Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...

Реферат на тему:

Газификация угля

Производство высококалорийного, энергетического и технологического газов можно осуществить методами газификации угля. Производство синтетического жидкого топлива связано с потреблением технического водорода и синтез-газа, которые также могут быть получены газификацией топлива. Газификация топлива частично решает задачу борьбы с загрязнением атмосферы при использовании сернистых топлив на электростанциях.

Газификация твердого топлива была широко развита в СССР до 1960 года, когда в связи с бурным ростом добычи природного газа, роль газификации твердых топлив по техническим и экономическим соображениям была сведена к минимуму. В 1958 г.. В СССР работало более 350 газогенераторных станций на которых в 2500 генераторах производилось около 35 млрд. М3 в год энергетических и технологических газов.

Газификация - высокотемпературный процесс взаимодействия углерода топлива с окислителями, проводимый с целью получения смеси горючих газов (H2, CO, CH4). Как окислители или газифицирующих агенты применяют кислород, водяной пар, диоксид углерода или смесь этих веществ. В зависимости от состава, соотношения исходных веществ, температуры, продолжительности взаимодействия можно получить газовые смеси различного состава.

Процесс газификации зависит от многих факторов, которые влияют на состав газа, его теплоту сгорания и поэтому классификация методов газификации весьма разнообразна. Один из самых распространенных вариантов классификации приведен ниже.

По виду дутья (газифицирующих агента) розризняютьгазификацию воздушную, воздушно-кислородную, паровоздушную, парокислородном;

По давлением: при атмосферном давлении (0,1-0,3 МПа), среднем (до 2-3 МПа) и высоком давлении (выше 2-3 МПа);

По размеру частиц топлива: газификация комовой, мелкого и пылевидного топлива;

По конструктивным особенностям реакционной зоны: в плотном слое топлива, в псевдожзридженому слое топлива и в пылеугольных факеле;

По способу выводания или окислительная зона) происходит горение твердого топлива:

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

С + О2 = СО2 + 394,4, МДж / (кмоль ° С).

Диокис углерода, образующийся восстанавливается в восстановительной зоне новыми порциями углерода

СО2 + С = 2СО - 175,6, МДж / (кмоль ° С)

Рис. 2.3 Шаровой газогенератор

1 - шлюз для загрузки угля; 2 - распределитель угля; 3 - колосниковая решетка; 4 - холодильник; 5 - пароводяная рубашка; 6 - камера золоудаления.

Если вместе с кислородом в генератор подают водяной пар, то в восстановительной зоне протекают реакции:

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

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

В этом случае газ, образующийся содержит два горючих компонента: оксид углерода и водород, которые образовались за счет гетерогенных реакций.

Кроме того, в газовой фазе могут протекать гомогенные реакции между газообразными продуктами:

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

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

Метан в условиях процесса склонен к термическому распаду

СН4 = С + 2Н2 - 71,1, МДж / кмоль.

Сочетание этих и некоторых других реакций определяет состав газов, образующихся по высоте газогенератора. С восстановительной зоны газы выходят с температурой 800-9000с. Проходя через уголь, росташоване выше, они нагревают его, в результате чего протекает процесс пиролиза. Эта зона называется зоной пиролиза или зоной полукоксования. Газы, выходящие из нее, подогревают и сушат угля в верхней зоне - зоне сушки. Две нижние зоны (окислительная и восстановительная) составляют зону газификации, а две верхние - зону подготовки топлива.

Таким образом, при слойной газификации сочетается термическая подготовка топлива (полукоксования) и собственно газификация полукокса. В связи с этим газ отводится из газогенератора, содержит продукты газификации и продукты пиролиза (газ, пар смолы, водяной пар), часть из которых при охлаждении газа конденсируется (смола и вода).

В этом процессе меняется и состав твердой фазы, поскольку в зону газификации поступает кокс или полукокс, а из нее выводится зола.

Термодинамические расчеты позволяют определить равновесные составы газов в зависимости от температуры и давления процесса, однако использовать результаты этих расчетов для прогноза реального состава газов трудно из-за значительных различий в скоростях реакций и влияния на процесс технологических факторов. Скорость реакций газификации лимитируется скоростью химических превращений и скоростью диффузии, причем при низких температурах (700-800 0С) она лимитируется скоростью химического взаимодействия, а при температурах свыше 900 0С преимущественно диффузией к поверхности, то есть в реальных условиях процесс протекает в промежуточной области.

Процесс газификации интенсифицируют путем повышения температуры, увеличения давления газификации, что позволяет значительно увеличить парциальные давления реагирующих веществ, а также добиться увеличения скорости дутья, концентрации кислорода в дутье и увеличения реакционной поверхности.

