газифікація вугілля

Схема підземної газифікації

Газифікація вугілля - фізико-хімічний процес перетворення вугілля в горючі гази за допомогою вільного або пов'язаного кисню або інших газів, має перспективу застосування в промисловості.

Може вестися під землею - в такому випадку називається «підземна газифікація вугілля». Дана ідея зустрічається в 1888 р в статті Д. І. Менделєєва «Майбутня сила, що спочиває на берегах Дінця». У 1912 р цю ідею висловив також англійський хімік У. Рамзай.

Газ, отриманий при газифікації вугілля, в майбутньому може знайти застосування насамперед для виробництва:

Замінника природного газу (СПГ);
Синтез-газу для хімічної промисловості;
Паливних газів для технологічного та енергетичного спалювання;
Відновного газу для металургійних цілей, наприклад для прямого відновлення залізної руди.

Відповідно до вимог, які пред'являються до газу в кожній з перерахованих областей застосування, ведеться активна розробка проектів. У всіх цих випадках споживачеві вигідно отримувати газ під тиском. Тому в даний час основні зусилля проектувальників зосереджені на подальшому вдосконаленні існуючих способів для роботи під тиском, а також на розробці принципово нових технологічних процесів під тиском. Підвищення тиску дозволяє перш за все збільшити продуктивність, так як відповідно підвищується концентрація газифицирующего агента. У той же час тиск впливає на рівновагу в процесі газифікації. Так, наприклад, підвищення вмісту метану в сирому газі є великою перевагою для виробництва СПГ, проте в інших випадках виявляється невигідним через необхідність у додатковій операції поділу або перетворення (риформінгу).

Всі способи з псевдозрідженим шаром, які представлені серед нових розробок, мають верхній температурний межа, що задається заздалегідь температурою плавлення золи: при плавленні золи псевдозрідження порушується. У способах з щільним шаром (з рідким шлакоудалением) і зі зваженим потоком цієї межі не існує, оскільки зола може віддалятися в розплавленому вигляді. У цих випадках температура в газифікаторі може досягати 1500-1900 ° С. Для забезпечення гарної плинності шлаку необхідна дуже висока температура. Температурна область, в якій зола тільки розм'якшується, але ще не розплавлена (приблизно 1000-1500 ° С), неприпустима для газифікації вугілля.

У високотемпературних газогенераторах внаслідок виведення шлаку в розплавленому вигляді, а також високої температури сирого газу втрати тепла вище, ніж в реакторах з сухим золовидаленню. Вище і втрати на випромінювання, які в сукупності призводять до значно більшого споживання кисню. Частково цей недолік компенсується практично мінімальним споживанням пара.

У високотемпературних газогенераторах пара для регулювання верхньої температурної межі потрібно помітно менше, ніж в кульових газифікаторі з сухим золовидаленню, завдяки високій температурі пар розкладається майже повністю і його охолоджуючу дію виявляється істотно більшим.

Переваги високотемпературних газогенераторів полягають в малому виході аміачної води внаслідок низького пара, відсутність смол і масел, значно спрощуються заходи щодо захисту навколишнього середовища. Так, наприклад, в кульовому способі переробки аміачної води через присутність в ній біологічно нерозчинних речовин потрібні порівняно великі витрати.

Інша мета, яка переслідується при розробці технологічних процесів, - це бажання позбутися від дорогої кисневої установки. Необхідний для газифікації кисень, як правило, виходить з повітря шляхом зрідження і низькотемпературної ректифікації. Цей спосіб вимагає високих капітальних і експлуатаційних витрат, які здорожують вироблений газ. Тому в деяких способах намагаються розділити нагрів і парову газифікацію вугілля таким чином, щоб замість чистого кисню для спалювання можна було використовувати повітря.

