Доклад
По теме
“Газтфикация
углей”
Выполнил учащийся
Класса В
Козлов Максим
Лицей №1
Г.
В связи со сложной экологической ситуацией современная технология ищет новых
решений химических, энергетических проблем, проблем добычи природных ископаемых.
Одним из таких технологических решений является широкомасштабная газификация
твердого топлива. Почему именно твердого топлива, если в современных
промышленности и энергетике господствующее положение занимают нефть и природный
газ. Научные прогнозы показывают, что мировая добыча нефти и природного газа
достигнет своего максимума через 20 - 30 лет, а затем начнется неизбежное, в
глобальном масштабе, снижение их добычи. Заметим кстати, что в США эта
закономерность уже действует. Так, добыча природного газа в США в 1975 г.
Составляла 558 млрд. м3, а в 1986 г. снизилась до 473 млрд. м3.Расчёты, проведённые
учёными разных стран, показывают, что реальных запасов нефти на Земле хватит
на 40 - 50 лет, природного газа - на 30 - 40 лет, запасов же угля хватит на 200 - 250 лет.
Эти прогнозные оценки исходят из экономически извлекаемых запасов угля, на самом
деле их значительно больше. Прогнозные запасы угля, доступного к разработке,
оцениваются в 2,5 -3 трлн. тонн. Если исходить из современной ежегодной мировой
добычи угля (примерно 3 млрд. тонн), то его хватит на 1000 лет, а если учитывать
развитие техники добычи горючих ископаемых, например подземную газификацию, то
даже при увеличении добычи угля до 6 млрд. тонн в год этих запасов хватит более чем на
500 лет. А ведь не исключено открытие новых залежей угля. Эти цифры находятся в
|
|
полном соответствии с заключениями исследователей, считающих, что геологические
запасы угля составляют 90 - 97 % от общих ресурсов горючих ископаемых планеты, на
долю же нефти и газа приходится лишь 3 - 10 %.В России запасы угля составляют 90 % от
запасов всего органического топлива страны и 53% от мировых запасов угля, т.е. они
практически неисчерпаемы. Вот почему задачи роста добычи и переработки твёрдого
топлива в нашей стране приобретают исключительное народнохозяйственное значение.
В чем же суть наиболее широкомасштабных и экологически приемлемых методов
переработки твёрдых горючих ископаемых.
Сжигание и газификация твердого топлива
Когда в промышленных печах или в топках тепловых электростанций сжигают нефть, природный газ или твёрдое топливо, получают горячий дымовой газ. Высокий тепловой потенциал этого газа необходимо использовать сразу, например для нагрева воды с целью получения пара, для нагрева металла или для других тепловых процессов. Полученный горячий газ невозможно хранить или передавать на большие расстояния - он остынет. Этот газ, после использования его теплового потенциала, выбрасывают через дымовые трубы в окружающую среду.
Когда газифицируют уголь, получают горючий газ, который можно хранить, транспортировать на большие расстояния. Этот газ легко очистить от таких вредных примесей, как соединения серы, он может быть использован не только как горючее, но и как химическое сырьё для разнообразных синтезов в зависимости от используемых газифицирующих уголь средств. Чем же отличаются эти два метода переработки твердого топлива - сжигание и газификация, дающие столь разные конечные продукты? В основном только одним: процесс сжигания топлива проводится с избытком кислорода - технология сжигания, а процесс газификации проводится с недостатком кислорода и, следовательно, с избытком углерода - технология газификации.
|
|
В первом случае получается дымовой газ, в котором весь углерод топлива переходит в диоксид углерода. Он содержит также диоксид серы, избыточный кислород и много азота из воздушного дутья. Во втором случае состав газа, получаемого при газификации углей, чрезвычайно разнообразен и зависит от условий проведения процесса газификации (давления, температуры, концентрации в используемом дутье кислорода). В случае газификации твердого топлива при недостатке кислорода сера топлива переходит в сероводород. Если состав дымового газа довольно постоянен, то состав газов газификации твердого топлива можно резко варьировать.
Дымовой газ трудно очистить от содержащихся в нем оксидов азота и серы, так как это связано с большими расходами вещества и энергии. Процессы очистки генераторных газов
от сероводорода, пылевидного уноса хорошо освоены и проводятся с большой полнотой и относительно экономично, а оксиды азота в них практически отсутствуют. Из-за дымовых выбросов появляются разрушительные кислотные дожди, а в результате очистки генераторных газов от сероводорода появляется нужная народному хозяйству сера. Так различная технология переработки угля приводит в одном случае к экологически неприемлемым конечным результатам, в другом - к экологически чистым.
|
|
Какими же приемами, какой технологией достигаются такие результаты? Какова технология газификации угля.
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.