Лекция 1 Энерготехнологическая переработка низкосортных топлив

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Дисциплина FHOEP 5308 «Физико-химические основы и энерготехнологии переработки низкосортного топлива»

Модуль STT 5 «Системы тепло и топливоснабжения»

Специальность 6М071700 – «Теплоэнергетика»

Факультет энергетики, автоматизации и телекоммуникации

Кафедра «Энергетические системы»

Лекция 1 Энерготехнологическая переработка низкосортных топлив

Формирование исходных знаний

Твердое, жидкое и газообразное топливо для получения высоко-качественных топлив подвергают химической и термохимической обработке. Основным сырьем для обработки твердых топлив являются высоковлажные бурые угли, высокозольные сланцы и дешевые каменные угли. При переработке твердого топлива получают искусственные жидкие моторные топлива со свойствами бензина и дизельного топлива, энергетическое газообразное топливо.

Изучение нового материала

Под энерготехнологической переработкой твердых топлив, в основном низкосортных бурых углей, понимают их химическую и термохимическую обработку с целью получения высококачественных топлив: твердого, жидкого и газообразного. Основным сырьем энерготехнологической обработки твердых топлив являются высоковлажные бурые угли месторождений с открытой добычей, имеющие выход летучих V ^d^а^f=35 - 70 %, а также высокозольные сланцы V ^d^а^f=50 - 90 % и дешевые каменные угли месторождений с открытой добычей с V^dаf 40 - 45 %. Энерготехнологическая переработка твердых топлив позволяет получить искусственные жидкие моторные топлива со свойствами бензина и дизельного топлива, энергетическое газообразное топливо, а также твердое топливо с высокой теплотой сгорания [3].

Методы энерготехнологической переработки твердого топлива классифицируют [3]:

а) по характеру среды, в которой топливо подвергается деструкции (разложению): с нейтральной или восстановительной средой (пиролиз топлива); с окислительной средой (газификация топлива); со средой водорода (гидрогенизация).

б) по тепловым условиям, при которых протекает деструкция: низкотемпературный процесс (до 400°С); среднетемпературный процесс (400 - 700°С); высокотемпературный процесс (900°С и выше).

Пиролиз твердого топлива - это процесс деструкции (распада) молекул органического вещества твердого топлива при нагревании его без доступа кислорода. В зависимости от температуры процесса пиролиз топлива подразделяют: на бертинирование (до 300°С), полукоксование (400-600°С) и коксование (900°С и выше). В процессе бертинирования из твердого топлива (угля или торфа) выделяются пары воды и сорбированные поверхностью топлива газы (СО₂, СН₄, иногда воздух); твердое вещество топлива разлагается незначительно, но его поверхность становится более активна к процессам окисления. Теплота сгорания топлива повышается пропорционально снижению в топливе содержания влаги и сорбированных газов. При температурах выше 300°С начинается деструкция твердой массы топлива; в результате распада молекул топлива из него выделяются летучие вещества - жидкие углеводородные соединения и горючие газы [3, 4].

При температурах 400-600°С (процесс полукоксования) из топлива выделяются первичная смола (по свойствам сходная с нефтью), первичные газы, содержащие Н₂- 10 - 30%, СН₄- 33 - 40%, С0₂- 5 - 15%, СО - 5 - 8 % с теплотой сгорания ~ 23 - 30 МДж/м³ и твердый углеродный остаток (полукокс) с выходом летучих 8 - 12%. При температурах 900°С и выше (процесс коксования) происходит более глубокая деструкция не только исходного топлива, но и первичных продуктов его разложения. Выход жидких углеводородов (смолы) сокращается с 10 - 12 до 2, 5 - 5, 5%, но увеличивается до 15% начальной массы топлива (угля) выход газообразных углеводородов с теплотой сгорания 17 - 19 МДж/м³.

Процесс коксования применяется в промышленности для получения металлургического кокса из коксующихся углей (марок К, СС, С, Г, Ж) и ценных углеводородных соединений для химических производств как побочного продукта. Процесс полукоксования пригоден для производства энергетических топлив. Основанный на нем метод высокоскоростного пиролиза ЭНИНа позволяет при нагреве низкосортного бурого угля (с 15, 5 МДж/кг) - до 590°С получить высокореакционный полукокс (с 27-28 МДж/кг), смолу - сырье для моторных топлив (с 36-38 МДж/кг) и газ (с 14, 5-17 МДж/м³). Таким образом, из низкосортного угля получают высококачественное твердое топливо, сырье для моторных топлив и газообразное топливо [3].

