4 Методы газификации
К настоящему времени освоены различные модификации промышленных процессов газификации углей, наиболее распространенными из которых являются технологии:
1 Лурги (стационарный слой кускового угля);
2 Винклера (кипящий слой угольных частиц);
3 Копперс–Тотцека (пылеугольный поток);
4 Тексако (водоугольная суспензия) и их различные модификации.
На опытно-промышленном уровне сейчас отрабатывается около 20 технологий газификации угля нового поколения. Эффективность процессов газификации может существенно повышаться при использовании соответствующих катализаторов, позволяющих снижать температуру при сохранении высокой скорости процесса и регулировать состав продуктов.
Воздействие катализатора на процесс газификации твердого топлива иллюстрируется схемой (рисунок 3).
Рисунок 3 – Процесс газификации угля
Катализатор может ускорять как реакции прямого превращения углерода в газообразные соединения (маршрут 1), так и газофазные реакции продуктов термического превращения угля (маршрут 2). До настоящего времени преимущественно разрабатывали процессы каталитической газификации, основанные на ускорении реакции прямого превращения угля в газообразные соединения. В этих случаях для эффективного воздействия катализатора необходимо обеспечить его хороший контакт с твердым сырьем. Для этого используют катализаторы, наносимые на поверхность угля, а также способные плавиться или возгоняться в условиях процесса, проникая в поры угля.
Наиболее распространенными катализатороми процесса газификации углей являются соединения щелочных, щелочноземельных и некоторых переходных (Ni, Fe, Co) металлов.
Среди технологий, проходящих опытно-промышленную отработку, следует выделить в качестве наиболее перспективных:
1 процесс ЭКСОН – каталитическая газификация угля водяным паром в кипящем слое;
2 процесс МОЛТЕН СОЛТ – парокислородная газификация при повышенном давлении и расплаве соды;
3 процесс ПАТГАЗ – газификация при атмосферном давлении в расплаве железа. Применяемые расплавы играют роль теплоносителя и катализатора.
Газогенераторы классифицируются:
1 по роду процесса – газогенераторы для получения:
а) воздушного газа;
б) водяного газа;
в) смешанного газа;
2 по характеру слоя:
а) с плотным слоем;
б) со взвешенным слоем;
в) с «кипящим» слоем;
3 по давлению, при котором протекает процесс:
а) атмосферные;
б) высокого давления;
4 по степени механизации процесса:
а) немеханизированные;
б) полумеханизированные;
в) механизированные.
4.1 Технология Лурги
Наиболее перспективной в настоящее время представляется газификация крупнозернистого топлива в плотном слое методом Lurgi, осуществляемым при повышенном давлении. Этот метод применяется на 16 заводах разных стран мира, на которых эксплуатируется более 60 газогенераторов Lurgi.
В газогенераторе Lurgi (рисунок 3) исходный уголь (размер частиц 5–30 мм) из бункера 2 периодически загружают в шахту 7 газогенератора, снабженную водяной рубашкой 12. При помощи охлаждаемого вращающегося распределителя 5 и перемешивающего устройства 6 топливо равномерно распределяется по сечению аппарата. Парокислородное дутье подают под вращающуюся колосниковую решетку 11, на которой находится слой золы. Этот слой способствует равномерному распределению газифицирующего агента. При вращении колосниковой решетки избыточное количество золы с помощью ножей 8 сбрасывают в бункер 14. Образующийся в аппарате газ проходит скруббер 10, где предварительно очищается от угольной пыли и смолы (в случае необходимости смолу можно возвратить в шахту газогенератора). Вращение распределителя 5 и колосниковой решетки 11 осуществляется от приводов 4 и 9.
