Газификация твердого топлива 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Газификация твердого топлива



Газификация твердых и жидких топлив с помощью воздуха, кис­лорода, водяных паров, углекислого газа относится к химическим ме­тодам получения азота и водорода.

Газификацией топливаназывается процесс превращения органи­ческой части его в горючие газы с помощью воздуха, водяного пара, кислорода или других газов.

Для газификации твердого топлива применяются газогенераторы различных типов. Обычно газогенератор представляет собой верти­кальную шахту из огнеупорного кирпича с наружным кожухом из листовой стали.

Сверху через загрузочный люк в шахту газогенератора поступает топли­во, снизу подаются газообразные гази­фицирующие агенты (воздух, водяной пар, кислород и др.). Газообразные про­дукты газификации выводятся через верхний газоход, зола и шлак — через зольный бункер. Разрыхление топлива (шуровка) и перемещение золы и шлака осуществляются с помощью колоснико­вой решетки.

Поднимаясь через колосниковую ре­шетку вверх, воздух, водяной пар и дру­гие реагенты проходят сначала через слой шлака и несколько подогреваются, затем газы поступают в окислительную зону раскаленного топлива, где вступа­ют в реакцию с углеродом, далее прохо­дят зоны восстановления оксида углерода (IV), коксования и подогрева поступающего топлива. При получении воздушного газа воздух поступает в слой раска­ленного твердого топлива и взаимодействует с углеродом по реакции:
С + (О2 + 3,762N2) = С02 + 3,762N2 + 409,2 кДж.

Область, в которой протекает процесс горения топлива, называет­ся окислительной зоной. Здесь оксид углерода (IV) содержится в значительном количестве; в этих же газах содержится и кислород, концентрация которого быстро убывает по мере поднятия газа вверх. Поднимаясь выше, оксид углерода (IV) поступает в зону восстанов­ления, где взаимодействует с раскаленным углеродом, восстанавли­ваясь до СО по реакции:

С02 + С = 2СО — 160,6 кДж.

В случае получения водяного газа в газогенератор подается водя­ной пар, который взаимодействует с углеродом в области окислитель­ной и восстановительной зон по реакции

С + Н20 = СО + На — 117.8 кДж

и частично по реакции

С + 2Н20 — С02 + 2Н2 - 71,4 кДж.

В верхней части слоя топлива температура снижается за счет по­ступления холодного топлива, и здесь частично протекают реакции с образованием метана, оксида углерода (IV) и водорода:

СО + Н20 = С02 -f Н2 + 45,4 кДж;

СО + ЗН2 = СН4 + Н20 + 201,0 кДж.

Наиболее сложным является процесс получения водяного газа. Этот процесс может осуществляться в газогенераторах с плотным слоем топлива, с кипящим слоем, со сжиганием пылевидного топли­ва во взвешенном состоянии, в аппаратах со сжиганием жидкого топ­лива и др.

При получении водяного газа в газогенераторах с плотным сло­ем топлива процесс протекает, как правило, с периодической подачей в реакционную зону воздуха и пара.

При подаче воздуха в газогенераторе осуществляется раскалочное дутье, при котором топливо (кокс) разгорается и температура в реакционной зоне повышается до 1100—1200 °С. Затем через раска­ленный кокс продувается пар, вследствие чего образуется водяной газ, состоящий в основном из водорода и оксида углерода (II).

Аппаратурное оформление

Установки для газификации твердого топлива состоят в основном из трех отделений: подготовки и транспортировки топлива, газифика­ции топлива и машинного отделения.

Основными аппаратами отделения газификации являются газоге­нераторы. В этом же отделении устанавливаются котлы-утилизаторы, скрубберы и вспомогательное оборудование.

В газогенераторах осуществляется процесс газификации топлива с получением соответствующих генераторных газов.

Котлы-утилизаторы служат для рекуперации теплоты горячих га­зов и получения за счет этой теплоты пара. Скрубберы предназначе­ны для очистки газа от пыли и охлаждения газа до 30—35°.

Все существующие типы газогенераторов можно разделить на следующие группы: аппараты для газификации твердого топлива в статическом слое; для газификации твердого топлива в кипящем слое; для газификации твердого топлива под давлением; для газификации твердого топлива во взвешенном состоянии (пылевидного) и газоге­нераторы для газификации жидкого топлива. Рассмотрим один из них.

Газогенератор для газификации топлива в кипящем слое

Схема газогенератора с кипя­щим слоем: / — корпус, 2 — футеровка; 3 — лазы; 4 — фурмы вторичного дутья; 5 — зольный брус; j — дутьевая коробка; 7 — течка для золы; S — привод; 9 — двигатель; 10 — выгрузной винтовой конвейер; // — питательные винто­вые конвейеры.

