книги из ГПНТБ / Иоффе, Вениамин Борисович. Основы производства водорода

генераторный газ, в смеси с швельгазом, отводимым из верхней части реторт, а также воздух, необходимый для горения газа, направляются через рекуператор 4 на отопление реторт.

Из обогревательных каналов 5 продукты горения поступают в рекуператор 4, где их физическое тепло используется для пред­ варительного нагрева газов, направляемых на отопление реторт. Пройдя затем сушильную камеру 2, продукты горения выбрасы­ ваются в атмосферу.

в каждом. Производительность каждой реторты — 500—600 нм3 газа в час.

Состав получаемого газа зависит как от температурного ре­ жима, так и от расхода пара. С повышением температуры процесса и увеличением расхода пара содержание водорода в газе возра­ стает, а метана — снижается. При этом увеличивается такжевыход газа.

90 Глава V

Следует отметить, что при данном способе легко получается газ с соотношением СО : Нг = 1 : 2 , который после охлаждения и очистки вполне пригоден для непосредственного использования в процессе синтеза бензина.

На 1 т буроугольного брикета в среднем получается 1340 нм3 синтез-газа. Выход кокса составляет ~ 240 кг/т брикета. На обо­ грев реторт расходуется ~ 1250 ккал на 1 нмъ синтез-газа. При этом часть тепла на обогрев реторт покрывается газификацией остаточного кокса. К. п. д. процесса находится в пределах 60— 70%.

§ 7. Процессы получения водяного газа с использованием парокислородного дутья

Применение кислорода в газогенераторах с плотным слоем топлива и сухим удалением золы

При применении парокислородного дутья в обычных газоге­ нераторах водяного газа с плотным слоем топлива и сухим уда­ лением золы процесс из периодического превращается в непре­ рывный, что приводит к упрощению обслуживания газогенератора, увеличению его производительности и повышению к. п. д. гази­ фикации.

Увеличение производительности газогенератора при непре­ рывной его работе объясняется прежде всего тем, что в этом

•случае отпадает необходимость в разогреве и продувке газогенера­ тора, а также в переключении клапанов и задвижек, на что в пери­ одическом процессе приходится затрачивать до 30% от общего фонда рабочего времени, отводимого на процесс.

Повышение к. п. д. процесса при Непрерывной газификации находится в связи с тем, что в этом случае отсутствуют потери тепла, неизбежные во время разогрева и продувки газогенератора при циклической его работе.

При применении в качестве дутья парокислородной смеси конструкция обычного слоевого газогенератора (с плотным слоем топлива) остается без изменений, а схема газогенераторной стан­ ции упрощается. В этом случае отпадает необходимость в газ­ гольдере водяного газа, в переключающих задвижках и клапанах, а также в устройствах, расположенных по тракту воздушного дутья. Вместо воздуходувок (при отсутствии достаточного напора в линии, идущей от источника кислорода) устанавливаются кислорододувки.

В связи с сильно экзотермическими реакциями углерода то­ плива с кислородом дутья в газогенераторе развиваются высокие температуры. Поэтому необходимо, чтобы подаваемый совместно с, кислородом водяной пар Не только химически взаимодействовал

с раскаленным углеродом, но и «охлаждал» бы его физическим путем за счет своего перегрева. Степень разложения пара в дан­ ном процессе, как правило, Не превышает 40—50%.

Характерным свойством водяного газа, получаемого при паро­ кислородном дутье, является увеличенное содержание в Нем углекислоты, что можно поставить в связь с более глубоким окис­ лением углерода в этом процессе и наличием избытка водяного пара, влияющего на сдвиг равновесия реакции (V-4) вправо.

Вотличие от периодического способа газификации с паровым дутьем при газификации с применением парокислородного дутья исходным топливом могут служить не только кокс, полукокс или антрацит, Но и многие сорта других топлив, как, например, бурые и каменные угли (в горючей массе которых заключается большая доля летучих) с повышенным содержанием золы и влаги.

Втабл. 28 приводятся показатели опытной газификации бу­

рых углей и кокса на парокислородном дутье.

Таблица 28

Показатели газификации бурых углей и кокса на парокислородном дутье [6]

Из табл. 28 явствует, что расход пара с повышением влажности исходного топлива уменьшается. Это объясняется тем, что при газификации влажного сырья много тепла расходуется на испаре­ ние воды из топлива и поэтому потребность в «охлаждающем» паре соответственно сокращается. Из рассмотрения табл. 28 можно сделать вывод, что расход кислорода на 1 нм3 СО + Нг с увели­

чением содержания летучих в топливе не повышается, а, пожалуй,, даже снижается. Данное обстоятельство можно поставить в связь

сналичием кислородных соединений в составе летучих компонен­ тов топлива. Таким образом, более дешевые низкосортные топлива

сбольшим содержанием влаги и летучих, несмотря на меньший выход газа по сравнению с высокосортными, должны представить значительный интерес для получения из Них водяного газа мето­ дами парокислородной газификации.

