючий газ известен с 1670 г. За последние 150 лет техника газификации достигла высокого уровня и широко развивается. В настоящее время существует более 70 типов газогенераторных процессов . часть которых используется в промышленных масштабах .

Многообразие разрабатываемых и действующих процессов находит свое объяснение. Первое заключается в исключительном различии физических и химических свойств твердых топлив разных месторождений: по элементарному составу, происхождению, содержанию летучих веществ, содержанию и составу золы, влажности, соотношению в угольной массе Н/С, спекаемой углей, их термической стойкости. Второе - в различии во фракционном составе добываемых углей: крупнокусковой уголь , угольная мелочь , топливная пыль . Третья причина - различные состав и требование к получаемому конечному продукту : генераторный (энергетический) газ - теплота сгорания (1) - 3800-4600 кДж/нм3; синтез-газ (технологический) для химической технологии - 10 900 - 12 600 кДж/нм3;восстановительный газ (для металлургических и машиностроительных производств) - 12 600 - 16 800 кДж/нм3;городской газ (отопительный) - 16 800 - 21 000 кДж/нм3; синтетический природный газ (богатый газ) для транспортировки на дальние расстояния - 25 000 - 38 000 кДж/нм3.

Не последнюю роль здесь играют и постоянные поиски новых технических решений для снижения энергоматериальных затрат на процесс, затрат на обслуживание, капитальных вложений, повышение надежности процесса.

При всем своем многообразии эти процессы делятся на два основных класса. Автотермические процессы газификации , при которых тепло , необходимое для проведения эндотермических процессов, для нагрева газифицируемого материала и газифицирующих средств до температуры газификации (900-1200 ‘C) , производят за счет сжигания в кислороде части газифицируемого топлива до диоксида углерода . В автотермических процессах сжигание части топлива и газификации протекают совместно в едином газогенераторном объеме . В аллотермических процессах газификации сжигание и газификация разделены и тепло для происхождения процесса газификации подводятся через теплопередающую стенку внутри единого газогенераторного объема или при помощи автономно нагретого теплоносителя, который вводится в газифицируемую среду.

Как автотермические, так и аллотермические процессы газификации в зависимости от зернистости топлива могут протекать в плотном слое - крупнокусковое топливо, в «кипящем» слое - крупнокусковое топливо, в аэрозольном потоке - топливная пыль. Эти принципы проведения гетерогенных процессов , разработанные в газогенераторной технике , получили широкое применение в химической технологии при проведении , например , гетерогенных каталитических процессов .

На рис. 1 представлены схемы основных типов газогенераторных процессов, методы подачи в них угля и газифицирующих средств, изменение температуры реагентов по высоте реакционной зоны для различных способов газификации.

Автотермические процессы

1.Газогенератор с «кипящим» слоем топлива. Газификацию твердого мелкозернистого топлива в «кипящем» слое (газогенератор типа Винклера) начали исследовать с 1922 г. В этом процессе используют молодые высокореакционные бурые угли (размер частиц - до 9 мм). Уголь газифицируют паром в смеси с чистым кислородом , или обогащенным кислородом воздухом , или воздухом в зависимости от требований к конечному составу газов - генераторный (воздушный) газ , азотосодержащий газ для синтеза аммиака , безазотистый газ для синтеза метанола .

Газогенератор представляет собой вертикальный цилиндрический (шахтный) аппарат , футерованный изнутри огнеупорным кирпичом . В низу газогенератора расположена колосниковая решетка с движущимся гребком для распределения дутья , она же служит для непрерывного удаления из газогенератора зольной части угля .

После дробления и подсушки сухой уголь поступает в бункер газогенератора , откуда шнеком он подается в низ шахты газогенератора . Дутье (кислород , воздух) и пар подаются через водо-охлаждаемые фурмы газогенератора , расположенные под колосниковой решеткой . Это дутье и создает «кипящий» слой угля , который занимает 1/3 объема газогенератора .

