автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Получение синтетического газа газификацией углей в кипящем слое под давлением

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Состояние и перспективы развития газификации за рубежом и в СССР.

1.2. Обоснование метода газификации углей в кипящем слое под давлением.

1.3. Динамика газообразования в процессе газификации твердого топлива

Глава 2. ДИНАМИКА ГАЗООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ГАЗИШИКАЦЙИ УГЛЯ В

КИПЯЩЕМ СЛОЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ.

2.1. Выбор методики экспериментального исследования динамики газообразования.

2.2. Описание установки и методики проведения эксперимента

2.3. Результаты экспериментальных исследований

2.3.1. Влияние скорости дутья на динамику газообразования

2.3.2. Влияние фракционного состава угля на динамику газообразования.

2.3.3. Влияние состава дутья на динамику газообразования

2.3.4. Математическое моделирование процесса газификации угля в кипящем слое под давлением

Глава 3. ПОЛУЧЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКОГО ГАЗА ГАЗйШКАЦИЕЙ УГЛЕЙ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ.

3.1. Газификация углей на паровоздушном дутье с целью получения энергетического газа.

3.1Л. Описание установки и методики проведения эксперимента.

3.1.2. Результаты экспериментальных исследований

3.2. Газификация углей на парокислородном дутье с целью получения технологического газа

Глава 4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СЙНТЕг ТИЧЕСКОГО ГАЗА ГАЗИШКАВДЕЙ УГЛЕЙ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ.

4.1. Экономические показатели производства энергетического газа.

4.2. Экономические показатели производства технологического газа.

Глава 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОМЫШЛЕННОМУ ВНЕДРЕНИЮ ПРОЦЕССА

ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ГАЗА.

ВЫВОДЫ.

На ХХУ1 съезде КПСС большое внимание уделялось вопросам рационального и экономного использования природных ресурсов, совершенствования структуры топливно-энергетического комплекса /I/.

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года* принято решение о разработке и внедрении эффективных методов комплексного использования и переработки твердых и тяжелых жидких топ-лив, а также получения синтетических топлив /2/. Одним из перспективных направлений использования твердых топлив является их газификация.

В современных условиях целесообразность развития газификации угля определяется тем, что применение газа вместо твердого топлива интенсифицирует производственные процессы, повышает производительность и культуру труда, улучшает санитарно-гигиенические условия на предприятиях, обеспечивает резкое сокращение загрязнения окружающей среды, что отвечает решениям ХХУ1 съезда КПСС. Особое значение в современных условиях имеет газификация мелких классов углей, количество которых возрастает в связи с механизацией добычи топлива, а также углей с высоким содержанием серы, позволяющая рационально решать задачи их использования в соответствии с санитарными требованиями по охране природы.

При газификации углей могут быть получены газы различного состава и теплоты сгорания, пригодные для энергетических и технологических целей.

В настоящее время для условий энергетики наиболее рационально и экономически оправдано применение процессов газификации угля под давлением на паровоздушном дутье с получением низкокалорийного газа с последующей очисткой от пыли и сернистых соединений и дальнейшим использованием его в парогазовых установках.

Для осуществления различных технологических процессов в качестве основного сырья применяют смеси окиси углерода и водорода, которые могут быть получены при газификации угля на парокислород-ном дутье. Такие смеси с различным соотношением Н£ : СО используют при синтезах метанола, жидких продуктов в процессе Фишера-Трошпа и при производстве других химических соединений. Смесь водорода и окиси углерода используется в качестве газов-восетанови-телей в металлургической промышленности для прямого получения железа и восстановления цветных металлов. Водород, потребность которого ежегодно возрастает в различных отраслях народного хозяйства, также получают в основном из смесей ^ + СО за счет конверсии окиси углерода.