При газификации твердого топлива в кипящем слое частички его находятся в полувзвешенном состоянии и в непрерывном хаотическом движении, внешне напоминая кипящую жидкость. Этот кипящий слой часто называют псевдоожиженным. Последний образуется под дейст­вием напора газифицирующего агента, поступающего снизу. Газогенераторы с кипящим слоем топлива обладают рядом пре­имуществ по сравнению с газогенераторами с плотным слоем: в них можно газифицировать низкосортное и тонкоизмельченное топливо размером до 10 мм, при этом они работают непрерывно и с большой интенсивностью. Производительность их превышает производитель­ность газогенераторов с плотным слоем топлива на периодическом дутье в 6—8 раз и в 3—4 раза производительность газогенераторов с непрерывным дут

 

Газифицирующим агентом является парокислородная смесь, посту­пающая в газогенератор снизу со скоростью около 2 м/с. Второй поток парокислородной смеси поступает непосредственно в шахту газоге­нератора через систему сопел. Общий вид генератора с кипящим сло­ем показан на рис.

Топливо подается в газогенератор с помощью трех питательных винтовых конвейеров на уровне 0,5 м над колосниковой решеткой. Высота слоя топлива в статическом состоянии достигает.0,5 м. При «кипении» высота слоя топлива возрастает до 1,5м. Таким образом, плотность слоя топлива в процессе газификации уменьшается в 3 ра­за. Из-за интенсивного движения частичек топлива образуется боль­шое количество пыли, поднимающейся в надслойное пространство. Для сжигания этой пыли предусматривается подвод вторичного дутья (через сопла). Благодаря интенсивному движению и перемешиванию частичек в кипящем слое, в газогенераторах отсутствует зональное распределение температур, характерное для газогенераторов с плот­ным слоем топлива. Частички топлива, непрерывно циркулируя от колосников вверх и обратно, выравнивают температуру в слое топлива по его высоте. Летучие вещества, выделяющиеся из топлива у колос­ников, частично сгорают и частично крекируются. В верхних горизонтах слоя летучие вещества под­вергаются только крекингу. В ре­зультате газ, образующийся в ки­пящем слое, не содержит смолы и непредельных углеводородов.

Корпус представляет собой вертикальную цилиндрическую шахту,футерованную огнеупорным кирпичом. В средней части корпуса располагается пояс фурм вторичного дутья.Несколько выше расположены штуцеры для лазов. Нижняя часть корпуса коническая,с приваренными изнутри уголками жесткости, которые служат одновременно опорой для футеровки. Дутьевая коробка предназначена для подачи и равномерного рас­пределения газифицирующего реагента. В коробке располагаются: наборная колосниковая решетка, подшипники вала зольного бруса и его привода, зольная течка и зольные винтовые конвейеры с золь­ными карманами. Приводы зольных винтовых конвейеров устанавли­ваются на отдельных фундаментах. Колосниковая решетка — плоская, набрана из отдельных чугун­ных пластин, поставленных на ребро. Всего в решетке газогенератора с корпусом диаметром 5,5 м около 400 пластин. Между колосниками располагаются прокладки, определяющие ширину дутьевых щелей. Колосники и прокладки стягиваются сквозными болтами и устанав­ливаются на опорных балочках. Зольный брус, литой из жароупорной стали, подгребает золу к зольным течкам при температуре около 850 °С. Для охлаждения бру­са во внутреннюю полость его подается вода, которая отводится че­рез вертикальный вал. Винтовой конвейер приводится во вращение электродвигателем мощностью 2,2 кВт через редуктор. Частота вра­щения винтового конвейера регулируется изменением эксцентрисите­та. Нижняя часть газогенератора — съемная, она подвешивается на болтах к конической части корпуса, что облегчает ее замену запасной

 

9. Конверсия водяным паром (ответ не весь!!!!!!)

CH4+H2O↔CO+3H2-Q(1); CO+H2O↔CO2+H2+Q(2); CH4+H2O↔CO2+4H2

По Ле-Шателье: 1-↑t, ↓p и для ↑ выхода Н2 ↑ содержание Н2О; обратима

2-↓t, p- любое, ↑H2O; обратима

В одном аппарате и в одну стадию этот процесс провести нельзя т. к. эндо- и экзотермическая реакции. Оптимальная t для обеих реакций 823°С с 10% содержанием СН4 на выходе при высоком давлении(3,4 МПа) т. к. при увеличении давления увеличивается содержание исходных реагентов и увеличивается скорость процесса, что приводит к уменьшению капиталовложений. Избыток Н2О для ↑ выхода, но дополнительно нагрев газа и для ↓ зауглероживания (n=3.7-3.8).На практике конверсию проводят в две ступени т. к. если сразу на 100%, то надо воздухоразделительная установка для ввода азота:1- трубчатый реактор, конверсия водяным паром на Ni катализаторе(на носителе) при t=800-820°С с подводом тепла; 2-шахтный конвертор, конверсия смесью кислорода с паром при t=1000 °С на Ni катализаторе(смешения) в автотермичном режиме в таком количестве чтобы СО+Н2:N2=1:3.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-17; просмотров: 208; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.226.141.207 (0.019 с.)