1 Сущность процесса газификации

Газификация – преобразование органической части твёрдого или жидкого топлива в горючие газы при высокотемпературном (1000—2000 °C) нагреве с окислителем (кислород, воздух, водяной пар, CO₂ или, чаще, их смесь), в результате которых органическая часть топлива обращается в горючие газы.

Полученный газ называют генераторным по названию аппаратов, в которых проводится процесс — газогенераторов.

Основные направления газификации угля и состава продуктов приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Способы газификации угля

Общеизвестны достоинства газообразного топлива:

1 оно хорошо приспособлено к транспортированию на большие расстояния;

2 при горении не оставляет золы;

3 не выделяет копоти и больших объёмов дымовых газов;

4 процесс сжигания газа легко автоматизировать;

5 температура пламени, как правило, значительно выше аналогичного показателя, получаемого при непосредственном сжигании конденсированных топлив.

Кроме того, искусственные горючие газы являются ценным сырьём для химической промышленности (синтез аммиака, производство искусственных жидких топлив, масел, смазок и др.).

2 Сырье процесса газификации

В качестве сырья для газификации могут выступать практически все углеродсодержащие материалы природного и техногенного происхождения, в частности:

1 горючие ископаемые (каустобиолиты);

2 биомасса, в т.ч. специально выращиваемая фитомасса;

3 углеродсодержащие отходы производства и потребления, включая бытовые и коммунальные отходы, в т.ч. иловые осадки канализационных и сточных вод.

При этом специально выращенная фитомасса и отходы различного происхождения относятся к возобновляемым источникам энергии.

Требования, предъявляемые к твердому топливу:

1 небольшая влажность, малое содержание серы, низкая зольность и высокая температура плавления золы;

2. куски топлива должны быть прочными и термически стойкими, т.е. не должны растрескиваться и распадаться на мелкие части при нагревании.

3 Химизм процесса газификации

Газификацию твердых топлив можно рассматривать как неполное окисление углерода. наиб. часто окислителями служат О₂ (реакция 1), СО₂ (2) и водяной пар (3):

С + 0,5О₂ → СО (1)

С + СО₂ → 2СО (2)

С + Н₂О → СО + Н₂ (3)

Наряду с основными реакциями осуществляются следующие:

С + О₂ → СО₂ (4)

СО + Н₂О→ СО₂ + Н₂ (5)

С + 2Н₂ → СН₄ (6)

СО + 3Н₂ → СН₄ + Н₂О (7)

СО + Н₂ → 0,5СН₄ + 0,5СО₂ (8)

Прямой продукт газификации твёрдых топлив (т. наз. сырой газ) всегда содержит некоторые количества СО₂, Н₂О, СН₄ и, кроме того, иногда и высших углеводородов, а при использовании воздуха - еще и N₂. Из-за наличия в угле гетероатомов, прежде всего S и N, образуются H₂S и NO₂.

Газ, полученный при газификации угля, в будущем может найти применение прежде всего для производства:

1. заменителя природного газа (СПГ);

2. синтез-газа для химической промышленности;

3. топливных газов для технологического и энергетического сжигания;

4. восстановительного газа для металлургических целей, например для прямого восстановления железной руды.