Несколько выше «кипящего» слоя топлива подается вторичное дутье для газификации уносимой в верх газогенератора дисперсной угольной пыли . Температура газификации держится в пределах 850-1100 ‘С в зависимости от температуры плавления золы топлива во избежание ее расплавления . Чтобы повысить температуру в газогенераторном процессе и избежать расплавления золы топлива , в уголь , поступающий в газогенератор , добавляют кальцинированную (обожженную) известь .Повышение температуры увеличивает скорость процесса газификации топлива , способствует его полноте . В верхней части шахты газогенератора установлен котел-нтилизатор для подогрева воды и получения пара , используемого в процессе . Известь , вводимая в процесс может также служить для удаления серы из получаемого газа .

После грубой очистки полученного газа от топливной пыли , уносимой из газогенератора потоком газа , в циклоне газ поступает для тонкой очистки от летучей золы в мультициклон .Далее его очищают от летучей золы в электрофильтрах и в скрубберах с водной промывкой газа. Давление в процессе несколько выше нормального ,что необходимо для преодоления сопротивления системы . Температура получаемого пара - 350-500 ‘C , он может быть использован в другом процессе .

2. Газогенератор с аэрозольным потоком топлива .Газификация в аэрозольном потоке топлива (газогенератор типа Копперса - Тотцека) разрабатывается с 1938 г. В 1948 г. был сооружен демонстрационный газогенератор для газификации угольной пыли по этому методу , а первый промышленный газогенератор был введен в эксплуатацию в

1950 г. Газогенераторы подобного типа - это первая попытка создать универсальный газогенераторный процесс для газификации твердого топлива любого типа , от молодых бурых углей до каменных углей и антрацитовой пыли . В таком газогенераторе можно газифицировать также тяжелые нефтяные остатки нефтяной кокс .

 

Подготовка угля к процессу заключается в его измельчении до пылевидного состояния (размер частиц - до 0,1 мм) и сушке (до 8% влажности) . Угольная пыль пневматически с помощью азота транспортируется в угольный бункер , откуда шнеками подводится к смесительным головкам горелочных устройств и далее парокислородной смесью инжектируется в газогенератор . Парокислородные горелки для вдувания угольной пыли располагают друг против друга , поэтому в газогенераторе создается турбулентный слой встречных перекрещивающихся потоков взвешенного в парогазовом слое твердого топлива . В этом турбулентном потоке при температуре 1300-1900 ‘С и происходит безостаточная газификация поступившего в газогенератор топлива . При такой температуре зола топлива плавится и стекает в низ газогенератора , где попадает в водяную баню и гранулируется , а гранулированный шлак удаляется .

 

Газовый поток поднимается вверх газогенератора , где расположены подогреватель воды и паровой котел . Полученный пар используется в процессе , а газ охлаждается в холодильнике-скуббере , где проходит его частичная очистка от унесенной потоком газа топливной пыли и золы . Тонкая очистка газа от пылевого уноса происходит в дезинграторе и мокром (орошаемом водой) электрофильтре . Сухой чистый газ подается потребителю для использования .

 

Процесс газификации топливной частицы в газогенераторе длится меньше секунды . После очистки полученного газа от сероводорода , диоксида углерода из системы выдается чистый технологический газ , который может быть использован в химической технологии .

 

Две или четыре горелки , расположенные друг против друга , гарантирует воспламенение топливной смеси и безопасность процесса в целом . Интенсивность процесса при высокой температуре так высока , что в небольшом по объему газогенераторе можно получать

50 000 м3/ч и перерабатывать за сутки 750-850 т угольной пыли .

Аллотермические процессы

1. Газификация угля с использованием тепла атомного реактора. Чтобы получить высококалорийный безазотистый газ из угля без затрат углерода газифицируемого топлива на подогрев газифицируемой смеси до высокой температуры , используют аллотермические процессы .

