Переработки горючих сланцев Джамского проявления

Шлак, полученный в результате плазмохимической обработки сланцев, представлял собой стекловидную крупнокусковую массу серо-чёрного цвета. Был проведен рентгенофлюоресцентный анализ этого продукта и исходных горючих сланцев на содержание ценных компонентов. Основные результаты этого анализа представлены в табл.4.11.

Несмотря на значительные отклонения в анализе, выявленные при расчёте степени концентрирования элементов и связанные, по-видимому, с различной чувствительностью анализа на индидидуальные элементы, полученные данные могут свидетельствовать о концентрировании ряда ценных элементов в шлаке.

При плазмохимической переработке горючих сланцев, где температура достигает 2800 К, состав газовой фазы представляют в основном синтез-газ с летучими оксидами рения. Схема установки плазмохимической переработки по газовому тракту включала циклон для улавливания пыли и специально предназначенный для извлечения рения адсорбер с насадкой.

Таблица 4.11

Содержание различных элементов в исходном сланце и степень их концентрирования в шлаке плазмохимической переработки (мас.%)

Элемент	Содержание элементов, мас.%
Исходный сланец	Шлак плазмохимической переработки	Степень концентрирования, %
U	0, 025	0, 035	40, 00
Ti	0, 257	0, 385	49, 81
Fe	3, 692	5, 938	60, 83
Mn	0, 008	0, 015	87, 50
Ni	0, 008	0, 010	66, 67
Сu	0.003	0, 008	166, 67
Сr	0, 006	0, 010	66, 67
Si	14, 508	23, 495	61, 95
Р	0, 450	0, 680	51, 11
Аl	4, 712	8, 316	76, 49
К	1, 071	2, 418	125, 77
Са	4, 386	8, 535	94, 60

 

В табл. 4.12 представлены результаты по балансу распределения рения в предварительном эксперименте при плазмохимической переработке 10 кг горючих сланцев в окислительной атмосфере. Анализы образцов насадки и пыли проводили способом экстракционного концентрирования с индуктивно-связанной плазмой и нейтронно-активационным способом.

Был рассчитан баланс одного из самых труднолетучих и ценных компонентов горючих сланцев – урана.

Результаты по балансу распределения урана при переработке 800 кг исходных горючих сланцев представлены в табл. 4.13.

Таким образом, плазменная газификация сланцев Джамского проявления, показавшая, что его органическая часть в процессе газификации даёт высокий выход синтез-газа (96%), а минеральная часть превращается в твёрдый остаток с высоким концентрированием редких и рассеянных элементов, явилась ярким примером комплексной эффективной малоотходной технологии, соответствующей одному из основных требований современной химии.

 

Таблица 4.12

Баланс распределения рения в продуктах плазмохимической

Переработки горючих сланцев

 

Образец	Масса, кг	Концентрация рения, мг/г	Содержание рения в образцах
мг	% к исходному
Исходные горючие сланцы		1, 0.10-3	10, 0	100, 0
Насадка, в том числе	6, 87		8, 84	88, 4
Верхний слой	2, 73	5, 0.10-4	1, 36	13, 6
Средний слой	2, 10	5, 0.10-4	1, 08	10, 6
Нижний слой	2, 04	3, 16.10-3	6, 42	64, 2
Пыль, в том числе**:	0, 016		1, 89.10-1	1, 9
Из циклона на тканевом фильтре (1)	0, 005	(4, 0.10-2)* 1, 83.10-2	(0, 2)* 9, 15.10-2	0, 9
Из циклона на тканевом фильтре (П)	0, 011	(4, 0.10-2)* 8, 89.10-2	(0, 44)* 9, 78.10-2	1, 0
Шлак:		Не обнаружено	0, 0
Всего:			90, 3
Потери рения			9, 7

*Содержание рения по паспорту.

**Содержание рения по нейтронно-активационному анализу.

 

Таблица 4.13

Баланс распределения урана в продуктах плазмохимической

Переработки горючих сланцев

Продукты термообработки	Количество образовавшихся продуктов, кг	Содержание урана в продуктах	Выход урана, %
кг	%
Исходный сланец	800, 0	0, 20	0, 025	100, 0
Шлак	514, 0	0, 18	0, 035	90, 0
Пыль в циклоне	0, 6	0, 00	0, 000	-
Потери	-	0, 02	-	10, 0
Всего	-	-	-	100, 0

 

Таблица 4.14.

