Актуальность газификации угля
Уголь - самый насыщенный углеродом вид ископаемого топлива.
При сжигании угля на тепловых электростанциях (ТЭС) образуется в 2 раза больше СО2, чем в процессе сжигания природного газа.
В связи с декарбонизацией мировой экономики предполагается отказаться от использования угля в качестве энергоресурса из-за превышения допустимого уровня выбросов в атмосферу твердых углеродных частиц, окислов азота.
Газификации угля позволяет его использовать в переходный период декарбонизации и снижать выбросы в атмосферу.
При сжигании угля на тепловых электростанциях (ТЭС) образуется в 2 раза больше СО2, чем в процессе сжигания природного газа.
В связи с декарбонизацией мировой экономики предполагается отказаться от использования угля в качестве энергоресурса из-за превышения допустимого уровня выбросов в атмосферу твердых углеродных частиц, окислов азота.
Газификации угля позволяет его использовать в переходный период декарбонизации и снижать выбросы в атмосферу.
Технология газификации угля
Реакция газификации угля является высокотемпературным процессом взаимодействия углерода из топлива с окислителями.Этот процесс необходим для того, чтобы получить горючие газы, в тч. водородсодержащие газы (Н2, СО, СН4).
В зависимости от применяемого сырья и вида конверсии (водяным паром или нестехиометрическим количеством О2) соотношение компонентов в газовой смеси изменяется в широких пределах:
- СН4 + Н2О : СО + 3Н2
- СН4 + ½O2 : СО + 2Н2
- -СН2-+ Н2О : СО + 2Н2
- -СН2-+ ½O2 : СО + Н2
- кислород (или обогащенный им воздух),
- водяной пар,
- диоксид углерода (СО2)
- или комбинации перечисленных веществ.
- С + 1/2 O2 : СО,
- С + СO2 : 2 СO2,
- С + Н2О : СО + Н2
Сопутствующие газификации угля продукты его термического разложения:
- диоксид углерода,
- вода,
- водород,
- продукты полукоксования (углеводороды), которые также могут взаимодействовать с раскаленным углеродом.
Температура - высокая, при которой образование высших углеводородов практически исключается.
Угольная сера - нежелательная примесь, переводится в сероводород и сероуглерод.
В 1950х гг. впервые в США началась газификация угля с целью получения горючего газа в условиях дефицита природного газа.
Состав и теплота сгорания полученного в результате газификации газа различны и зависят от его использования:
- горючий газ (для технологического и энергетического сжигания) - наличие большего объема метана и отсутствие нежелательных продуктов полукоксования угля: масла, смолы, фенолы,
- синтез-газ ( химсырье для производства метанола, аммиака, использование в процессе Фишера-Тропша для производства жидкого топлива) - определенное соотношения СО:Н2 и Н2*2, что достигается подбором условий техпроцесса и выбором состава газифицирующего агента( состав: кислород и водяной пар).
- восстановительный газ (в металлургической промышленности) - для прямого восстановления железной руды и др..
По состоянию топлива в газогенераторе:
- газификация в неподвижном слое;
- газификация в медленно опускающемся слое твердого топлива;
- газификация в кипящем слое;
- газификация в потоке пылевидного топлива.
- автотермический, необходимое для газификации тепло, получают путем сжигания части введенного топлива в присутствии кислородсодержащих газифицирующих агентов,
- аллотермический, тепло подводится извне с помощью твердого или газообразного теплоносителя.
По принципу организации потока. Мелкозернистый или пылевидный уголь газифицируют при подаче в одном направлении угля и газообразного газифицирующего агента.
Это техническое решение имеет ряд преимуществ по сравнению с процессами газификации в неподвижном слое:
- более низкую стоимость мелкозернистого топлива по сравнению с кусковым;
- возможность применения сырья любой степени газификации, прежде всего любой спекаемости;
- отсутствие побочных продуктов - смолы, масла, фенолов и др.
- если газификацию проводят при повышенном давлении, значение этих факторов еще более возрастает, так как производительность генератора увеличивается пропорционально давлению.
Это техническое решение имеет ряд преимуществ по сравнению с процессами газификации в неподвижном слое:
- более низкую стоимость мелкозернистого топлива по сравнению с кусковым;
- возможность применения сырья любой степени газификации, прежде всего любой спекаемости;
- отсутствие побочных продуктов - смолы, масла, фенолов и др.
- если газификацию проводят при повышенном давлении, значение этих факторов еще более возрастает, так как производительность генератора увеличивается пропорционально давлению.
В настоящее время:
- совершенствуются существующие технологии газификации под давлением,
- разрабатываются принципиально новых технологических процессов под давлением,
- разрабатываются технологии повышения реакционной температуры,
- разрабатываются технологии без использования дорогостоящей кислородной установки.
- позволяет увеличить производительность, что повышает концентрация газифицирующего агента.
- влияет на равновесие в процессе газификации.
- благоприятно отражается на габаритных размерах газогенератора и скрубберов,
- дает экономию затрат на компрессию, так как производимый газ занимает больший объем, чем газифицирующий агент.
- делает возможным применение физических способов очистки газа, которые неэффективны при атмосферном давлении, экономить стоимость чистящего агента, снижать его потребления .
- увеличивает производительность газификатора;
- уменьшает удельный объем газификатора,
- снижает выход смол или нежелательных углеводородов,
- за счет смещения равновесия при высоких температурах выходит газ с более высоким восстановительным потенциалом вследствие низкого содержания СО2 и более глубокого разложения водяного пара.
- означает не использование кислорода, полученного из воздуха путем сжижения и низкотемпературной ректификации,
- означает разделение нагрева и паровой газификации угля путем использования воздуха.