 

 

Тепло для процесса газификации может быть проведено разными методами ,например за счет подогрева теплоносителя теплом атомного реактора . Теплоносителем в процессе может служить гелий .

Теплоноситель подогревается в атомном реакторе до температуры 850-950 ‘C .Подогретый гелий ( первый гелиевый контур ) направляют в другой теплообменный аппарат , где также циркулирует гелий ( второй гелиевый контур ). Во втором гелиевом контуре нагретый гелий используется в газогенераторе для газификации угля .

Уголь, прежде чем поступить в газогенератор для газификации водяным паром , проходит через газогенератор для низкотемпературной газификации угля ( швелевания ), где из него отгоняются летучие компоненты . Получено в результате швелевания богатый (высококалорийный) газ , содержащий кроме СО и Н2 метан и другие углеводороды ,после его очистки от пыли , смолы , газовой воды присоединяется к газогенераторному газу поступающему из газогенератора , прошедшему пылеочистку и отдавшему свое тепло в котле - утилизаторе .

Далее идет очистка газа от диоксида углерода и сероводорода , и полученный газ , содержащий СО и Н2 ( синтез-газ ) , передается для технологического использования . Если требуется обогатить газ метаном , его направляют в метанатор , где протекает реакция гидрирования СО водородом до метана с образованием воды . После отделения воды полученный синтетический природный газ используют в качестве топлива .

 

Газификация топливной пыли с использованием низкотемпературной плазмы .В ряде случаев требуется получить из угля сразу газ с высоким содержанием СО и Н2 и малым содержанием диоксида углерода , метана и азота . Этот газ можно получить при очень высокой температуре газификации , порядка 3 000- 3 500 ‘C. Такая температура может быть достигнута в низкотемпературной электрической плазме . При этом исключается влияние источника тепла на состав получаемого газа . Значительно возрастает интенсивность процесса . Он примерно в 10 раз интенсивнее топочных процессов (циклонные топки с жидким шлакоудалением ) . Водяной пар в этом процессе используется в качестве плазмообразующего газа , что исключает забалластирования конечного газа инертным азотом .

 

В плазмотронах водяной пар нагревают с помощью электрического разряда до плазменного состояния и при температуре порядка 3 000 - 4 000 ‘C его подают в газогенератор . Сюда же например потоком кислорода , подают угольную пыль , которая , попадая в плазму взаимодействует с водяным паром и кислородом . Полученный синтоз-газ подают в камеру охлаждения и очистки газа от зольных частиц . В процессе отсутствуют потери углерода с уносом и шлаком происходит полная стехиометрическое превращение углерода топлива .

 

 

Типичные составы газов полученных в автотермических и аллотермических процессах , приведены в таблице .

 

Наименование процесса Состав конечного газа, % объемный

СО2 СО Н2 СН4 N2

Автотермические процессы

Газификация мелкозернистого топлива в «кипящем» слое 19,0 38,0 40,0 2,0 1,0

(газогенератор Винклера, парокислородный процесс)

 

Газификация пылевидного топлива в аэрозольном потоке

(газогенератор Копперса-Тотцека, парокислородный про- 12,0 56,0 29,4 0,6 2,0

цесс)

 

Аллотермические процессы

Газификация с использованием атомного тепла 0,9 4,3 62,9 31,9 ---

(гелиевый теплоноситель, гидрирующая газификация)

 

Газификация пылевидного топлива в плазме водяного 1,5 41,8 64,6 0,1 2,0

пара

 

 

