.

Газифікація вугілля (реферат)

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
286 2612
Скачать документ

Реферат на тему:

Газифікація вугілля

Виробництво висококалорійного, енергетичного і технологічного газів
можна здійснити методами газифікації вугілля. Виробництво синтетичного
рідкого палива пов’язане з споживанням технічного водню і синтез-газу,
які також можуть бути отримані газифікацією палива. Газифікація палива
частково вирішує задачу боротьби із забрудненням атмосфери при
використанні сірчистих палив на електростанціях.

Газифікація твердого палива була широко розвинена в СРСР до 1960 року,
коли у зв’язку з бурхливим зростанням видобутку природного газу, роль
газифікації твердих палив по технічних і економічних міркуваннях була
зведена до мінімуму. У 1958 р. в СРСР працювало понад 350
газогенераторних станцій на яких в 2500 генераторах вироблялося біля 35
млрд. м3 в рік енергетичних і технологічних газів.

Газифікація – високотемпературний процес взаємодії вуглецю палива з
окислювачами, що проводиться з метою отримання суміші горючих газів (H2,
CO, CH4). Як окиснювачі або газифікуючі агенти застосовують кисень,
водяну пару, двоокис вуглецю або суміш цих речовин. У залежності від
складу, співвідношення початкових речовин, температури, тривалості
взаємодії можна отримати газові суміші різного складу.

Процес газифікації залежить від багатьох чинників, які впливають на
склад газу, його теплоту згоряння і тому класифікація методів
газифікації вельми різноманітна. Один з найбільш поширених варіантів
класифікації приведений нижче.

За видом дуття (газифікуючого агента) розрізняютьгазифікацію повітряну,
повітряно-кисневу, пароповітряну, парокисневу;

За тиском: при атмосферному тиску (0,1-0,3 МПа), середньому (до 2-3 МПа)
і високому тиску (вище за 2-3 МПа);

За розміром частинок палива: газифікація грудкового, дрібного і
пилоподібного палива;

За конструктивними особливостями реакційної зони: в щільному шарі
палива, у псевдожзрідженому шарі палива і в пиловугільному факелі;

За способом виведення смоли;

За способом підводу тепла: автотермічна (стабільна температура
підтримується за рахунок внутрішніх джерел тепла в системі) і
алотермічна газифікація, тобто потребуюча підводу тепла ззовні для
підтримки процесу за допомогою твердих, рідких і газоподібних
теплоносіїв, а також теплопередачі через стінку реактора;

За теплотою згоряння газу, що отримується (в МДж/м3): низької (до 6-7),
середньої (від 12 до18) і високої (30-35) теплоти згоряння;

За призначенням газів: для енергетичних і технологічних (синтезу,
виробництва водню, технічного вуглецю) цілей;

За температурою газифікації: низькотемпературна (до 8000С),
середньотемпературна (800-1300 0С) і високотемпературна (понад 13000С).

Сьогодні виявлені наступні ефективні області застосування газифікації
твердого палива.

Газифікація високосірчистого і високозольного вугілля з подальшим
очищенням газу від сірчистих сполук і спалення на теплових
електростанціях. У вугіллі, що добувається щорічно в Україні міститься
біля 10 млн. т сірки, велика частина якої при спаленні викидається з
атмосферу у вигляді токсичних оксидів. При газифікації вугілля
утворюється сірководень, який легко вилучать і переробляють в товарну
сірку або сірчану кислоту.

Другий напрям газифікації твердих палив – для великомасштабного
виробництва замінників природного газу в районах, віддалених від
магістральних газопроводів, і третій – для отримання синтез-газу, газів
відновників і водню для потреб хімічної і металургійної промисловості.

Загальні принципи роботи газогенераторів можна розглянути на прикладі
найпростішого шарового газогенератора, який являє собою вертикальну
шахту, у верхній частині якої є завантажувальний люк із затвором. У
нижній частині газогенератора встановлено колосникові грати, через які в
шахту подають газифікуючий агент. Зверху поступає тверде паливо (мал.
2.3).

При подачі в газогенератор кисню в зоні, розташованій безпосередньо біля
колосникових грат (зона горіння або окиснювальна зона) відбувається
горіння твердого палива:

2С + О2 = 2СО + 218,8, МДж/(кмоль °С ),

С + О2 = СО2 + 394,4, МДж/(кмоль °С).

