Реферат: Газификация углей

--PAGE_BREAK--                     Универсальность методов газификации
                             твердого топлива

Газификация твердого топлива является универсальным методом его переработки. Универсальность методов газификации твердого топлива может рассматриваться в трех направлениях .

Во-первых, методам газификации подвластны любые твердые топлива, начиная от торфа самых молодых бурых углей и кончая каменными углями и антрацитом, независимо от их химического состава, состава зольной части, примесей серы, крупности, влажности и других свойств. Во-вторых, методами газификации твердого топлива можно получать горючие газы любого состава, начиная от чистых водорода (Н), оксида углерода (СО), метана (N), их смесей в различных пропорциях пригодных для синтеза аммиака, метанола, оксосинтеза, и кончая генераторным газом, который можно использовать для энергетических установок любых типов и любого назначения. Наконец, в-третьих, немаловажной особенностью методов газификации твердого топлива являются их масштабные изменения. Газогенераторные установки могут обслуживать крупнейшие химические комбинаты, выпускающие миллионы тонн аммиака или метанола в год, снабжать горючим газом крупнейшие ТЭЦ и в то же время могут обеспечивать газом небольшие автономные энергетические и химические установки (например газогенераторные установки для автомобилей), поселки и деревни, небольшие химические, машиностроительные или другие заводы .
                      Методы газификации твердых топлив

(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 .
2.     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 ‘Cего 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.




продолжение
--PAGE_BREAK--

еще рефераты

Еще работы по химии

Пояснительная записка к курсу химии для 10 - 11 классов средней общеобразовательной школы

15 Июля 2015

Реферат по химии

Коротка характеристика основних корисних копалин України.

15 Июля 2015

Реферат по химии

Колебательные химические реакции

1 Сентября 2013