Підведення тепла в реактор проводиться наступним чином: аллотерміческім способом за допомогою спеціального теплоносія або через теплообмінник за рахунок нагрівання вугілля за допомогою часткового спалювання його в окремому нагрівальному пристрої перед введенням в газогенератор. До цієї ж групи належить спосіб газифікації з використанням тепла ядерного процесу. При цьому робиться ще один крок вперед, так як для вироблення тепла вугілля не спалюється, а в якості джерела тепла використовується процес ділення ядра в високотемпературному ядерному реакторі. Таким чином отримують економію за рахунок виключення кисневої установки та, крім того, за рахунок зниження споживання вугілля. Звичайно, передумовою для реалізації такої технології є наявність порівняно дешевого високотемпературної джерела тепла. Його можна також використовувати в низькотемпературної області для виробництва електроенергії.

Газифікація вугілля (хімія)

З вищевикладеного випливає, що поділ реакцій окислення і газифікації автоматично вимагає аллотерміческого способу організації процесу. Переваги - виняток кисневої установки, поділ виробництва тепла та виробництва газу (водяна пара) і недоліки - великі втрати при теплопередачі, звуження області робочих температур - можуть взаємно врівноважуватися тільки в окремих випадках, і тому в загальному випадку неможливо віддати перевагу якомусь єдиного рішення .

У той час, як описані вище процеси розробляються з метою провадження у можливості високоякісного газу, процеси виробництва паливних газів, наприклад для електростанцій, становлять інтерес тільки як спосіб тимчасової передачі енергосодержащего вугілля газоподібному носію для подальшого його використання в парогазотурбінних процесі. Так як в цьому випадку не потрібно складування або транспортування на далеку відстань, наявність азоту не є перешкодою і в якості газіфіціруюшего агента може використовуватися повітря. Спеціально для використання в комбінованому парогазової процесі газ повинен поставлятися під тиском.

У багатьох комбінованих процесах, які знаходяться ще в стадії розробки, робляться спроби використовувати широкі можливості генераторів з киплячим шаром при роботі зі змінними навантаженнями. Однак виникає проблема з газоочисткою. Оскільки при наявності баластного азоту виходить велика кількість неочищеного газу, який виносить з газогенератора багато пилу, виникає необхідність розробки укрупнених скрубберов. Крім того, всі роботи з очистки повинні проводитися при температурах вище точки роси водяної пари, щоб зменшити втрати неочищеного газу. Для цієї мети створений ряд нових способів очищення, які до теперішнього часу вже знаходяться в стадії промислової розробки. Ідеальним рішенням було б здійснення знепилювання і знесірчення при високих температурах (поблизу температури газу на виході з газогенератора), щоб надалі використовувати газ в «гарячому вигляді». Цей фактор є вирішальним при очищенні відновлювальних газів для металургійних цілей.

Важливим завданням є вдосконалення механічного обладнання існуючих способів. Так, наприклад, в кульових способах намагаються шляхом вбудовування відповідних мішалок уможливити використання вугілля, який сильно спікається. У всіх способах із застосуванням підвищеного тиску зусилля розробників переважно спрямовані на вирішення питання з подачею вугілля в реактор з надлишковим тиском. Якщо в традиційних газогенераторах під тиском фірми «Лурги» ще обходяться шлюзами, то для високотемпературних газогенераторів під тиском, які мають істотно більші витрати, вже необхідні нові системи подачі сировини, так як швидкість подачі вугілля визначає продуктивність апарату. Тому надзвичайно великі потоки твердого матеріалу, якими оперують в сучасних процесах, виявляються перешкодою на шляху подальшого підвищення продуктивності процесів газифікації вугілля.

Таким чином, необхідно забезпечити темпи розробки механічного обладнання для вирішення загальної проблеми термічного обладнання для газифікації вугілля.

[Ред] Література

Шилінг, Г. Д. Газифікація вугілля: пров. з нім. / Г. Д. Шилінг, Б. Бонн, В. Краус; пер. С. Г. Исламов. - М. Недра, 1986. - 175 с. : Іл.
Лавров, Н. В. Д. Фізико-хімічні основи горіння та газифікації палива / Н. В. Лавров.-М. 1957-289 с.
Макарова Г. І. - Хімічна технологія твердих горючих копалин / Г. І. Макарова, Д. Харлампович. - М. 1986-242