Діокис вуглецю, що утворюється, відновлюється у відновній зоні новими
порціями вуглецю:

СО2 + С = 2СО – 175,6, МДж/(кмоль °С)

Рис. 2.3 Шаровий газогенератор

1 – шлюз для завантаження вугілля; 2 – розподільник вугілля; 3 –
колосникові грати; 4 – холодильник; 5 — пароводяна сорочка; 6 – камера
золовидалення.

Якщо разом з киснем в генератор подають водяну пару, то у відновній зоні
протікають реакції:

С + Н2О = СО + Н2 – 132,6, МДж/(кмоль °С)

С + 2Н2О = СО2 + 2Н2 – 89,5, МДж/(кмоль °С)

У цьому випадку газ, що утворюється містить два горючих компоненти:
оксид вуглецю і водень, які утворилися за рахунок гетерогенних реакцій.

Крім того, в газовій фазі можуть протікати гомогенні реакції між
газоподібними продуктами:

СО + Н2О ” СО2 + Н2 + 43,1, МДж/кмоль,

СО + 3Н2 = СН4 + Н2О + 203,7, МДж/кмоль.

Метан в умовах процесу схильний до термічного розпаду:

СН4 = С + 2Н2 – 71,1, МДж/кмоль.

Поєднання цих і деяких інших реакцій визначає склад газів, що
утворюються по висоті газогенератора. З відновної зони гази виходять з
температурою 800-9000С. Проходячи через вугілля, що росташоване вище,
вони нагрівають його, внаслідок чого протікає процес піролізу. Ця зона
називається зоною піролізу або зоною напівкоксування. Гази, що виходять
з неї, підігрівають і сушать вугілля у верхній зоні – зоні сушки. Дві
нижні зони (окиснювальна і відновна) складають зону газифікації, а дві
верхні – зону підготовки палива.

Таким чином, при шаровій газифікації поєднується термічна підготовка
палива (напівкоксування) і власне газифікація напівкоксу. У зв’язку з
цим газ, що відводиться з газогенератора, містить продукти газифікації і
продукти піролізу (газ, пара смоли, водяна пара), частина з яких при
охолоджуванні газу конденсується (смола і вода).

У цьому процесі змінюється і склад твердої фази, оскільки в зону
газифікації поступає кокс або напівкокс, а з неї виводиться зола.

Термодинамічні розрахунки дозволяють визначити рівноважні склади газів в
залежності від температури і тиску процесу, однак використати результати
цих розрахунків для прогнозу реального складу газів важко через значні
відмінності в швидкостях реакцій і впливу на процес технологічних
чинників. Швидкість реакцій газифікації лімітується швидкістю хімічних
перетворень і швидкістю дифузії, причому при низьких температурах
(700-800 0С) вона лімітується швидкістю хімічної взаємодії, а при
температурах понад 900 0С переважно дифузією до поверхні, тобто в
реальних умовах процес протікає в проміжній області.

Процес газифікації інтенсифікують шляхом підвищення температури,
збільшення тиску газифікації, що дозволяє значно збільшити парціальні
тиску реагуючих речовин, а також досягти збільшення швидкості дуття,
концентрації кисню в дуття і збільшення реакційної поверхні.

Пневмозріджений шар – це сукупність твердих рухливих частинок, які під
дією газового потоку здійснюють зворотно-поступальний рух в межах шару.
Тонко подрібнене вугілля з частинками 0,5-3 мм звичайно газифікують в
такому шарі, оскільки в цьому випадку можлива безперервна подача палива
в газогенератор, а хороше перемішування забезпечує високу теплопередачу,
що приводить до рівномірного розподілу температури по всьому шару.
Завдяки хорошій теплопередачі можна швидко і легко регулювати
температуру.

Цей процес придатний в основному для бурого вугілля і молодого кам’яного
вугілля з підвищеною реакційною здатністю. Коксівне вугілля може
спікатися при нагріванні до температури реакції, внаслідок чого розмір
частинок росте. Максимально можлива температура газифікації обмежується
температурою плавлення золи, а при значному підвищенні продуктивності
велика частина не прореагованого вуглецю виноситься з газогенератора.

Дуже дрібне (пилоподібне) вугілля газифікують при одному напрямку подачі
вугілля і газифікуючого агента. Це забеспечує в порівнянні з процесом
газифікації в нерухомому шарі:

меншу вартість пилоподібного палива в порівнянні з грудковим;

можливість застосування вугілля будь-якого ступеня вуглефікації і
будь-якої спікливості;

відсутність побічних продуктів і необхідность очищення від них;

можливість замінити тверде паливо газоподібним і рідким.