Сравнительная оценка различных способов получения водорода по сырьевым и энергетическим расходным показателям^*)

 

Наименование процесса	Исходное сырьё	Исходное топливо	Расход электроэнергии в % от суммарного расхода энергетических средств	Суммарный расход энергетических средств**)	Энергетический КПД процесса
Электролиз воды (нормвльное давление)	Вода	Электроэнергия	100, 0	23, 0	17, 0
Электролиз воды (давление 10 атм)	Вода	Электроэнергия	100, 0	18, 0	23, 0
Парокислородная газификация бурого угля в кипящем слое	Бурый уголь, пар (Н2О), кислород	Бурый уголь	12, 0	15, 0	27, 0
Парокислородная газификация мазута (нормальное давление)	Мазут, пар, кислород	Мазут	15, 0	13, 0	31, 0
Парокислородная газификация мазута (давление 20 атм)	Мазут, пар, кислород	Мазут	12, 0	12, 0	35, 0
Металлопаровая конверсия природного газа в движущемся слое контакта (нормальное давление)	Природный газ	Природный газ	13, 0	11, 0	37, 0
Парокислородная газификация кокса (нормальное давление)	Кокс, пар, кислород	Кокс	16, 0	11, 0	38, 0
Парокислородная конверсия природного газа в кипящем слое катализатора	Природный газ, пар, кислород	Природный газ	11, 0	10, 0	42, 0
Паровая конверсия природного газа в трубчатых печах (нормальное давление)	Природный газ, пар	Природный газ	10, 0	9, 0	44, 0
Термическое разложение метана в аппаратах периодического действия (нормальное давление)	Природный газ	Природный газ	15, 0	7, 0	56, 0
Циклический процесс разложения воды с циркулирующими ртутью и НВr (процесс Марк-1), использование тепла атомного реактора	Вода	Уран	5, 0	7, 0	58, 0
Парокислородная конверсия природного газа в кипящем слое катализатора с циркулирующим теплоносителем	Природный газ, кислород	Природный газ	10, 0	7, 0	61, 0
Паровая конверсия природного газа в трубчатых печах (давление 20 атм)	Природный газ	Природный газ	9, 0	7, 0	62, 0
Плазменная пароводяная газификация бурого угля	Водяной пар и уголь	Уголь и электроэнергия	51, 0	8, 0	64, 0
Плазменная парокислородная газификация бурого угля	Водяной пар, кислород, уголь	Уголь и электроэнергия	32, 0	7, 0	73, 0

^*Расходы сырья и основных энергетических средств (т.у.т) в расчёте на 1 т Н₂ (чистота 98%, давление 60 атм).

^**Топливо плюс топливный эквивалент сырья, соответствующий современным энергетическим нормам.

 

Газификация углеродсодержащего сырья в плазме может также рассматриваться как один из способов получения водорода. Еще в конце 70-х гг. XX в. был выполнен сопоставительный расчёт 15 способов получения водорода, который показал преимущество плазменного способа по сырьевым и энергетическим расходным показателям. Данные этих расчётов представлены в табл. 4.14.

Наглядным примером плазменной газификации углеродсодержащих соединений является промышленная установка гибкого типа для переработки углеродсодержащих отходов в синтез-газ с использованием плазмы. Схема этой установки представлена на рис. 4.9. Установка предназначена для производства водорода способом плазмохимической переработки органических отходов широкого углеводородного диапазона производительностью до 700 т/год по сырью.

 

Рис. 4.9. Схема получения синтез-газа из углеводородного

сырья плазменным способом:

1 – источник; 2 – пароперегреватель; 2' – запасной пароперегреватель; 3 – плазмотрон; 3'– запасной плазмотрон; 4 – камера смешения; 5 – форкамера; 6 – реактор; 7 – труба Вентури; 8 – сепаратор

 

Принцип действия плазменного модуля заключается в следующем. Генерируемый в пароводяном плазмотроне 3, мощностью 500 кВт каждый, высокотемпературный поток частично ионизированного водяного пара со среднемассовой температурой 3200 К и расходом 108 кг/ч поступает в камеру смешения 4, в которую также поступает поток газообразных углеводородных отходов с расходом 60, 3 кг/ч через систему отверстий тангенциально к плазменному потоку. После предварительного перемешивания в камере смешения 4, перемешивание реагентов продолжается в форкамере 5 с одновременным протеканием эндотермической реакции конверсии. Завершается процесс конверсии в имеющем футеровку плазмохимическом реакторе 6 с температурой стенок порядка 1700 К.

Реакционный поток из плазмохимического реактора 6 поступает в водоохлаждаемый канал форкамеры и трубу Вентури 7, где происходит его интенсивное охлаждение за счет испарения и нагрева воды, подаваемой через форсунку. Для предотвращения капельного уноса из трубы Вентури в плазменном модуле установлен охладитель-сепаратор 8 и система вентилей, позволяющих в период разогрева футеровки реактора и при отклонениях от рекомендованных параметров процесса направлять газы на свечу.

Регулирование температуры газов на выходе из плазменного модуля в пределах 400-450^оС осуществляется за счет изменения расхода воды в форсунку трубы Вентури 7. Реакторная часть плазменного модуля заканчивается запорной арматурой.

Основной аппарат плазменного модуля – плазмохимический реактор имеет высоту около 2 м, диаметр около 1, 3 м. Габариты плазмотрона: длина 0, 8-1, 0 м, диаметр 0, 6-0, 7 м и КПД 0, 75-0, 8. Энергозатраты на производство синтез-газа с учетом всех теплопотерь составляют 4, 03 кВт.ч/кг или 1, 875 кВт.ч/м³. Степень конверсии углеводородных отходов – более 99%.

