Выдержка из текста работы
Газификация топлив — превращение твёрдого или жидкого топлива в горючие газы путём неполного окисления воздухом (кислородом, водяным паром) при высокой температуре. При газификации топлив получают главным образом горючие продукты (окись углерода и водород). Проводят ее в газогенераторах. Получаемые генераторные газы применяют как топливо в металлургических, керамических, стекловаренных печах, в бытовых газовых приборах, двигателях внутреннего сгорания. Кроме того, они служат сырьём для производства водорода, аммиака, метанола, искусственного жидкого топлива.
Принципиально возможно газифицировать все угли, однако в этих процессах преимущественно используют молодые угли (от бурых до слабо спекающихся каменных). В качестве газифицирующих агентов обычно применяют воздух, кислород, водяной пар, диоксид углерода и водород, а также смеси этих веществ. Полученные газы содержат оксид и диоксид углерода, водород, метан, водяной пар и в виде примеси азот, который вносится с воздухом.
Серу, находящуюся в топливе в связанном состоянии и являющуюся нежелательной примесью, переводят в газообразный сероводород и серооксид углерода. В зависимости от способа газификации в газе могут находиться также продукты полукоксования угля.
Среди процессов газификации различают автотермические, при которых тепло, необходимое для эндотермического процесса газификации, получают путем сжигания части введенного топлива кислородсодержащими газифицирующими агентами, и аллотермические, когда требуемое тепло подводится извне, с помощью твердого или газообразного теплоносителя.
Автотермические процессы в зависимости от направления реакционных потоков подразделяют на противоточные и прямоточные. Важное преимущество противоточных процессов — более благоприятные условия использования тепла, а недостаток их заключается в смешении газа, образующегося при газификации, с газом термического разложения, содержащим сравнительно большое количество метана и высших углеводородов.
Газификация топлив, несмотря на большое разнообразие способов, характеризуется одними и теми же химическими реакциями.
При газификации твердого топлива окислению кислородом или водяным паром подвергается непосредственно углерод:
2С+ О2 =2СО + 247 МДж (58 860 ккал);
С + Н2О= СО + Н2 — 119 МДж (28 380 ккал).
Однако весь углерод превратить в целевой продукт СО обычно не удаётся, часть его сгорает полностью:
С + О2 = СО2 + 409 МДж (97 650 ккал).
Образовавшийся при этом углекислый газ, в свою очередь, реагирует с раскалённым углеродом:
СО2 + С = 2СО — 162 МДж (38 790 ккал).
Для получения генераторных газов применяют различные виды окислителей (дутья): — воздух;
— смесь водяного пара с воздухом или кислородом;
— обогащённый кислородом и др.
Состав дутья подбирается так, чтобы тепла, выделяющегося в экзотермических реакциях, хватило для осуществления всего процесса. И в зависимости от используемого режима и окислителей получают воздушный, водяной, пара воздушный, парокислородный и другие газы, отличающиеся друг от друга содержанием горючих компонентов (СО, Н, СН4 и др.).
1. Технико-экономическое обоснование метода газификации
Названия генераторных газов часто определяются составом дуть. При газификации угля марки Д образуется газ состава (объёмных %): 23,6 — СО, 55,7 — Н2 , 14,3 — CH4, 5,5 — N2 , 0,2 — (СО2 + H2S) и 0,7 — СmНn; теплота сгорания около 16,8 МДж/м3 (4000 ккал/м3), выход газа 0,97 м3/кг топлива.
Газификация твердых топлив может быть охарактеризована как совокупность гетерогенных и гомогенных реакции; из них в конечном счете желательны те, которые приводят (В зависимости от цели процесса) к образованию СО, Н2 и СН4 в качестве составных частей газа. Газообразные смеси СО + Н2 с разным соотношением компонентов необходимы для многих синтезов.
В зависимости от состава топлива, природы окислителя, температуры и давления газы газификации различны по составу.
Скорость газификации зависит от свойств твердого топлива, размера его частиц, температуры и газифицирующего реагента
Другой наибольшей реакционной способностью обладают древесный уголь, торфяной кокс. Чем меньше размеры частиц топлива, тем выше скорость газификации, так как при этом увеличивается поверхность контакта топлива с окислителем.
Если перерабатывают мелкозернистый или пылевидные уголь, систематизируют процессы по принципу организации потока. Кусковой уголь обычно газифицируют. В стационарном состоянии: загружаемое сырье медленно опускается, а газифицирующие агенты вводят снизу. Преимущества этого способа, обусловлены очень хорошей теплопередачей. При этом снижаются расходные показатели, и повышается общая эффективность процессов. Кроме того, в этом случае создаются особенно благоприятные кинетические условия для реакций: вновь загружаемое топливо взаимодействует с уже в значительной степени прореагировавшим газифицирующим агентом, а зола содержащая только небольшое количество углерода, наоборот, контактирует с не прореагировавшим агентом.
Эти достоинства, однако, оборачиваются и недостаткам и под влиянием прореагировавшего и нагретого газифицирующего агента протекает полукоксование угля, а нежелательные продукты полукоксования (масло, смола, фенолы) загрязняют газ. Все это значительно усложняет и увеличивает установку газификации. Кроме того, могут возникать трудности при переработке спекающихся углей, и для их устранения необходимо сооружать специальные устройства. Но эти устройства, обычно находящиеся в движении, и вращающаяся решетка, благодаря которой золу удаляют из реакционного объема в твердом состоянии, изнашиваются. Поэтому в таких газогенераторах увеличивается время простоя, и возрастает стоимость ремон……..
Список литературы
1. Альтшулер В.С. Новые процессы газификации твердого топлива. М.: Недра, 1976. — 280 с.;
2. Шабанов В.Ф. Фундаментальные основы комплексной переработки углей КАТЭКа для получения энергии синтез-газа и новых материалов с заданными свойствами /В.Ф. Шабанов, Б.И. Кузнецов, Л.М. Щипко, Т.Г. Волова, В.Ф. Волова, В.Ф. Павлов . — Новосибирск:Изд-во СО РАН, 2005г. — 219с. — (Интеграционные проекты СО РАН; вып.3);
3. Федосеев С.Д., Чернышев А.Б. Полукоксование и газификация твёрдого топлива. М.: ГОСТОПТЕХИЗДАТ, 1960г. — 326 с.;
4. Основные процессы и аппарататы химических технологий./Под ред. Дытнерского Ю.И. М.: Химия. 1991-496 с.