Парогазовый цикл

Любая технология развивается , имеет какую-то незавершенность , подвержена постоянным изменениям . Она несет в себе элементы прошлого , которые не соответствуют современным экологическим нормам , предъявляемым к технологическим процессам . Проанализируем работу современной тепловой электростанции ( ТЭС ) , работающей на твердом топливе . Такие электростанции жизненно необходимы , без них нет промышленности , они вырабатывают электроэнергию для транспорта , предприятий торговли , быта , но они , безусловно , вредны в экологическом плане , так как выбрасывают в окружающее пространство вещества , наносящие вред здоровью людей и ущерб окружающей среде . Из дымовых труб ТЭС выбрасываются миллионы тон золы , сажи , оксидов серы , азота . Взаимодействуя с влагой воздуха , эти выбросы порождают кислотные дожди , которые наносят вред флоре и фауне Земли . Они отравляют водоемы , разрушают сооружения и памятники культуры . Это бедствие современной цивилизации. Ученые считают ,что сравнительная оценка ущерба ,наносимого здоровью человека работой ТЭС на угле и атомной электростанции ,в расчете на одинаковую выработку электроэнергии в год , дает преимущество ядерному циклу по меньшей мере в 100 раз .

 

Можно ли создать и создается ли такая технология использования твердого топлива в энергетике , которая бы была экологически более приемлемой , чем на современной ТЭС? Да , такая технология разработана , и она входит в современную энергетическую технику под названием комбинированного парогазового цикла .

 

Она связана в первую очередь с очисткой дымовых газов ТЭС , выбрасываемых в атмосферу , от летучей золы , сажи , оксидов серы , канцерогенных веществ . Сера в результате из вредного выброса превращается в полезный продукт . Растет энергетический КПД ТЭС . Снижается стоимость получаемой электроэнергии .

 

Рассмотрим принципиальную схему такого комбинированного процесса ( совмещения газогенераторного процесса с процессом получения электроэнергии ) . Газ паровоздушной газификации твердого топлива (угольной пыли ) , полученный в газогенераторе , работающем под давлением , очищают от золы , сернистых соединений , сажи , канцерогенных веществ и сжигают под котлом для получения пара высокого давления . Этот пар , как и обычно , используется в паровой турбине , связанной с генератором для получения электроэнергии , направляемой в сеть . Горячие отходящие газы , покидающие паровой котел при температуре порядка 800-900 ‘С , поступают в газовую турбину , которая , в свою очередь , связана с электрогенератором .

 

Новая технология действует сразу в трех направлениях: ресурсосбережения , энергосбережения , экологической защиты . Но для обеспечения процесса необходимы добыча угля , его перевозка , перегрузка , подача в топку или газогенератор ; остается на земле зола топлива , которое может содержать радиоактивные элементы . Здесь требуется новый шаг в технологии использования угля .

 

Подземная газификация угля

Отметим тот установленный факт , что выбросы тепловых электростанции , использующих уголь , могут содержать естественные радионуклиды элементов . Эти радиоактивные элементы есть и в золе , выбрасываемой через трубы вместе с дымовыми газами . Если дымовые газы очищать от золы с эффективностью даже 98,5% , что имеет место лишь на некоторых наиболее современных ТЭС и является очень дорогостоящим процессом , то и в этом случае доза облучения , обусловленная естественными радионуклидами в выбросах тепловых электростанций , превысит аналогичную дозу , полученную населением , живущим вблизи АЭС аналогичной мощности , в 5 и даже в 40 раз .

 

Можно полагать , что единственным методом , который даст возможность использовать угольные месторождения для получения тепла и электроэнергии с большей радиационной безопасностью , это реализация идеи Рамзая - Менделеева о подземной газификации углей и очистке полученных газов в подземных газогенераторах .

 

Преимущество подземной газификации не только в этом . В ней исключается тяжелый и очень вредный труд горнорабочих . Транспортировка , погрузка , разгрузка и дробление угля , требующие больших энергетических затрат и загрязняющие топливной пылью окружающую среду , заменяются безвредной и простой транспортировкой очищенного горючего газа в места его непосредственного использования . Подземная газификация в экологическом плане предпочтительней и открытой добычи угля в угольных разрезах , так как в ней отсутствует нарушение верхнего покрова Земли . Наконец , подземная газификация предоставляет широкие возможности для автоматизации процесса .

