Газифікація вугілля як ефективний метод видобутку газу PDF

Газифікація вугілля як ефективний метод видобутку газу https://giprokoks.com/processing Проблема забезпечення населення достатньою кількістю газу відіграє важливу роль в житті суспільства. Уникнути її або ж вирішити можна за допомогою газифікації вугілля, методу, який стає все більш популярним в б...

Газифікація вугілля як ефективний метод видобутку газу https://giprokoks.com/processing Проблема забезпечення населення достатньою кількістю газу відіграє важливу роль в житті суспільства. Уникнути її або ж вирішити можна за допомогою газифікації вугілля, методу, який стає все більш популярним в багатьох країнах. Суть його полягає в перетворенні вугілля в газ, і допомагає спеціалістам цієї галузі добувати шахтний метан, або його ще називають метан вугільних пластів. Саме цей газ допомагає правильно і раціонально використовувати природні ресурси. Газифікація вугілля – це процес перетворення вугільного продукту в газоподібну речовину шляхом неповного окислення при високій температурі і різному тиску. Газ отримується в газогенераторах, які служать так званою міні електростанцією, в яких відбуваються різноманітні процеси ендо- і екзотермічних реакцій. Газоподібний продукт можна отримати з будь-якого типу вугілля – з бурого, антрацитів і навіть нафтошламу, які мають різні показники вологи і зольності. В усіх випадках важливими компонентами газу, який отримується на виході, вважаються СО, Н2 и СН4. Проте їх кількість та співвідношення, як і загальна ефективність процесу, можуть змінюватись в широких діапазонах і залежать від умов і режиму підземної газифікації вугілля, а також особливостей вугілля, яке використовується. 1️⃣Вугілляпроходить контрольне зважування на спеціальних вагах, очищення від залізних частинок в електромагнітному сепараторі і просіюється через вібросито для отримання частинок менше 10 мм.Частки, що не пройшли через сито, подрібнюються до потрібного розміру. Весь процес первинної обробки вугілля проходить у закритому приміщенні, обладнаному системою уловлювання пилу, що запобігає забрудненню навколишнього середовища. 2️⃣Підготовлене таким чином вугілля по стрічковому конвеєрі подається у вугільний бункер. З бункера через шнековий конвеєр вугілля потрапляє в нижню частину газифікатора. Хімічний процес, що проходить у газифікаторі, умовно можна розділити на три етапи. ✅ На першому етапі, для горіння і розщеплення летких речовин, в нижню частину газифікатора подається збагачене повітря. Вугілля, поміщене в газифікатор, згоряючи виділяє велику кількість тепла та різні – смоли, фенол, деревний спирт, метан та інші леткі речовини. При сублімації летких речовин також виділяється велика кількість тепла. ✅На другому етапі взаємодіють кам'яно-вугільний кокс і залишковий кисень. У той же час виникає реакція, в якій беруть участь кокс, водяна пара і вуглекислий газ. При цьому виділяється тепло і утворюється водень і чадний газ. ✅ На третьому етапі в хімічній реакції практично не бере участь кисень. Головними реагентами є кокс, метан і водяна пара. У результаті утворюється водень і чадний газ. 3️⃣ У верхні частини газифікатора зберігається висока концентрація вугільного пилу.Тому нагріті гази з летючою золою прямують у циклонний сепаратор, а потім через зворотні труби потрапляють у нижню частину газифікатора, де вугільний пил повторно спалюється, а зола і шлак видаляються спеціальною системою. 4️⃣Газ, частково очищений від пилу в циклонному сепараторі, подається в рукавний фільтр, в якому використовуються сітчасті ниткові елементи, що уловлюють тверді частинки в газі внаслідок ефекту інерції при контакті. Пил, затриманий у рукаві пилозбірника, регулярно видаляється пристроєм очищення і потрапляє в ємність для збирання золи. 5️⃣На виході з газифікатора газ знаходиться при температурі 950 градусів Цельсія. У процесі очищення він проходить послідовність теплообмінних апаратів, в яких поступово охолоджується до 60 градусів Цельсія, нагріваючи спеціально підготовлену воду для отримання пари в паровому колекторі. Пара використовується в газифікаторі і може бути направлена зовнішню мережу. 6️⃣Після фітрації газ спрямовується в систему сіроочищення. Використовують метод мокрої десульфурації. Газ, що містить сірководень, відправляється в нижню частину колони і вступає в реакцію з десульфуючою рідиною, що розпорошується у верхній частині колони, рідина абсорбує сірководень і очищений газ виходить з верхньої частини колони в краплеуловлюючий пристрій для видалення надлишкової води перед транспортуванням в резервуар зберігання Процес газифікації залежить від багатьох чинників, які впливають на склад газу, його теплоту згоряння, тому класифікація методів газифікації вельми різноманітна. Один з найбільш поширених варіантів класифікації наведений нижче. ✔️) За видом дуття (газифікуючого агента) розрізняють газифікацію повітряну, повітряно-кисневу, пароповітряну, парокисневу, парову; ✔️2) За тиском: при атмосферному тиску (0,1-0,3 МПа), середньому (до 2-3 МПа) і високому тиску (вище 2-3 МПа); ✔️3)За розміром частинок палива: газифікація грудкового, дрібного і пилоподібного палива; ✔️4) За конструктивними особливостями реакційної зони: в щільному шарі палива, у псевдозрідженому шарі палива і в пиловугільному факелі; ✔️5) За способом виведення смоли; ✔️6) За способом підводу тепла: автотермічна (стабільна температура