Газификация углей
ы 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.
Автотермические процессы
1.Газогенератор с «кипящим» слоем топлива. Газификацию твердого
мелкозернистого топлива в «кипящем» слое (газогенератор типа Винклера)
начали исследовать с 1922 г. В этом процессе используют молодые
высокореакционные бурые угли (размер частиц - до 9 мм). Уголь
газифицируют паром в смеси с чистым кислородом , или обогащенным
кислородом воздухом , или воздухом в зависимости от требований к
конечному составу газов - генераторный (воздушный) газ ,
азотосодержащий газ для синтеза аммиака , безазотистый газ для синтеза
метанола .
Газогенератор представляет собой вертикальный цилиндрический (шахтный)
аппарат , футерованный изнутри огнеупорным кирпичом . В низу
газогенератора расположена колосниковая решетка с движущимся гребком
для распределения дутья , она же служит для непрерывного удаления из
газогенератора зольной части угля .
После дробления и подсушки сухой уголь поступает в бункер
газогенератора , откуда шнеком он подается в низ шахты газогенератора .
Дутье (кислород , воздух) и пар подаются через водо-охлаждаемые фурмы
газогенератора , расположенные под колосниковой решеткой . Это дутье и
создает «кипящий» слой угля , который занимает 1/3 объема
газогенератора .
Несколько выше «кипящего» слоя топлива подается вторичное дутье для
газификации уносимой в верх газогенератора дисперсной угольной пыли .
Температура газификации держится в пределах 850-1100 ‘С в зависимости
от температуры плавления золы топлива во избежание ее расплавления .
Чтобы повысить температуру в газогенераторном процессе и избежать
расплавления золы топлива , в уголь , поступающий в газогенератор ,
добавляют кальцинированную (обожженную) известь .Повышение температуры
увеличивает скорость процесса газификации топлива , способствует его
полноте . В верхней части шахты газогенератора установлен котел-
нтилизатор для подогрева воды и получения пара , используемого в
процессе . Известь , вводимая в процесс может также служить для
удаления серы из получаемого газа .
После грубой очистки полученного газа от топливной пыли , уносимой из
газогенератора потоком газа , в циклоне газ поступает для тонкой
очистки от летучей золы в мультициклон .Далее его очищают от летучей
золы в электрофильтрах и в скрубберах с водной промывкой газа. Давление
в процессе несколько выше нормального ,что необходимо для преодоления
сопротивления системы . Температура получаемого пара - 350-500 ‘C , он
может быть использован в другом процессе .
2. Газогенератор с аэрозольным потоком топлива .Газификация в аэрозольном
потоке топлива (газогенератор типа Копперса - Тотцека)
разрабатывается с 1938 г. В 1948 г. был сооружен демонстрационный
газогенератор для газификации угольной пыли по этому методу , а
первый промышленный газогенератор был введен в эксплуатацию в
1950 г. Газогенераторы подобного типа - это первая попытка создать
универсальный газогенераторный процесс для газификации твердого
топлива любого типа , от молодых бурых углей до каменных углей и
антрацитовой пыли . В таком газогенераторе можно газифицировать также
тяжелые нефтяные остатки нефтяной кокс .
Подготовка угля к процессу заключается в его измельчении до
пылевидного состояния (размер частиц - до 0,1 мм) и сушке (до 8%
влажности) . Угольная пыль пневматически с помощью азота
транспортируется в угольный бункер , откуда шнеками подводится к
смесительным головкам горелочных устройств и далее парокислородной
смесью инжектируется в газогенератор . Парокислородные горелки для
вдувания угольной пыли располагают друг против друга , поэтому в
газогенераторе создается турбулентный слой встречных перекрещивающихся
потоков взвешенного в парогазовом слое твердого топлива . В этом
турбулентном потоке при температуре 1300-1900 ‘С и происходит
безостаточная газификация поступившего в газогенератор топлива . При
такой температуре зола топлива плавится и стекает в низ газогенератора
, где попадает в водяную баню и гранулируется , а гранулированный шлак
удаляется .
Газовый поток поднимается вверх газогенератора , где расположены
подогреватель воды и паровой котел . Полученный пар используется в
процессе , а газ охлаждается в холодильнике-скуббере , где проходит его
частичная очистка от унесенной потоком газа топливной пыли и золы .