Допустимое напряжение сечения шахты газогенератора с плот­ ным слоем топлива при работе на коксе составляет около

600 кг/м2* час.

Достоинствами способа газификации топлив с парокислород­ ным дутьем следует считать: а) непрерывность процесса; б) воз­ можность переработки многих низкосортных топлив; в) сравни­ тельно высокий к. и. д. процесса.

Основным недостатком процесса является дороговизна приме­ няемого кислорода х).

Получение водяного газа в газогенераторах с жидким шлакоудалением

В газогенераторах с жидким шлакоудалением процесс ведется обычно в плотном слое при температурах выше точки плавления золы, что позволяет использовать в этом процессе топлива с легко­ плавкой золой. Высокие температуры (1500—1600° С) в нижней части газогенератора обеспечиваются применением в качестве газифицируемого реагента кислорода (в смеси с водяным паром). В случае направления получаемого газа на производство аммиака кислород в составе дутья может быть заменен воздухом, обогащен­ ным кислородом.

При высоких температурах, имеющих место в нижней части газогенератора, зола расплавляется, переходит в жидкое состоя­ ние и в виде жидкого шлака удаляется из газогенератора.

В этом процессе пригодно только неспекающееся или малоспекающееся кусковое топливо, обладающее высокой механиче­ ской прочностью и термической стойкостью. Наличие в перераба­ тываемом топливе мелочи (< 20 мм) ухудшает ход процесса2).

0 Следует отметить, что производство кислорода связано с существен­ ным расходом электроэнергии. Так, на получение 1 нм3 кислорода при произ­ водительности кислородного цеха 8000—10000 нм3 кислорода в час затра­ чивается около 0,45 квт-ч. Значительны также капиталовложения в кисло­ родный цех, которые составляют даже для цехов большой производительности

с жидким шлакоудалением позволяет применять топливо крупностью 10— 50 мм.

в жидком состоянии следует считать каменноугольный кокс, тощие каменные угли, каменноугольный и буроугольный полу­ кокс.

Для поддержания образующегося шлака в жидком состоянии к топливу добавляют различные флюсы, преимущественно изве­ стняк или твердый шлак, предварительно выпущенный из газо­ генератора. С этой точки зрения подходящим сырьем для данного процесса является топливо с повышенным содержанием минераль­ ных веществ.

Непременным условием ведения процесса газификации с жид­ ким шлакоудалением является поддержание высоких температур в зоне расплавления золы, что достигается безотказным поступле­ нием в газогенератор необходимых количеств кислорода. Сниже­ ние рабочей температуры в зоне расплавления золы может при­ вести не только к нарушению режима, но и к выводу из строя самого газогенератора.

Характерной особенностью процесса является невысокий рас­ ход пара. Это объясняется тем, что в данном случа» нет нужды использовать пар для снижения температуры процесса. Наоборот, в данном процессе, когда необходимо поддерживать высокие рабочие температуры, избыточное количество пара может оказать даже Неблагоприятное влияние, так как потребует соответствую­ щего увеличения расхода кислорода. Прямым следствием весьма умеренного расхода пара является то обстоятельство, что газ, получаемый в этом процессе, содержит сравнительно немного водорода и большое количество окиси углерода. В отличие от спо­ собов с относительно невысокой температурой газификаций соот­ ношение Нг : СО в газе в данном случае составляет всего 0,3—0,5.

Газогенератор с жидким шлакоудалением представляет собой вертикальную шахту, сечение которой в горне меньше, чем в верх­ ней ее части. Газогенератор изнутри облицован огнеупорным кирпичом *2), причем основание генератора футеруется специаль­ ным необуглероживающимся кирпичом 2).

Парокислородная смесь вводится в горн через ряд фурм, рас­ положенных обычно на одном или двух уровнях по всему пери­ метру газогенератора. В Некоторых конструкциях водяной пар вводится отдельно от кислорода через фурмы, расположенные выше фурм для впуска кислорода. Общий вид газогенератора

сжидким шлакоудалением дан на рис. 11.

Сцелью сообщения дополнительного количества тепла нижняя часть газогенератора иногда оборудуется горелками, куда, кроме парокислородной смеси, подводится также горючий газ.

J)Во избежание перегрева металлический кожух газогенератора часто охлаждают непосредственным орошением водой его наружных стенок.

2)Это необходимо для устранения связывания шлака углеродом.