Однак, при використанні вугілля з високою температурою плавлення золи
важко вибрати матеріал для футеровки реакційної камери, а при високому
вмісті золи в паливі знижується КПВ в більшій мірі, ніж при газифікації
в шарі, внаслідок високого тепловмісту розплавленого шлаку.

Таблиця 2.25 – Середній склад газу при автотермічних умовах

Спосіб газифікації

Вид дуття Теплота згорання QB, МДж/м3 Склад, % об’ємні

СО

Н2

СО2

СН4

N2

Стаціонарний шар

Пароповітряний 5,2 27,8 12,4 3,6 0,2 56,0

-“- Парокисневий 10,6 40,0 41,0 16,5 0,9 1,6

-“- Кисневий

(рідкий шлак) 11,8 64,6 28,7 5,7 – 1,0

Псевдозріджений шар Парокисневий 12,3 48,2 35,2 13,8 1,8 0,9

Пиловугільний

Факел Парокисневий 11,2 57,2 30,7 10,5 0,1 1,2

Пил над розсплавленим шлаком О2 + СО2 10,8 56,8 28,0 14,0 0,2 –

-“- Повітря 4,0 22,8 8,0 5,1 – 64,1

При алотермічних процесах газифікації тепло надходить зі стороннім
теплоносієм, що дозволяє знизити вихід діоксиду вуглецю і відмовитися
від кисню як газифікуючого агента, тобто не будувати дорогої кисневої
установки.

Алотермічні процеси можна розділити:

за способом передачі зовнішнього тепла (з газоподібним або твердим
теплоносієм і з передачею тепла через стінку);

за способом отримання алотермічного тепла (процеси з ядерним теплом,
електричною або іншими видами енергії);

автотермічні процеси, в яких спалення палива проводиться на окремому
рівні, а не в зоні газифікації.

Цей спосіб газифікації раніше не знайшов застосування і тільки тепер
завдяки можливості поєднання тепла, що отримується в атомному реакторі,
з процесом газифікації вугілля він зможе конкурувати з автотермічними
процесами.

Одним зі способів газифікації палива є підземна газифікація вугілля
(ПГВ) досліди з якої були розпочаті в 1933 році. Розроблена в СРСР
технологія підземної газифікації вугілля базується на безшахтній
підготовці підземних газогенераторів і здійсненні газифікації в каналах,
в яких вугілля взаємодіє з потоками дуття і газу (рис. 2.4).

Безшахтна підготовка полягає в бурінні з поверхні вертикальних, похилих
і похило-горизонтальних свердловин, що розкривають вугільний пласт, а
також у створенні по вугільному пласту газифікаційних каналів між
свердловинами. Для створення у вугільному пласті реакційних каналів
застосовується фільтраційна збійка або прожиг каналу, оснований на
газопроникності вугільного пласта, гідравлічній збійці (гідравлічний
розрив пласта) і похило-горизонтальному бурінні. Отримання горючого газу
здійснюється в каналах різної довжини в залежності від умов залягання
вугільного пласта, шляхом нагнітання дуття в одні свердловини і
відведення газу в інші.

I II III IV

Рис. 2.4 Схема підземної газифікації

Практичні роботи з ПГВ були проведені на бурому і кам’яному вугіллі, що
залягає в різних гірничо-геологічних умовах. У різні періоди часу
працювало до шести дослідно-промислових і промислових станцій ПГВ.
Сьгодні діє дві з них – Ангренська в Середній Азії і Абінська в Кузбасі.

ЛІТЕРАТУРA

Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация,
структура и свойства углей.- К.: Наукова думка.

Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция
бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984.

Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики
горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с.

Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и
углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с.

Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.– М. Недра
1980.– 256 с.

Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих
ископаемых.– К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.– 255 с.

Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические
свойства углей. — М. : Недра, 1980. — 266 с.

Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.– М
: Недра, 1975.– 159 с.

Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.–М. : Недра,
1978.–231 с.

Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.– К. : Наук. думка,
1982.– 166 с.

Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных
соединений.– 3-е изд., перераб. и доп.– М. : Химия, 1976.– 436 с.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Ответить

Курсовые, Дипломы, Рефераты на заказ в кратчайшие сроки
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020