Тонкая очистка газа от пылевого уноса происходит в дезинграторе и
мокром (орошаемом водой) электрофильтре . Сухой чистый газ подается
потребителю для использования .
Процесс газификации топливной частицы в газогенераторе длится меньше
секунды . После очистки полученного газа от сероводорода ,
диоксида углерода из системы выдается чистый технологический газ ,
который может быть использован в химической технологии .
Две или четыре горелки , расположенные друг против друга ,
гарантирует воспламенение топливной смеси и безопасность процесса в
целом . Интенсивность процесса при высокой температуре так высока , что
в небольшом по объему газогенераторе можно получать
50 000 м3/ч и перерабатывать за сутки 750-850 т угольной пыли .
Аллотермические процессы
1. Газификация угля с использованием тепла атомного реактора. Чтобы
получить высококалорийный безазотистый газ из угля без затрат углерода
газифицируемого топлива на подогрев газифицируемой смеси до высокой
температуры , используют аллотермические процессы .
Тепло для процесса газификации может быть проведено разными методами
,например за счет подогрева теплоносителя теплом атомного реактора .
Теплоносителем в процессе может служить гелий .
Теплоноситель подогревается в атомном реакторе до температуры 850-
950 ‘C .Подогретый гелий ( первый гелиевый контур ) направляют в другой
теплообменный аппарат , где также циркулирует гелий ( второй гелиевый
контур ). Во втором гелиевом контуре нагретый гелий используется в
газогенераторе для газификации угля .
Уголь, прежде чем поступить в газогенератор для газификации водяным
паром , проходит через газогенератор для низкотемпературной газификации
угля ( швелевания ), где из него отгоняются летучие компоненты .
Получено в результате швелевания богатый (высококалорийный) газ ,
содержащий кроме СО и Н2 метан и другие углеводороды ,после его очистки
от пыли , смолы , газовой воды присоединяется к газогенераторному газу
поступающему из газогенератора , прошедшему пылеочистку и отдавшему
свое тепло в котле - утилизаторе .
Далее идет очистка газа от диоксида углерода и сероводорода , и
полученный газ , содержащий СО и Н2 ( синтез-газ ) , передается для
технологического использования . Если требуется обогатить газ метаном ,
его направляют в метанатор , где протекает реакция гидрирования СО
водородом до метана с образованием воды . После отделения воды
полученный синтетический природный газ используют в качестве топлива .
2. Газификация топливной пыли с использованием низкотемпературной плазмы
.В ряде случаев требуется получить из угля сразу газ с высоким
содержанием СО и Н2 и малым содержанием диоксида углерода , метана и
азота . Этот газ можно получить при очень высокой температуре
газификации , порядка 3 000- 3 500 ‘C. Такая температура может быть
достигнута в низкотемпературной электрической плазме . При этом
исключается влияние источника тепла на состав получаемого газа .
Значительно возрастает интенсивность процесса . Он примерно в 10 раз
интенсивнее топочных процессов (циклонные топки с жидким шлакоудалением
) . Водяной пар в этом процессе используется в качестве
плазмообразующего газа , что исключает забалластирования конечного
газа инертным азотом .
В плазмотронах водяной пар нагревают с помощью электрического
разряда до плазменного состояния и при температуре порядка 3 000 - 4
000 ‘C его подают в газогенератор . Сюда же например потоком кислорода
, подают угольную пыль , которая , попадая в плазму взаимодействует с
водяным паром и кислородом . Полученный синтоз-газ подают в камеру
охлаждения и очистки газа от зольных частиц . В процессе отсутствуют
потери углерода с уносом и шлаком происходит полная стехиометрическое
превращение углерода топлива .
Типичные составы газов полученных в автотермических и
аллотермических процессах , приведены в таблице .
Наименование процесса
Состав конечного газа, % объемный
СО2 СО Н2 СН4 N2
Автотермические процессы
Газификация мелкозернистого топлива в «кипящем» слое 19,0
38,0 40,0 2,0 1,0
(газогенератор Винклера, парокислородный процесс)
Газификация пылевидного топлива в аэрозольном потоке
(газогенератор Копперса-Тотцека, парокислородный про- 12,0
56,0 29,4 0,6 2,0
цесс)
Аллотермические процессы
Газификация с использован
| |  скачать работу |
Газификация углей |
