4.2.2 Способы переработки твердого топлива

При нагревании в различных условиях ископаемые угли и другие виды твердого топлива претерпевают сложные превраще­ния, ведущие к образованию новых твердых, а также жидких и газообразных продуктов.

Методы переработки твердого топлива подразделяются на че­тыре основные группы: газификация, гидрирование, термическое растворение, сухая перегонка, или пиролиз.

Газификация- процесс превращения твердого топлива в го­рючие газы под действием газифицирующих агентов. В качестве газифицирующих агентов применяют воздух, кислород, водород, водяной пар, а также их смеси. При газификации топливо превра­щается в генераторные газы и золу. Состав генераторных газов в значительной степени определяется применяемым газифицирую­щим агентом. Генераторный газ бывает: воздушный - СО- 30 %,

Н₂ ~ 5 %, СО₂ - 4 %, СН₄ - 1 %, N₂ - 60 %; водяной - СО -36 %, Н₂ - 50 %, СО₂ - 8 %, N₂ - 6 %; смешанный - СО - 30 %, Н₂ - 16 %, СО₂ - 4 %, СН₄ - 2 %, N₂ - 48 %; парокислородный - СО - 66 %, Н₂ - 31 %, СО₂ - 1 %, СН₄ - 1 %, N₂ - 1 %..

Изменить состав образующегося при газификации газа, в час­тности соотношение СО и Н₂, можно путем его последующей пе­реработки.

Гидрирование, или деструктивная гидрогенизация- это тер­мическое разложение угля с образованием соединений более бога­тых водородом, чем сырье, протекающее под высоким давлением водорода (20-70 Мпа) и в присутствии катализаторов. В качестве катализаторов этого процесса могут быть применены различные системы на основе молибдена, вольфрама, железа, хрома и т.д.

Целью процесса гидрирования является получение макси­мального количества жидких продуктов. Гидрирование также можно проводить с целью получения газа с высокой теплотой сго­рания- аналога природного газа.

Термическое растворение (сжижение)- это воздействие на измельченное топливо (уголь) органических растворителей в облас­ти температур начала его термического разложения (340-380°С; 2,0-15,0 МПа). При этом часть органической массы топлива подвергается расщеплению и переходит в раствор, который почти не содержит минеральных примесей и обладает большей реакци­онной способностью, чем исходное топливо. Эта часть топлива называется "сжиженным" углем, ее можно использовать для по­лучения специальных видов кокса, углеродистых материалов, пластмасс и т.д.

Сухая перегонка, или пиролиз, или коксование- это процесс термического разложения топлива без доступа воздуха. Сухая пе­регонка может быть двух видов: коксование - высокотемператур­ное (1000°С) разложение углей без доступа воздуха. Основная цель- получение металлургического кокса, побочно используют все остальные продукты; полукоксование - низкотемпературное (до 550°С) разложение углей без доступа воздуха, основная цель- получение смолы, которую перерабатывают на жидкое топливо.

Для получения металлургического кокса пригодны угли, кото­рые в процессе высокотемпературного (1000 °С) разложения спо­собны спекаться и давать в остатке твердую, прочную, пористую или плотную массу- кокс. В нашей стране около 25 % добывае­мых углей подвергается коксованию. Лучшими являются коксую­щиеся каменные угли с невысокой зольностью, так как зола пере­ходит в кокс с возможно меньшим содержанием серы и фосфора, отрицательно влияющих на качество выплавляемых металлов.

Наряду с каменноугольным коксом в доменных печах, вагран­ках, кузнечных горнах, в химическом производстве используют торфяной кокс, который получают коксованием торфа при темпе­ратуре около 600°С. Большим преимуществом торфяного кокса перед каменноугольным является его высокая реакционная спо­собность, а также незначительное содержание серы и отсутствие фосфора, что повышает качество выплавляемого металла.