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.
Технология газификации угля
Реакция газификации угля является высокотемпературным процессом взаимодействия углерода из топлива с окислителями.
Этот процесс необходим для того, чтобы получить горючие 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
Окислители:
кислород (или обогащенный им воздух),
водяной пар,
диоксид углерода (СО2)
или комбинации перечисленных веществ.
Основные реакции при газификации угля - реакции неполного окисления углерода органической массы, гетерогенные превращения угля с образованием газообразных продуктов:
С + 1/2 O2 : СО,
С + СO2 : 2 СO2,
С + Н2О : СО + Н2
Первичные продукты газификации, например СО2, могут реагировать с углеродом угля.
Сопутствующие газификации угля продукты его термического разложения:
диоксид углерода,
вода,
водород,
продукты полукоксования (углеводороды), которые также могут взаимодействовать с раскаленным углеродом.
Скорость реакции газификации - соответствует техническим целям.
Температура - высокая, при которой образование высших углеводородов практически исключается.
Угольная сера - нежелательная примесь, переводится в сероводород и сероуглерод.
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..
Классификация газификации:
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.
На различии подвода тепла к реактору газификации - эндотермический процесс:
автотермический, необходимое для газификации тепло, получают путем сжигания части введенного топлива в присутствии кислородсодержащих газифицирующих агентов,
аллотермический, тепло подводится извне с 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.
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.
Повышение давления:
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 очистки газа, которые неэффективны при атмосферном давлении, экономить стоимость чистящего агента, снижать его потребления .
Повышение реакционной температуры:
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.
1) Mr(CnH2n+2)=58 12n+2n+2=58 14n=56 n=4 C4H10-бутан 2) Mr(CnH2n-2)=54 12n+2n-2=54 14n=56 n=4 C4H6 бутин 3) СH3-CO-CH3 кетон пропанон, ацетон 4) СH3-CH(CH3)-COOH 2-метилпропановая кислота 5) С6H5NH2 анилин класс ароматические амины 6) C6H12+Br2(желто-коричневая)=C6H12Br2(обесцвечивание) С6H12+Br2= при обычных условиях не идет 7) пентин-2 не реагирует с аммиачным раствором серебра,а пентин-1 реагирует, выпадает белый осадок 2CH=-C-CH2-CH2-CH3+Ag2O= 2CAg=-C-CH2-CH2-CH3+H2O 8) муравьиная кислота, это альдегидо-кислота, поэтому идет реакция серебряного зеркала, а уксусная не реагирует! HCOOH+Ag2O=CO2+H2O+2Ag
Зависимости от вида частиц и от характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, молекулярные, атомные и металлические.
Ионные кристаллические решетки Виды частиц в узлах решетки: ионы Для веществ с ионной химической связью будет характерна ионная решетка. Ионы-это частицы, имеющие положительный или отрицательный заряд. Напрмер NaCl, Соли, галогениды (IA,IIA),оксиды и гидроксиды типичных металлов. Физ. свойства: Твердые, прочные, нелетучие, хрупкие, тугоплавкие, многие растворимы в воде, расплавы проводят электрический ток
Атомные кристаллические решетки В узлах атомной кристаллической решетки находятся отдельные атомы. Ковалентная химическая связь. В данных решетках молекулы отсутствуют. Весь кристалл следует рассматривать как гигантскую молекулу. Примером веществ с таким типом кристаллических решеток могут служить аллотропные модификации углерода: алмаз, графит; а также бор, кремний, красный фосфор, германий. Простые по составу. Атомные кристаллические решетки имеют не только простые, но и сложные. Например, оксид алюминия, оксид кремния. Все эти вещества имеют очень высокие температуры плавления (у алмаза свыше 35000С) , прочны и тверды, нелетучи, практически нерастворимы в жидкостях.
Металлические кристаллические решетки Металлическая связь. Связь в металлах между положительными ионами посредством обобществленных электронов. общие физические свойства для металлов характерны: блеск, электропроводность, теплопроводность, пластичность. Вещества с металлической связью имеют металлические кристаллические решетки В узлах таких решеток находятся атомы и положительные ионы металлов, а в объеме кристалла свободно перемещаются валентные электроны. Электроны электростатически притягивают положительные ионы металлов. Этим объясняется стабильность решетки.
Молекулярные кристаллические решетки Эти вещества являются неметаллами. Простые по составу. Химическая связь внутри молекул ковалентная неполярная. Летучие, легкоплавкие, малорастворимые в воде. в узлах решетки нах. молекулы. молекулярную кристаллическую решетку могут иметь не только твердые простые вещества: благородные газы, H2,O2,N2, I2, O3, белый фосфор Р4, но и сложные: твердая вода, твердые хлороводород и сероводород. Большинство твердых органических соединений имеют молекулярные кристаллические решетки (нафталин, глюкоза, сахар) . В узлах решеток находятся неполярные или полярные молекулы. Несмотря на то, что атомы внутри молекул связаны прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного взаимодействия.
Газификация угля
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.
Технология газификации угля
Реакция газификации угля является высокотемпературным процессом взаимодействия углерода из топлива с окислителями.
Этот процесс необходим для того, чтобы получить горючие 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
Окислители:
кислород (или обогащенный им воздух),
водяной пар,
диоксид углерода (СО2)
или комбинации перечисленных веществ.
Основные реакции при газификации угля - реакции неполного окисления углерода органической массы, гетерогенные превращения угля с образованием газообразных продуктов:
С + 1/2 O2 : СО,
С + СO2 : 2 СO2,
С + Н2О : СО + Н2
Первичные продукты газификации, например СО2, могут реагировать с углеродом угля.
Сопутствующие газификации угля продукты его термического разложения:
диоксид углерода,
вода,
водород,
продукты полукоксования (углеводороды), которые также могут взаимодействовать с раскаленным углеродом.
Скорость реакции газификации - соответствует техническим целям.
Температура - высокая, при которой образование высших углеводородов практически исключается.
Угольная сера - нежелательная примесь, переводится в сероводород и сероуглерод.
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..
Классификация газификации:
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.
На различии подвода тепла к реактору газификации - эндотермический процесс:
автотермический, необходимое для газификации тепло, получают путем сжигания части введенного топлива в присутствии кислородсодержащих газифицирующих агентов,
аллотермический, тепло подводится извне с 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.
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.
Повышение давления:
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 очистки газа, которые неэффективны при атмосферном давлении, экономить стоимость чистящего агента, снижать его потребления .
Повышение реакционной температуры:
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.