ИДЕАЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРНЫЕ ГАЗЫ 1 Воздушный примерный состав O

ИДЕАЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРНЫЕ ГАЗЫ 1. Воздушный (примерный состав O 2+3, 8 N 2) 2. 2 C+O 2+3, 8 N 2=2 CO+3, 8 N 2+218, 7 МДж/кмоль С C+Н 2 O=CO+Н 2 -132, 6 МДж/кмоль С Состав газа: СО 34, 5 об. % N 2 65, 5 об. % Идеальный тепловой к. п. д. ηт=72, 3% Объем газа 5, 41 нм 3/кг С Энтальпия сгорания газа 4, 39 МДж/м 3 Состав газа: СО 50, 0 об. % Н 2 50, 0 об. % Идеальный тепловой к. п. д. ηт=100% Объем газа 3, 73 нм 3/кг С Энтальпия сгорания газа 11, 77 МДж/м 3 3. 4. Полуводяной (О 2+3, 8 N 2+1, 65 H 2 O) Водяной (Н 2 О) Оксиводяной (О 2+1, 65 H 2 O) 2 C+O 2+3, 8 N 2=2 CO+3, 8 N 2+218, 7 МДж/кмоль С C+Н 2 O=CO+Н 2 -132, 6 МДж/кмоль С 2 C+O 2=2 CO +218, 7 МДж/кмоль С C+Н 2 O=CO+Н 2 -132, 6 МДж/кмоль С Состав газа: СО 40, 1 об. % Н 2 18, 1 об. % N 2 41, 8 об. % Идеальный тепловой к. п. д. ηт=86, 6% Объем газа 4, 65 нм 3/кг С Энтальпия сгорания газа 7, 05 МДж/м 3 Состав газа: СО 68, 9 об. % Н 2 31, 1 об. % Идеальный тепловой к. п. д. ηт=100% Объем газа 2, 71 нм 3/кг С Энтальпия сгорания газа 12, 13 МДж/м 3

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ГАЗИФИКАЦИИ 1. По теплоте сгорания газа (энергетической ценности): • низкокалорийные (3, 80 -6, 70 МДж/м 3) • со средней теплотой сгорания (6, 7 -18, 0 МДж/м 3) • высококалорийные (до 35 -40 МДж/м 3) 2. По функциональному назначению газа: • энергетические (генераторные) газы • технологические (синтез-газ) 3. По типу дутья: • воздушное • паровое • парокислородное • углекислотное 4. По температуре: • низкотемпературные (<800°С) • среднетемпературные (800 -1300°С) • высокотемпературные (>1300°С) 5. По давлению процесса: • при атмосферном давлении (0, 1 -0, 15 МПа) • при среднем давлении (до 2 -3 МПа) • при высоком давлении (>3 МПа)

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ГАЗИФИКАЦИИ 6. По применению катализаторов: • каталитические • некаталитические 7. По размеру частиц топлива: • крупнозернистое (кусковое) топливо (3 -50 мм) • мелкозернистое топливо (0, 1 -10 мм) • пылевидное топливо (-1 мм, основная фракция -0, 1 мм) 8. По количеству ступеней: • одноступенчатые • многоступенчатые 9. По характеру движения топлива в реакционной зоне: • псевдостационарный слой • кипящий (псевдоожиженный) слой • в турбулентном потоке газа 10. По способу удаления зольной части топлив: • сухое золоудаление • мокрое золоудаление • жидкое шлакоудаление 11. По тепловому балансу реакционного аппарата: • автотермические • аллотермические 12. По типу теплоносителя: • с твердым теплоносителем • с жидким теплоносителем • с газообразным теплоносителем

ГАЗИФИКАЦИЯ ТОПЛИВА (СЛОЕВОЙ ГАЗОГЕНЕРАТОР МОРГАНА, РАННИЕ ПОРТАТИВНЫЕ ГАЗОГЕНЕРАТОРЫ) Автомобили с портативными газогенераторами, работающими на угле Газогенератор Моргана: 1 – дутьевая головка; 2 – колосниковые решетки; 3 – штуцер отвода газа; 4 – тангенциальный ввод дутья; 5 – загрузочный люк; 6 – гидравлический затвор; 7 – шуровочное отверстие

ГАЗИФИКАЦИЯ КУСКОВОГО ТОПЛИВА (СПОСОБ LURGI) А- производство газа; Б – конверсия газа; В – очистка (Ректизол), Г – фенолосольвентная очистка Параметры процесса: 1 – шлюз подачи угля; 2 – привод питателя; 3 – решетка; 4 – привод колосника; 5 – рубашка; 6 – шлюзовая емкость золы; 7 – скруббер; 8 – зона сушки; 9 – зона пиролиза; 10 – зона восстановления; 11 – зона горения крупность 5 -50 мм температура 900°С давление 0, 1 -3 МПа производительность 600 -1800 т угля/сут. (до 65 тыс. м 3 газа/ч) сырье бурые и каменные угли, полукокс