В России работы по подземной газификации углей начались в 30-х гг. После Второй Мировой войны ее опыт стали использовать в США , Великобритании ,Франции , ФРГ , Бельгии и других странах . Способ подземной газификации углей дает возможность эксплуатировать глубокозалегающие пласты угля и пласты малой мощности . Например , общие запасы каменного угля в ФРГ составляют примерно 230 млрд. тонн , в то время как потенциально извлекаемые запасы методами современной горной техники составляют лишь 24 млрд. тонн . Таким образом , 90% запасов угля остаются неиспользованными . Однако процесс подземной газификации пока находится в стадии полупромышленных исследований . По расчетам в США газ подземной газификации обходился бы в 1,3-3,9 раза дешевле газа , получаемого с Аляски , и в 1,45 раза дешевле газа получаемого наземном газогенераторе .

 

Схема подземного газогенератора представлена на рис. 2 . Расскажем о некоторых особенностях подземной газификации, которые до сих пор препятствуют ее широкому использованию в промышленности . Здесь еще много не решенных задач , которые ждут своих исследователей и инженеров . Подземная газификация находится в большой зависимости от геологических и гидрогеологических особенностей залегания угля . Поэтому трудно , а иногда пока и невозможно достигнутые на одном месторождении технические показатели запроектировать и получить на другом . Даже в одном месторождении постоянно изменяются условия газификации. Поэтому при воздушной , кислородной и паровой газификации получить устойчивый процесс с постоянным составом газа довольно сложно . Необходима такая научная концепция подземной газификации , которая бы позволила получать устойчивые результаты путем воздействия на процесс каких -либо факторов или включения в процесс ряда залежей ( площадей ) , которые бы усредняли состав

 

конечного газа направляемого потребителю , например тепловой электростанции для выработки тепла и электроэнергии или химическому комбинату для синтеза аммиака или метанола .

 

Основные стадии подземной газификации углей :

1. Бурение наклонно- горизонтальных скважин для подводки дутья и отвода полученного горючего газа в сеть .

2. Создание в угольном пласте между этими скважинами реакционных каналов ( путем прожигания угольного пласта ).

3. Газификация угольного пласта нагнетанием дутья во входящие каналы и отвод полученного газа из отводящих каналов .( Зола топлива , содержащая естественные радиоактивные нуклиды , остается под землей . )

4. Окончательная очистка газа .

 

Бес шахтный способ использования угольных залежей , отсутствие терриконов возле угольных залежей и отвалов золы возле тепловых электростанций - таков новый облик добычи и использования угля . Решение глобальных экологических проблем требует коронного изменения отношения к природе посредством создания такой технологии , которая не приводила бы к ее возмущению . Такой технологией является подземная газификация твердого топлива .

 

Разработка процессов газификации твердого топлива в самых разных их проявлениях : парогазового цикла , плазменной газификации топлива , подземная газификация угля дает условие для широкого использования твердого топлива .

 

 

Список источников

1. Скафа П.В. Подземная газификация углей//Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу.-М.-1960.-316с.

2. Разработка временных рекомендаций на подбор угольных месторождений для проектирования станций подземной газификации углей // ИГД им. А.А. Скочинского.-М.-1998.-63 с.

3. Крейнин Е.В. Экологическое и технико-экономическое обоснование строительства промышленных предприятий подземной газификации углей // Уголь. – 1997. – № 2 – С. 46-48.

4. Подземная газификация углей в СССР / Антонова Р.И., Бежанишвили А.Г., Блиндерман М.С. и др. – М, ЦНИЭИуголь. – 1990. – 98 с.

5. Ревва М.К. Основные итоги работы станции Подземгаз. Бюллетень «Подземная газификация углей».-1957.-№2

6. Цейтлин Д.Г. Критический обзор методов подземной газификации углей. «Подземная газификация углей».-1954.-№3

7. Шишаков И.В. Основы производства горючих газов//Госэнергоиздат.-1958.

