16.Методы переработки твердого топлива

Методы переработки различных топлив. Большое распростране­ние получили процессы пирогенетической переработки топлив, при которых физические и химические превращения протекают при вы­соких температурах. Пирогенетическая переработка топлив может протекать по трем основным направлениям: газификация, гидриро­вание и нагрев без доступа воздуха, называемый также сухой пе­регонкой и пиролизом.

Газификацией топлива называется процесс, при котором органическая часть твердого топлива превращается в го­рючие газы при взаимодействии с воздухом, водяным паром, кисло­родом и другими газами. Газификация позволяет получать из мало­ценного (в частности, многозольного) топлива так называемые гене­раторные газы, которые представляют собой беззольное, тран­спортабельное топливо и сырье для химической промышленности. В зависимости от применяемого для газификации газообразного агента - дутья и режима получают, главным образом, следующие генераторные газы: воздушный, водяной, паровоздушный, паро- кислородный, отличающиеся друг от друга по составу и свойствам.В этих газах могут содержаться горючие компоненты: окись угле­рода, водород, метан. Газификация проводится при 900-1100 С. Высокая температура достигается за счет тепла экзотермических реакций взаимодействия газифицирующих агентов с топливом. Процесс газификации топлива был распространен в промышленно­сти. Однако в настоящее время в связи с усиленным развитием добычи природного и попутного газов и применения их как топлива и сырья химической промышленности в ряде городов и на промышлен­ных предприятиях генераторные газы заменены природными.

Гидрированием топлива, или гидрогениза­цией, называют переработку топлива, при которой под влиянием высокой температуры, при действии водорода и в присутствии ката­лизаторов протекают реакции, приводящие к образованию продук­тов, более богатых водородом, чем сырье. Высокие температуры при гидрировании достигаются нагреванием реагирующих веществ го­рячими газами через стенку и за счет тепла экзотермических реак­ций. Процессы гидрирования используются при переработке жид­ких и твердых топлив.

Сухая перегонка топлива происходит при нагре­вании топлива без доступа воздуха. В результате могут протекать: а) физические процессы, например разделение жидких топлив на фракции по температурам кипения и др., б) химические процессы — глубокие химические деструктивные превращения компонентов топ­лива с получением ряда продуктов. Роль и характер отдельных про­цессов при пиролизе различных видов топлив неодинаковы. В боль­шинстве случаев их суммарный тепловой эффект эндотермический и поэтому для процессов пиролиза необходим подвод тепла извне. Нагрев реакционных аппаратов большей частью производится горя­чими дымовыми газами, которые передают тепло топливу через стенку или же при непосредственном соприкосновении с ним. Сухой перегонке подвергают твердые и жидкие топлива. Сухая перегонка твердых топлив (пиролиз): углей, торфа, древесины, сланцев — сложный процесс, при котором протекают параллельные и последо­вательные реакции. В общем эти реакции могут быть сведены к рас­щеплению молекул, входящих в состав топлива, полимеризации, конденсации, деалкилированию, ароматизации продуктов расщеп­ления и т. п. Качество и количество продуктов, получаемых при пирогепетической переработке различных топлив, неодинаковы и прежде всего зависят от вида перерабатываемого топлива, а затем для каждого топлива от температурных условий, продолжитель­ности пребывания в зоне высоких температур и ряда других факто­ров. При процессах пиролиза получаются твердые, газообразные и парообразные продукты.

2. КОКСОВАНИЕ КАМЕННЫХ УГЛЕЙ. Коксование - метод переработки твердых топлив, преиму­щественно углей, заключающийся в нагревании их без доступа воздуха до 900-1050^оС. Топливо при этом разлагается с образова­нием летучих веществ и твердого остатка - кокса. При постепенном нагревании компоненты угля претерпевают глубокие физические и химические превращения: до 250^оС происходит испарение влаги, выделение окиси и двуокиси углерода; около 300^оС начинается выделение паров смолы и образование пирогенетической воды; выше 350°С уголь переходит в пластическое состояние; при 500-550^оС наблюдается бурное разложение пластической массы с выделением первичных продуктов (газа и смол) и твердение ее с образованием полукокса. Повышение температуры до 700^оС сопровождается даль­нейшим разложением полукокса, выделением из него газообразных продуктов; выше 700^оС преимущественно происходит упрочнение кокса. Летучие продукты, соприкасаясь с раскаленным коксом, нагретыми стенками и сводом камеры, в которой происходит коксо­вание, подвергаются пиролизу, превращаются в сложную смесь паров (с преобладанием соединений ароматического ряда) и газов, содержащих водород, метан и др. Большая часть серы исходных углей и все минеральные вещества остаются в коксе. Таким образом, коксование - это сложный двухфазный процесс, складывающийся из процессов теплопередачи, диффузии и большого количества разнообразных реакций. При коксовании каменных углей в ре­зультате получают следующие продукты: кокс, коксовый газ, ка­менноугольную смолу, сырой бензол, надсмольную воду и соли аммония (большей частью сульфат аммония).

Сырьем для коксования служат спекающиеся угли, которые дают прочный и пористый металлургический кокс, например, кок­сующиеся угли марки К. Однако в промышленной практике соста­вляется смесь — шихта, состоящая не только из коксующихся углей, но и из углей других марок, например шихта из донецких углей имеет примерно следующий состав: газовых углей 20%, жир­ных 40%, коксовых 20% и отощенных спекающихся 20%. Включение в шлихту углей различных марок позволяет расширить сырье­вую базу коксохимической промышленности, получить качествен­ный кокс и обеспечить высокий выход смолы, сырого бензола и коксового газа.