ГАЗИФИКАЦИЯ ТОПЛИВ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ (СПОСОБ WINKLER) 1 – сырьевой бункер; 2 –газогенератор; 3 – котел-утилизатор; 4 – подогреватель; 5 – мультициклон; 6 – холодильник-конденсатор; 7 – дезинтегратор; 8 – каплеотбойник; 9 – отстойник 1 – бункер; 2 – шахта газогенератора; 3 – фурмы вторичного дутья; 4 – шнек подачи угля; 5 – охлаждаемый скребок; 6 – распределительная решетка; 7 – шнек отвода золы; 8 – привод скребка; 9 – приемный бункер золы Параметры процесса: крупность 1 -10 мм температура 1000 -1100°С давление атмосферное производительность до 1100 т/сут (до 100 тыс. м 3 газа/ч) сырье бурые, каменные угли, полукокс, кокс

ГАЗИФИКАЦИЯ ПЫЛЕВИДНОГО ТОПЛИВА (СПОСОБ KOPPERSTOTZEK) 1, 3 – бункеры-дозаторы; 2 –газогенератор; 4 – система шлакоудаления Параметры процесса: крупность -0, 1 мм температура 1500 -1600°С давление 0, 13 -3 МПа производительность до 1000 т/сут (~50 тыс. м 3 газа/ч) сырье бурые, каменные угли, полукокс, жидкие

ГАЗИФИКАЦИЯ ПЫЛЕВИДНОГО ТОПЛИВА (СПОСОБ KOPPERSTOTZEK) 1 – бункер угля; 2 – мельница (с ситами); 3 – циклонные сепараторы; 4 – бункер угольной пыли; 5 – генератор топливного газа; 6 – фильтр паровой линии; 7 – система бункеров; 8 – котел-утилизатор; 9 – газогенератор; 10 – система шлакоудаления; 11 – водяной скруббер; 12 – насос; 13 – холодильник; 14 – затвор; 15 – газодувка на сыром газе; 16 – газгольдер сырого газа; 17 – электрофильтр; 18 – отстойник; 19 - градирня

СОПОСТАВЛЕНИЕ ТРАДИЦИОННЫХ МЕТОДОВ ГАЗИФИКАЦИИ Параметр Lurgi Winkler Koppers-Totzek Производительность: по углю, т/ч по сырому газу, м 3/ч 40 -75 до 75 000 20 -45 ~60 000(до 100000) 10 -40 ~50 000 Коэффициент использования угля, % 90 85 89 Конверсия по пару, % 30 -40 30 -65 20 -50 к. п. д. газификации, % 75 -85 65 -90 70 -90 Температура газа, °С: в зоне реакции на выходе 750 -1100 260 -430 820 -1100 900 -950 1300 -1700 1100 -1200 Время пребывания по углю, с ~5000 100 -600 ~1 Расход на 1 тыс. м 3 сухого газа: угля, т кислорода, м 3 650 -800 210 -250 610 -750 300 -350 560 -660 400 -500 Теплота сгорания газа, МДж/м 3 11 -16 7, 5 -15 10, 3 -11, 7 Состав сухого газа, об. %: CO Н 2 СН 4 N 2 CO 2+COS+H 2 S 17 -25 40 -42 9 -10 0, 5 -1 25 -31 31 -35 32 -43 0, 5 -1 1 -19 17 -22 50 -60 29 -34 0, 1 1 -2 10 -13

ГАЗИФИКАЦИЯ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО ТОПЛИВА (МЕТОД TEXACO) 1 – газогенератор 2 – котел-утилизатор 3 - скруббер Показатель Значение Сырье любые ТГИ (1: 0, 8 -1: 10 суспензии с водой или водным спиртом) Крупность, мм 0, 1 -10 Производительность до 12 т/сут (20 тыс. м 3 газа/ч) Температура 1000 -1500°С Давление 0, 13 -3 МПа Применение газа производство водорода или SNG Модификация процесса для получения SNG: 1 – бункер; 2 –сепаратор; 3 – смеситель; 4 – ступень гидрогазификации; 5 – ступень нагревания; 6 – ступень газификации

ГАЗИФИКАЦИЯ ПЫЛЕВИДНОГО ТОПЛИВА (СПОСОБ RUMMELOTTO) Показатель Сырье любые ТГИ Крупность, мм -3 мм Производительность 1800 м 3/ч (проектная) Температура 1 – газогенератор 2 – циклон 3 – котел-утилизатор Значение 800 -1400°С Давление ~0, 11 (2, 5) МПа Степень превращения углерода до 98, 5 % Теплота сгорания газа 10 -11 МДж/м 3

ГАЗИФИКАЦИЯ ПЫЛЕВИДНОГО ТОПЛИВА (СПОСОБ RUHRGAS) Показатель Сырье каменный уголь Крупность, мм 0, 1 -2 Производительность 1 – газогенератор 2 – подогреватель воздуха 3 - пылеотделитель Значение до 16 тыс. м 3/сут (3 тыс. м 3/т угля) Температура 650 -800°С Давление 1 МПа Применение газа Топливо (Q~4 МДж/м 3)

АЛЛОТЕРМИЧЕСКАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ С ГАЗООБРАЗНЫМ И ТВЕРДЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ Газогенератор системы Pitsch-Hillebrand 1 – камера полукоксования; 2 – камера газификации; 3 – регулятор; 4 – кольцевой канал генераторного газа; 5 - генератор Технология Coalcon (Batell-UCC) 1 – регенератор; 2, 5 – циклоны; 3 – газовый скруббер; 4 – газогенератор; 5 – скруббер очистки газа

АЛЛОТЕРМИЧЕСКАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ С ТВЕРДЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ Технология COGAS 1 -4 – ступени полукоксования; 5 – аппарат для сжигания полукокса; 6 – сепаратор; 7, 8 – сепараторыхолодильники Технология СО 2 -акцептор 1 – зона подготовки ТГИ; 2 – шлюз загрузки; 3 – зона пиролиза; 4 – газогенератор кипящего слоя; 5 – котел-утилизатор+скруббер; 6 – блок очистки газа; 7 – реактор метанирования; 8 – регенератор кипящего слоя

АЛЛОТЕРМИЧЕСКАЯ ПАРОВАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛА ВТЯР Технология паровой газификации с использованием тепла ВТЯР 1 – ВТЯР; 2 – газогенератор; 3 – паросиловая установка; 4 – печь конверсии метана; 5 – блок очистки газа Проблемы, стоящие перед технологией: • конструктивные сложности с созданием ВТЯР, обеспечивающих тепловой потенциал 950°С • Выбор теплоносителя (вероятный теплоноситель гелий) и способа передачи тепла, исключающего прямой контакт с активной зоной • создание соответствующей реакционной аппаратуры Опробованные способы передачи тепла: • теплообменники «газ-газ» (He-пар) • твердый теплоноситель – кокс • непосредственный обогрев газогенератора змеевиком с He

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ГИДРОГАЗИФИКАЦИИ ТОПЛИВ СО+3 Н 2↔СН 4+Н 2 О, ∆Н 298=-206, 4 к. Дж/моль С+2 Н 2↔СН 4, ∆Н 298=-73, 7 к. Дж/моль Основной катализатор – активная фаза Ni (возможны Co, Mo, W, Pt, Pd) Температура проведения процесса: • для метанирования 200 -400°С • для гидрогазификации 350 -700°С (с катализатором до 950°С) Высшая теплота сгорания природного газа 37 -43 МДж/м 3 При гидрогазификации или метанировании можно повысить долю метана в газе с 4 до 50 -98 об. %, что повышает теплоту сгорания с 12 -15 до 30 -42 МДж/м 3

ТЕХНОЛОГИИ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ГАЗИФИКАЦИИ Технология HYGAS 1 – зона испарения масла; 2 – отделения газа; 3 – I ступень гидрогазификации (7 МПа, 675°С); 4 – вторая ступень гидрогазификации (0, 7 МПа, 955°С); 5 – зона парокислородной газификации (7 МПа, 1020°С) Технология Synthane 1 – система подачи угля (шлюз); 2 – блок предварительной обработки угля; 3 – газогенератор; 4 – скруббер (с соплом Вентури); 5 – насадочный скруббер

ТЕХНОЛОГИЯ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ГАЗИФИКАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛА ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ Технология гидрогазификации+конверсии метана с использованием тепла ВТЯР 1 – ВТЯР; 2 – парогенератор; 3 – трубчатая печь; 4 – блок конверсии СО; 5 – блок газоразделения; 6 – газогенератор; 7 – блок промывки газа

ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ Виды подземной газификации: • шахтная • бесшахтная • шурфовая Применяли для бурых и каменных (ГЖ, СС) углей мощностью 2 -60 м Поточный метод I, III – шурфы или гезенки; IV – огневой штрек; 1 – панель; 2 – дутьевые и газоотводящие трубы; 3 – огневой забой; 4 – начальный огневой штрек; 5 – обрушивающаяся кровля; 6 – поверхность земли; 7 – дутье; 8 - газ Особенности подземной газификации: • отсутствие реального движения топлива в процессе газификации • отсутствие внешней изоляции (стенки шахт газо- и водопроницаемы) • неоднородность топлива по длине штрека • возможность проникновения грунтовых вод • неоднородность состава и объёмного распределения зольных примесей • сложность непосредственного контроля процесса и предупреждения аварий

ПЕРСПЕКТИВЫ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ГАЗИФИКАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ Тенденции развития процессов газификации: • повышение мощности отдельных блоков • повышение давления и температуры • переход на жидкое шлакоудаление • переход к когенерационным схемам • развитие систем утилизации тепла и вредностей • стремление использовать внешние источники тепла для получения синтез-газа и переработка его в СЖУ (GTL-процессы) • включение блоков гидрогазификации и метанирования в технологиях получения энергетических газов (SNG-технологии) • стремление к получению максимально широкой гаммы продуктов и глубокой переработке вещества углей • интеграция производств • развитие селективных, в т. ч. плазмохимических, способов газификации