Пневмозриджений слой - это совокупность твердых подвижных частиц, которые под действием газового потока совершают возвратно-поступательное движение в пределах слоя. Тонко измельченный уголь с частицами 0,5-3 мм конечно газифицируют в таком слое, поскольку в этом случае возможна непрерывная подача топлива в газогенератор, а хорошее перемешивание обеспечивает высокую теплопередачу, что приводит к равномерному распределению температуры по всему слою. Благодаря хорошей теплопередачи можно быстро и легко регулировать температуру.

Этот процесс пригоден в основном для бурого угля и молодого каменного угля с повышенной реакционной способностью. Коксующийся уголь может запекаться при нагревании до температуры реакции, в результате чего размер частиц растет. Максимально возможная температура газификации ограничивается температурой плавления золы, а при значительном повышении производительности большая часть не прореагировавшей углерода выносится из газогенератора.

Очень мелкие (пылевидный) угля газыфикують при одном направлении подачи угля и газифицирующих агента. Это обеспечивает по сравнению с процессом газификации в неподвижном слое

меньшую стоимость пылевидного топлива по сравнению с комовой;

возможность применения угля любой степени углефикации и любой спекания;

отсутствие побочных продуктов и необходимости очистки от них;

возможность заменить твердое топливо газообразным и жидким.

Однако, при использовании угля с высокой температурой плавления золы трудно выбрать материал для футеровки реакционной камеры, а при высоком содержании золы в топливе снижается КПВ в большей степени, чем при газификации в слое, вследствие высокого теплосодержания расплавленного шлака.

Таблица 2.25 - средний состав газа при автотермический условиях

Способ газификации |

Вид дутья | Теплота сгорания QB, МДж / м3 | Состав,% объемные

СО |

Н2 |

СО2 |

СН4 |

N2

Стационарный слой |

Паровоздушный | 5,2 | 27,8 | 12,4 | 3,6 | 0,2 | 56,0

- "- | парокислородном | 10,6 | 40,0 | 41,0 | 16,5 | 0,9 | 1,6

- "- | Кислородный

(жидкий шлак) | 11,8 | 64,6 | 28,7 | 5,7 | - | 1,0

псевдоожиженным слой | парокислородном | 12,3 | 48,2 | 35,2 | 13,8 | 1,8 | 0,9

пылеугольного

Факел | парокислородном | 11,2 | 57,2 | 30,7 | 10,5 | 0,1 | 1,2

Пыль над розсплавленим шлаком | О2 + СО2 | 10,8 | 56,8 | 28,0 | 14,0 | 0,2 | -

- "- | воздуха | 4,0 | 22,8 | 8,0 | 5,1 | - | 64,1

При алотермичних процессах газификации тепло поступает с посторонним теплоносителем, что позволяет снизить выход диоксида углерода и отказаться от кислорода как газифицирующих агента, то есть не строить дорогой кислородной установки.

Алотермични процессы можно разделить

по способу передачи внешнего тепла (с газообразным или твердым теплоносителем и с передачей тепла через стенку);

по способу получения алотермичного тепла (процессы с ядерным теплом, электрической или другими видами энергии);

автотермические процессы, в которых сжигание топлива производится на отдельном уровне, а не в зоне газификации.

Этот способ газификации ранее не нашел применения и только теперь благодаря возможности сочетания тепла, получаемого в атомном реакторе, с процессом газификации угля он сможет конкурировать с автотермический процессами.

Одним из способов газификации топлива является подземная газификация угля (ПГУ) опыты с которой были начаты в 1933 году. Разработана в СССР технология подземной газификации угля базируется на безшахтний подготовке подземных газогенераторов и осуществлении газификации в каналах, в которых уголь взаимодействует с потоками дутья и газа (рис. 2.4).

Безшахтна подготовка заключается в бурении с поверхности вертикальных, наклонных и наклонно-горизонтальных скважин, раскрывающие угольный пласт, а также в создании по угольному пласту газификационных каналов между скважинами. Для создания в угольном пласте реакционных каналов применяется фильтрационная сбойка или прожиг канала, основанный на газопроницаемости угольного пласта, гидравлической сбойке (гидравлический разрыв пласта) и наклонно-горизонтальном бурении. Получение горючего газа осуществляется в каналах различной длины в зависимости от условий залегания угольного пласта, путем нагнетания дутья в одни скважины и отвода газа в другие.

I II III IV

Рис. 2.4 Схема подземной газификации

Практические работы по ПГВ были проведены на буром и каменном угле, залегающего в разных горно-геологических условиях. В разные периоды времени работало до шести опытно-промышленных и промышленных станций ПГВ. Сьгодни действует две из них - Ангренська в Средней Азии и Абинске в Кузбассе.

ЛИТЕРАТУРA

Саранчук В.И., Айруно 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.

Загрузка...