К недостаткам процесса следует отнести: а) жесткие' требования к исходному топливу; б) относительно высокий рас­ ход дорогостоящего кислорода; в) сложность обслуживания газо­ генератора с выпуском шлака в жидком виде.

Газификация твердых топлив под давлением с применением парокислородного дутья (способ Лурги)

Способ Лурги был первоначально разработан с целью получе­ ния высококалорийного (Q = 4000—4500 ккал/нм3) и сжатого газа, пригодного для транспортировки на дальние расстояния и для использования его в быту.

Давление}ата

плива под давлением 20—30 атм на парокислородном дутье. Давление благоприятствует реакциям образования метана

(V-5), (V-6), (V-7) и (V-8), а также сдвигает равновесие реакции (V-3) в левую сторону. Наличие в дутье кислорода ведет к более

ного газов в зависимости от давления, применяемого при гази­ фикации бурого угля [8].

После удаления СОг концентрация СШ в газе еще более воз­ растает. Газ с высоким содержанием СШ, хотя и удовлетворяет

96 Глава V

требованиям на высококалорийное топливо, но Не может рассмат­ риваться как сырье для непосредственного производства из него (путем конверсии СО) чистого водорода, необходимого для многих каталитических процессов. Удаление же СШ связано с дополни­ тельной достаточно сложной обработкой газа.

Все же некоторые достоинства способа (получение газа под давлением, возможность использования низкосортных топлив, относительно небольшой расход Ог и др.) привели к тому, что процесс газификации под давлением На парокислородном дутье стал в отдельных случаях применяться как для получения син­ тез-газа, так и для производства азотоводородной смеси.

Принцип способа аналогичен газификации топлива в плот­ ном слое в газогенераторах без давления с сухим удалением золы, хотя состав продуктов газификации здесь получается иным.

В данном процессе могут быть переработаны многие сорта топлив с большим содержанием влаги и золы. При газификации под давлением на парокислородном дутье могут быть использо­ ваны бурые угли, битуминозные каменные угли и Некоторые другие топлива, Не обладающие сильно спекающимися свойствами. П успехом может применяться мелкозернистое топливо, размером 2—10 мм, что неприемлемо для газогенераторов плотного слоя, работающих под атмосферным давлением. Может газифициро­ ваться также топливо более крупного класса (до 25—30 мм). Возможность применения еще более крупных классов ограничи­ вается во многих газогенераторах этого типа конструкцией за­ грузочного устройства, не рассчитанного на пропуск крупных кусков топлива.

Использование в данном процессе пылевидного топлива или мелочи < 2 мм нежелательно, так как при этом существенно ухудшаются показатели процесса газификации.

По данным Данулата [8], содержание влаги и золы в топливе допускается до 40%.

Газогенератор под давлением представляет собой вертикаль­ ный цилиндрический стальной сосуд со сферическими крышкой и днищем (рис. 14). Корпус газогенератора 2 заключен в парово­ дяную рубашку, соединенную с паросборником 6. Для питания газогенератора топливом предусмотрена специальная загрузоч­ ная коробка 3, снабженная двумя затворами колокольного или другого типа. К загрузочной коробке подведены газопровод вы­ сокого давления и газопровод низкого давления, соединяемый обычно с газгольдером. Такое устройство загрузочной коробки обеспечивает возможность загрузки топлива на ходу газогене­ ратора.

В нижней части газогенератора размещается колосниковая решетка 4. Колосниковая решетка вращается при помощи привод­ ного устройства 8, вал которого пропущен через днище газогене-

в трубчатых холодильниках 3 до 20—30° С, в результате чего конденсируются пары смолы и воды. Охлажденный и освобожден­ ный от смолы газ поступает в масляный скруббер 4, в котором происходит абсорбция газового бензина поглотительным маслом. Далее газ направляется в скруббер водной промывки 5, в котором из газа улавливается основное количество углекислоты и серово­ дорода. Для практически полной очистки от сероводорода газ. пропускается через башни сухой сероочистки 6. После вышеука-

Ш

занной очистки газ пригоден для транспортировки на дальние расстояния и применения в качестве промышленного и бытового топлива. Однако при использовании его для целей синтеза газ должен быть дополнительно очищен от органических соединений серы и смолообразователей, а в ряде случаев также от метана.

Для очистки газа, находящегося под давлением, может быть применен так называемый «ректизольный» способ, позволяющий на одной установке удалить из газа все основные примеси, за исключением метана. (Подробное описание указанного способа приведено в главе XIV).

При газификации под давлением на парокислородном дутье по сравнению с газификацией без давления значительно повы­ шается концентрация газифицирующих реагентов (водяного пара и кислорода), в связи с чем заметно возрастает скорость реакций