Поэтому в настоящее время во многих странах все шире развертываются работы по созданию экономически эффективных методов получения синтетического газа из угля. Из существующих методов газификации углей наиболее прогрессивным направлением в области газификации твердого топлива является сочетание кипящего слоя с высоким давлением.

Цель данной работы заключается в изучении процесса получения синтетического газа газификацией угля в кипящем слое под давлением на паровоздушном и парокислородном дутье, исследовании динамики газообразования и определении оптимальных параметров процесса получения энергетического и технологического газа.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые была исследована динамика газообразования при газификации угля в кипящем слое под давлением, составлена математическая модель, позво

- б лившая определить оптимальный режим процесса.

Результаты, полученные в данной работе, были использованы при проектировании первого промышленного образца газогенератора для парогазовой установки с внутрицикловой газификацией твердого топлива мощностью 250 МВт,

выводы

1. Определено влияние скорости, содержания водяного пара в дутье и фракционного состава угля на динамику газообразования в кипящем слое под давлением на паровоздушном дутье; Кипящий слой, как и стационарный, имеет окислительную и восстановительную зоны, но в кипящем слое они более растянуты; Основная роль в процессе газообразования принадлежит восстановительной зоне и, в первую очередь, начальному ее участку. Протяженность зон зависит от ряда факторов, совокупное действие которых приводит к неоднозначным результатам. При увеличении скорости дутья размер зон возрастает:; Уменьшение концентрации водяного пара в дутье приводит к сокращению протяженности зон вследствие усиленного экзотермического эффекта реакции. При увеличении размера частиц угля, обуславливающем одновременно понижение порозности слоя, протяженность зон сохраняется постоянной.

2. Состав газа, получаемого при газификации угля в кипящем слое под давлением, является сложной функцией скорости, состава дутья, размера частиц угля и температуры. С увеличением скорости дутья теплота сгорания газа уменьшается, а с уменьшением концентрации водяного пара в дутье и, следовательно, с повышением температуры - возрастает. С изменением размера частиц угля состав газа меняется незначительно.

3. На основании экспериментальных данных, полученных при изучении динамики газообразования, составлена математическая модель, позволившая определить оптимальные параметры газификации ирша-бородинского угля в кипящем слое под давлением. Наиболее целесообразно газификацию угля в кипящем слое под давлением проводить при степени расширения слоя 1,3-1,4 и-содержании водяного пара в дутье 20-25% об,

4, Установлено влияние состава дутья на газификацию угля в кипящем слое под давлением на парокислородном дутье при получении технологического газа. Показано, что при соотношении о пара к кислороду от 4,7 до 7,2 кг/нм содержание метана в газе не превышает 2,0-2,5%, что позволит исключить стадию конверсии метана при использовании газа для химических синтезов;

5, Технологический газ, получаемый при газификации угля в кипящем слое под давлением на парокислородном дутье, может быть использован для химических синтезов /HgiCO ~ 2,0*3,5/ и производства водорода;/Н^ + СО ~70%/.

Установлено, что для получения газа, пригодного для синтеза метанола, процесс газификации следует проводить при соотноо ' ' шении пара к кислороду 5,2 кг/нм . При этом расход на I кг угля составит: кислорода - 0,29*0,32 нм3, пара - 1,4*1,7 кг; б; На основании полученных оптимальных условий газификации угля в кипящем слое под давлением на паровоздушном и парокислородном дутье выполнен сравнительный технико-экономический расчет производства энергетического и технологического газа; Годовой экономический эффект от производства энергетического газа в газогенераторе кипящего слоя применительно к парогазовой установке мощностью 250 МВт составит 1305 тыс, руб. 7, Определены режимные и расходные показатели газификации ир-ша-бородинского, подмосковного и кузнецкого /0К-11/ углей в кипящем слое под давлением I МПа на паровоздушном дутье. Полученные результаты использованы при проектировании первого промышленного образца газогенератора для парогазовой установки с внутрицикловой газификацией твердого топлива мощностью 250 МВт;