підтримується за рахунок внутрішніх джерел тепла в системі) і алотермічна газифікація, з підведенням тепла ззовні для підтримки процесу за допомогою твердих, рідких і газоподібних теплоносіїв, а також теплопередачі через стінку реактора; ✔️7) За теплотою згоряння газу, що отримується (в МДж/м3): низької (до 6-7), середньої (від 12 до 18) і високої (30-35) теплоти згоряння; ✔️8)За призначенням газу: для енергетичних і технологічних (синтезу, виробництва водню, технічного вуглецю) цілей; ✔️9) За температурою газифікації: низькотемпературна (до 800°С), середньотемпературна (800-1 300°С) і високотемпературна (понад 1 300°С). Ефективні галузі застосування газифікації твердого палива. ❗ По-перше, це газифікація високосірчистого і високозольного вугілля з подальшим очищенням газу від сірчистих сполук і спаленням на теплових електростанціях. У вугіллі, що видобувається щорічно в Україні, міститься понад 1,0 млн. т сірки, більша частина якої при спаленні викидається в атмосферу у вигляді токсичних оксидів. При газифікації вугілля утворюється сірководень, який легко вилучати і переробляти на товарну сірку або сірчану кислоту. ❗ Другий напрям газифікації твердих палив – для великомасштабного виробництва замінників природного газу в районах, віддалених від магістральних газопроводів. ❗ Третій - для отримання синтез-газу, газів-відновників і водню для потреб хімічної і металургійної промисловості. Робота газогенератора Загальні принципи роботи газогенераторів можна розглянути на прикладі найпростішого шарового газогенератора, що являє собою вертикальну шахту, у верхній частині якої є завантажувальний люк із затвором. У нижній частині газогенератора встановлено колосникові ґрати, через які в шахту подають газифікуючий агент. Зверху надходить тверде паливо. При подачі в газогенератор кисню в зоні, розташованій безпосередньо біля колосникових ґрат (зона горіння або окиснювальна зона) відбувається горіння твердого палива: Діоксид вуглецю, що утворюється, відновлюється у відновній зоні новими порціями вуглецю: Якщо разом з киснем в генератор подають водяну пару, то у відновній зоні протікають реакції: У цьому випадку газ, що утворюється, містить два горючих компоненти: оксид вуглецю і водень, які утворилися за рахунок гетерогенних реакцій. Крім того, в газовій фазі можуть протікати гомогенні реакції між газоподібними продуктами: Метан в умовах процесу схильний до термічного розпаду: ✅ Поєднання цих і деяких інших реакцій визначає склад газів, що утворюються по висоті газогенератора. ✅З відновної зони гази виходять з температурою 800-900°С. ✅ Проходячи через вугілля, розташоване вище, вони нагрівають його, внаслідок чого протікає процес піролізу. Ця зона називається зоною піролізу або зоною напівкоксування. ✅ Гази, що виходять з неї, підігрівають і сушать вугілля у верхній зоні - зоні сушки. ✅Дві нижні зони (окиснювальна і відновна) складають зону газифікації, а дві верхні - зону підготовки палива. ✅ Таким чином, при шаровій газифікації поєднуються термічна підготовка палива (напівкоксування) і власне газифікація напівкоксу. У зв'язку з цим газ, що відводиться з газогенератора, містить продукти газифікації і продукти піролізу (газ, пара смоли, водяна пара), частина з яких при охолоджуванні газу конденсується (смола і вода). У цьому процесі змінюється і склад твердої фази, оскільки в зону газифікації надходить кокс або напівкокс, а з неї виводиться зола. Інтенсифікація процесу ❗ Процес газифікації інтенсифікують шляхом підвищення температури, збільшення тиску газифікації, що дозволяє значно збільшити парціальні тиски реагуючих речовин, а також досягти збільшення швидкості дуття, концентрації кисню і збільшення реакційної поверхні. ❗ Псевдозріджений шар - це сукупність твердих рухливих частинок, які під дією газового потоку здійснюють зворотно-поступальний рух в межах шару. Тонко подрібнене вугілля з частинками 0,5-3 мм звичайно газифікують в такому шарі, оскільки в цьому випадку можлива безперервна подача палива в газогенератор, а хороше перемішування забезпечує високу теплопередачу, що приводить до рівномірного розподілу температури по всьому шару. Завдяки хорошій теплопередачі можна швидко і легко регулювати температуру. Цей процес застосовують в основному для бурого вугілля і молодого кам'яного вугілля з підвищеною реакційною здатністю. Коксівне вугілля може спікатися при нагріванні до температури реакції, внаслідок чого розмір частинок росте. Максимально можлива температура газифікації обмежується температурою плавлення золи, а при значному підвищенні продуктивності значна частина вуглецю, що не прореагував, вуглецю виноситься з газогенератора. ❗ Дуже дрібне (пилоподібне) вугілля газифікують при одному напрямку подачі вугілля і газифікуючого агента. Це забезпечує в порівнянні з процесом газифікації в нерухомому шарі: - меншу вартість пилоподібного палива в порівнянні з грудковим; - можливість застосування вугілля будь-якого ступеня вуглефікації і будь-якої спікливості; - відсутність побічних продуктів і необхідності очищення від них; - можливість замінити тверде паливо газоподібним і рідким. Однак при використанні вугілля з високою температурою плавлення золи важко вибрати матеріал для футеровки реакційної камери, а при високому вмісті золи в паливі знижується ККД в більшій мірі, ніж при газифікації в нерухомому шарі, внаслідок високого тепловмісту розплавленого шлаку.