Современные методы газификации угля Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070_

Газ со средней теплотой сгорания получают в процессах паровой или парокислородной газификации твердых топлив под давлением 2,0-2,5 МПа. По составу он представляет смесь оксидов углерода, водорода и небольшого количества метана: СО2 - 30-35 %, СО - 10-13, Н2 - 38-40, СН4 - 10-12%. По экономическим соображениям такие газы применяются ограниченно [4].

Газ с высокой теплотой сгорания, приближающийся по этому показателю к природному газу, в настоящее время в промышленных масштабах не производится, однако технология его получения в ряде случаев отработана на достаточно крупных опытно-промышленных установках.

Газификации может быть подвергнуто большинство твердых горючих ископаемых (угли, горючие сланцы, торф), а также биомасса различного происхождения (древесина, сельскохозяйственные отходы и др.). Например, высокотемпературная газификация углерода в присутствии водяного пара (первая стадия) и кислорода воздуха (вторая стадия) позволяют получить синтез-газ с содержанием около 50-53% Н2 и 36% СО.

Список использованной литературы:

1. Синтетические моторные топлива. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://enciklopediya-tehniki.ru/tehnologiya-dobychi-gaza-i-nefti/sinteticheskie-motornye-topliva.html.

2. Химические превращения в ходе сжигания и газификации топлива. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://tesiaes.ru/?p=8180.

3. Щепалов А.А. Тяжелые нефти, газовые гидраты и другие перспективные источники углеводородного сырья. Учебно-методическое пособие. - Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2012. - 93 с.

4. Существующие методы газификации твердого топлива. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://tesiaes.ru/?p=8101.

© Гафуров Н.М., Хисматуллин Р.Ф., 2016

УДК 662.7

Н.М. Гафуров

студент 3 курса факультета энергонасыщенных материалов и изделий (ФЭМИ) Казанский национальный исследовательский технологический университет

Р.Ф. Хисматуллин

лаборант-исследователь научно-исследовательской лаборатории «ФХПЭ» Казанский государственный энергетический университет

г. Казань, Российская Федерация

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ Аннотация

В статье рассматриваются современные методы и эффективные способы газификации угля.

Ключевые слова Газификация угля, газогенератор, синтез-газ, теплота сгорания

Известны самые разнообразные системы аппаратурного оформления процесса газификации различного сырья (антрацит, кокс, бурый уголь, торф, древесина и др.). В начале XX в. использовались в основном газогенераторы с жидким удалением шлака, а в настоящее время наиболее распространена газификация по методу «Пурги» (Германия) - в плотном слое крупнозернистого сырья при повышенном давлении. Тип газогенератора - противоточный с вращающейся колосниковой решеткой. Используется уголь с частицами размером не менее 5 мм и до 30 мм и влажностью 8-15%, слой угля стационарный на вращающейся колосниковой решетке, с которой образующийся слой золы и шлака срезается ножом и

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070_

ссыпается в бункер - сухое золоудаление. Давление в аппарате высокое - 2-3 (и до 100) МПа, за счет чего получаемый реакционный газ содержит больше метана, поэтому снижается требуемый расход кислорода при парокислородном дутье (применяется и паровоздушная смесь). Максимальная температура в слое перерабатываемого угля - 700-850°С и до 1000°С, температура газа на выходе из реактора 300-650°С. Продолжительность пребывания перерабатываемой твердой частицы угля в газогенераторе 30-90 мин., а пребывание газа в газогенераторе около 15 сек. Диаметр реактора 4-5 м, высота 7-8 м, производительность по сырью (углю) 600-1000 т/сут. и по генераторному газу 35-80 тыс. м3/ч, реакционный газ богат метаном и водородом [1].

Газификация по методу «Винклера» (Германия) использует газогенератор с кипящим (псевдоожиженным) слоем частиц перерабатываемого твердого топлива размером 0,8-10 мм и влажностью 5-10%, при этом применяется сухое золоудаление. Тип газогенератора - прямоточный шахтный реактор, давление в аппарате 0,10-0,15 МПа и до 1,5 МПа, максимальная температура в слое 850-1000°С и до 1100°С, поэтому генераторный газ богат водородом и оксидом углерода. Дутье - парокислородная или паровоздушная смесь, продолжительность пребывания перерабатываемой твердой частицы угля в газогенераторе 10-20 мин, а пребывание газа в газогенераторе около 3-5 сек. Диаметр аппарата 5,5 м и высота 23 м, производительность по углю 1100 т/сут. и по генераторному газу 17-20 тыс. м3/ч и до 75-100 тыс. м3/ч.

Одним из наиболее эффективных способов газификации движущегося пылевидного слоя (размер твердых частиц менее 0,1 мм) является метод «Копперс-Тотцек» (Германия) при температуре 1500-1700°С. Тип газогенератора - прямоточный с 2-4 форсунками, размер частиц 0,09-1,00 мм влажностью 1-7%. Давление процесса 0,10-0,15 МПа и до 3 МПа, максимальная температура в слое 1300-1500°С и до 1600°С, температура на выходе из аппарата 1300-1500°С, дутье - парокислородная смесь или чистый кислород (обогащенный кислородом воздух), продолжительность пребывания в аппарате твердой частицы и газа 1 -3 сек. Производительность по углю 1100 т/сут и по генераторному газу 20-50 тыс. м3/ч.

В технологиях CTL (Coal-to-Liquids - получение синтетических топлив на основе угля через синтезы Фишера-Тропша) наметилась тенденция повышения мощности агрегатов газификации до 150-250 тыс. м3 газа/ч (5-10 т. угля/сут.). Решение этой задачи осуществляется применением многоступенчатой газификации, которая может включать гидрогазификацию, а также каталитическую газификацию с введением прекурсора (каталитических добавок) непосредственно в перерабатываемое сырье. В роли катализаторов особенно эффективны соединения, содержащие щелочные металлы - хлориды и карбонаты натрия или калия. Они позволяют понизить на 250-300°С температуру газификации и на 3,0-3,5 МПа давление процесса, при этом состав синтез-газа газификации с катализатором и без него отличается незначительно. Например, для некоторых процессов многоступенчатой газификации отдельные показатели процессов следующие: производительность по углю: 5 т/ч (метод «Би-Газ»), 3 т/ч (методы «Синтан» и «Хайгаз»); давление в газогенераторе: 7-10 МПа (методы «Би-Газ», «Синтан» и «Хайгаз»); теплота сгорания получаемого синтез-газа: 4,0-4,5 МДж/м3 (метод «Би-Газ»), 16,2 и 15,1 МДж/м3 (методы «Синтан» и «Хайгаз») [2].

Современные энергетические системы (заводы) на основе газификации используют комбинированный цикл «Integrated Gasification Combined Cycle» (IGCC), в котором очищенный синтез-газ сжигается с высокой эффективностью в газовых турбинах генераторов электрической энергии. А теплота химической реакции газификации и теплота горячих выхлопных газов газовых турбин рекуперируются и применяются для производства водяного пара высокого давления, используемого в паровых турбинах для выработки электроэнергии.

Список использованной литературы:

1. Синтетические моторные топлива. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://enciklopediya-tehniki.ru/tehnologiya-dobychi-gaza-i-nefti/sinteticheskie-motornye-topliva.html.

2. Краткий обзор технологий CTL. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://fecsrfec.ru/upload/iblock/533/533588651c8e7fb27d69397e28d2e569.pdf.

© Гафуров Н.М., Хисматуллин Р.Ф., 2016