 

 

megapredmet.ru

Газификация - жидкое топливо - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Газификация - жидкое топливо

Cтраница 1

Газификация жидких топлив по этому способу аналогична конверсии углеводородных газов водяным паром в трубчатых печах.  [1]

Газификация жидких топлив сопровождается выделением свободного углерода, который в присутствии водяных паров может частично конвертироваться до СО.  [2]

Газификация жидкого топлива - факельный, практически безынерционный процесс, осуществление которого возможно при строгой стабильности и непрерывности потоков мазута, кислорода и водяного пара. Нарушение стабильности потоков, изменение заданного соотношения между ними может быстро привести к нарушению режима процесса, а в большинстве случаев - к возникновению аварийного положения. Например, при избытке кислорода и резком повышении температуры могут быть повреждены форсунки и футеровка газогенератора. При большом избытке кислорода ( в случае внезапного прекращения подачи мазута) он может проникнуть в аппараты и коммуникации, содержащие взрывоопасные газы. Таким образом, без достаточно полной автоматизации процесса и надежных средств автоматического контроля и регулирования невозможна нормальная эксплуатация установок газификации жидкого топлива.  [3]

Газификация жидкого топлива в газогенераторе должна протекать при температуре 1400 - 1450 С.  [4]

Газификация жидкого топлива связана с некоторыми потерями тепла и нежелательным выделением сажи, но представляет в ряде случаев существенные преимущества по сравнению с непосредственным сжиганием мазутов. Более подробное освещение вопроса в тему книги не входит.  [5]

Газификация жидкого топлива имеет перспективы развития в районах и странах, бедных горючими газами, так как производство аммиака из природного газа экономичнее, чем из жидкого топлива.  [6]

Газификация жидкого топлива производится в крайне редких случаях. Нефтяной газ получается как отход переработки нефти способом крекинга.  [7]

Газификация жидкого топлива имеет перспективы развития в районах и странах, бедных горючими газами, так как производство аммиака из природного газа все же экономичнее, чем из жидкого топлива.  [8]

Непрерывная некаталптическая газификация жидких топлив в настоящее время в промышленном масштабе осуществляется тремя методами.  [9]

Газификацию жидких топлив ведут, когда это требуется, так, чтобы оставалась незатронутой большая доля углеводородных газов, образовавшихся при расщеплении исходного тяжелого нефтяного сырья.  [10]

Газификацию жидких топлив ведут, когда это требуется, так, чтобы оставалась незатронутой большая доля углеводородных газов, образовавшихся при расщеплении исходного тяжелого нефтяного сырья. Таким способом удается получить из этого сырья бытовой газ с теплотворной способностью 4000 - 4200 ккал.  [11]

При газификации жидких топлив по способу Фаузера - Мон-текатини применяют катализатор в виде водного раствора нитрата кальция, который тщательно перемешивают с исходным жидким топливом. При расходе азотнокислого кальция порядка 0 01 % от веса топлива сажеобразование почти полностью исключается.  [12]

При газификации жидких топлив теплонапряжение реакционного объема в зависимости от давления может составлять 5 - 8 МВт / м3, что обеспечивает по данным ИГИ и ИВТ АН СССР производительность газогенератора энерготехнологической установки электрической мощностью 100 - 16.0. МВт. По разработкам ЭНИНа приблизительно такую же единичную производительность можно достичь и при пиролизе жидких топлив.  [13]

При газификации жидких топлив на водяной газ могут применяться те же окислители, что и при газификации твердых топлив и конверсии углеводородных газов.  [14]

При газификации жидкого топлива при высоких температурах 1200 - 1500 С) сначала расщепляются и дегидрируются высшие предельные углеводороды топлива, обладающие наименьшей термической стойкостью. В результате образуются низшие предельные и непредельные углеводороды и водород.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru


Смотрите также