Газодисперсный поток реакционной смеси, поступающий на постплазменную стадию (конверсия, очистка и разделение) характеризуется следующими параметрами:

- расход потока 293 кг/ч (424 м³/ч);

- температура потока 700 К (427^оС);

- давление 0, 1 МПа;

- содержание высокодисперсной сажи 8 г/м³

- состав газовой фазы потока Н₂ 37, 8±2; СО 18, 1±1;

реакционной смеси (мол.%): СН₄ 0, 4±0, 2; С₂Н₂ 0, 3±0, 2

Н₂О 42, 4±4; С_конд. 1, 0±0, 5.

 

Требуемое соотношение Н₂: СО может регулироваться изменением рабочих параметров плазмотрона, а также изменением соотношения плазмообразующего газа (водяного пара) и исходного сырья (углеводородных отходов).

Постплазменная стадия состоит из конверсии СО, улавливания технического углерода (сажи) и очистки водорода от примесей. Конверсию СО в СО₂, сопровождающуюся получением дополнительного количества водорода, а также улавливание сажи проводится традиционными способами. Очистка водорода производится металлогидридным способом извлечения водорода из водородсодержащего потока. Этот способ обеспечивает получение водорода сверхвысокой чистоты. Он основан на способности некоторых металлов и сплавов образовывать при адсорбции водорода гидриды, которые легко разлагаются при определённых условиях, выделяя водород. Металлогидридный способ извлечения и очистки водорода отличается сравнительной простотой, безопасностью и незначительными энергозатратами.

Плазменная установка гибкого типа не только позволяет обезвреживать органические отходы широкого диапазона, но и производит водород необходимой чистоты для нужд региональной промышленности.

В ряде стран (Швеция, США, ЮАР и др.) ещё в начале 80-х гг. прошлого века уже были реализованы проекты по производству конвертированного газа плазменным способом. Так в ЮАР построен завод по получению губчатого железа (250-300 тыс. т/год), на котором использован плазменный реактор мощностью 40 МВт для производства синтез-газа из отходящих доменных газов и газов, получаемых при переработке угля. Применение плазменной технологии при выплавке стали сокращает потребление кокса в расчёте на 1 т железа с 500 до 50 кг в результате замены значительной части кокса дешёвым углём.

На обычных установках восстановительной металлургии синтез-газ получают паровой конверсией природного газа; применение плазмы снижает его расход на 50%, устраняет необходимость в сероочистке и сокращает пускоостановочные операции.

Разработан плазменный генератор, пригодный для конверсии различного сырья (угля, мазута, полукокса, биомассы) в синтез-газ требуемого состава (от 43 до 62% СО и от 55 до 35% Н₂ при содержании СО₂ не более 3%). Уголь газифицируется в плазменном реакторе при температуре 1400^оС, синтез-газ проходит через колонну, заполненную горячим коксом для регулирования содержания в газе СО₂ и воды. Потребление энергии плазменным генератором при получении газа с высоким содержанием СО не превышает 7-10% от общего энергопотребления в процессе. Можно получить также синтез-газ с повышенной концентрацией водорода (до 30-40%), но процесс будет экономичен только при весьма дешёвой электроэнергии.

При плазменной газификации угля в отсутствие кислорода среди конечных продуктов не образуются такие вредные для окружающей среды выбросы, как оксиды азота и серы, полициклические и ароматические углеводороды, диоксин. Твёрдый остаток газификации выводится из реактора в виде расплавленного шлака. Шлак гранулируется при быстром охлаждении водой с получением стекловидного продукта, содержащего в связанном виде соли тяжёлых металлов: никеля, ванадия, хрома, кобальта, железа. Эти соли не выщелачиваются водой, поэтому шлаковые выбросы не вызывают загрязнения грунтовых вод.

Разработан процесс получения топливного газа из угля, торфа и различных органических отходов (в том числе из автопокрышек). Стоимость такого топлива сопоставима со стоимостью импортируемой в США нефти.

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Биомеханика — наука, которая изучает механическое движение в животных организмах, его причины и проявления.
2. Вопрос №30. Особенности тушения пожаров на предприятиях переработки древесины, проведение АСР при ликвидации последствий ЧС. Правила охраны труда.
3. Глобальные проблемы современности и специфика их регионального проявления.
4. Заболевания со сходными рентгенологическими проявлениями
5. И строительными конструкциями из горючих материалов
6. Интеллектуальная сфера личности и ее проявления при занятиях физической культурой и спортом.
7. Интенсивность проявления характера Н - средние, нормальные характеры; А - акцентуированные характеры, где а - скрытая акцентуация, б - явная акцентуация; П - патология характера (психопатия)
8. Клинические проявления нарушений мозгового кровообращения.
9. ЛИНГВОКУЛЬТУРОЛОГИЯ – это наука, возникшая на стыке лингвистики и культурологии и исследующая проявления культуры народа, которые отразились и закрепились в языке.
10. Методы переработки пластмасс в высокоэластичном состоянии.
11. Нормы этикета - это правила поведения, касающиеся внешнего проявления отношения к людям, причем отношения благоприятного, располагающего к общению.
12. Общие сведения о чрезвычайных ситуациях и их проявлениях