Процесс термической переработки угля путем его пиролиза при меньших температурах (450-470°С) позволяет получить один вид энергетического топлива - облагороженный уголь с высокой теплотой сгорания. Такой процесс - процесс производства термоугля, разработанный в Институте горючих ископаемых, заключается в высокоскоростном нагреве угля в вихревых камерах до температуры 450-470 °С, во время которого из него выделяются вся влага и 5-8 % летучих, используемых в процессе для обеспечения необходимых тепловых условий его протекания. Полученный продукт - термоуголь (с теплотой сгорания 26, 5-27 МДж/кг вместо 12, 5-13, 8 МДж/кг в исходном угле) является высококачественным энергетическим топливом [3].

Энерготехнологическую переработку твердых топлив в окислительной среде (в воздухе, кислороде, водяном паре) называют газификацией топлива. Газификация угля - это термохимический процесс превращения угля, чаще углеродного остатка угля, в горючие газы путем обработки его в среде воздуха, кислорода и водяного пара. Процесс газификации, ведут в среде воздуха и водяного пара, кислорода и воздуха (автотермические процессы) в среде только водяного пара (процесс требует подвода теплоты извне для обеспечения необходимых для химической реакции тепловых условий). Газификацию угля проводят при атмосферном и повышенном давлениях. Чем выше давление, тем больше в получающемся газе содержится водорода и тем меньше окиси углерода. С повышением давления растет производительность газогенераторов.

Технологически газификация угля организуется: в плотном слое, кипящем слое, в потоке. Широкое распространение получила газификация водоугольных суспензий (высококонцентрированной смеси мелких частиц угля с водой).

Газификация угля в плотном слое (процесс Лурги и др.) ведется при температурах 1000 - 1200°С с твердым шлакоудалеиием и выше 1400 °С с жидким шлакоудалением; газификация угля в кипящем слое при температурах до 1000 °С - с твердым шлакоудалением, а в потоке (процесс Копперс - Тотцек и др.) при температурах выше 1500°С- с жидким шлакоудалением [3].

Для получения из угля искусственного жидкого топлива энерготехнологическую обработку угля проводят в среде водорода. Процессом такого типа является гидрогенизация угля - комплекс реакций угля с водородом при повышенных температурах и давлении в присутствии катализатора, сопровождающихся разрывом углеродных связей в угле и присоединением водорода. При гидрогенизации угля процесс протекает при температуре 450 - 480°С и давлении 25 - 30 МПа при расходе водорода 4 - 5 % на массу угля.

Известен процесс гидрирования угля без введения водородо- термическое растворения угля, в котором донором водорода являются жидкие продукты процесса. Процесс протекает при температуре 420°С под давлением 5 МПа; в результате получаются тяжелые углеводородные фракции, аналогичные мазуту с температурой разделения выше 340°С [1]. Ориентация энергетики всех стран мира на использование в перспективе преимущественно угля для обеспечения требуемого энергопотребления при снижении темпов роста добычи нефти, а затем и природного газа объективно приведет к созданию других, более совершенных технологических процессов и схем энерготехнологической переработки угля с целью обеспечения потребности народного хозяйства в моторном топливе, технологическом и энергетическом газе [3].

Анализ

Сущность переработки угля заключается в комплексном использовании как углеводородной (органической), так и минеральной его частей. Уголь с помощью различных физико - химических процессов можно перерабатывать в жидкую и газообразную углеводородную продукцию.

Переработка угля - это энергоемкий энерготехнологический процесс. Для производства 4 х 10⁶ тонн моторных топлив необходимо сжигать на ТЭЦ около 4 х 10⁶ тонн угля и получать 40 х 10⁶ тонн отходов [3].

Каждое топливо при горении выделяет неодинаковое количество тепла. Количество тепла (калорий), которое выделяется при полном сгорании 1кг твердого или жидкого топлива или при сгорании 1м³ газообразного, называется теплотворной способностью. Теплотворная способность различных видов топлива имеет широкие пределы.

Например, для мазута теплотворная способность составляет около 10000 ккал/кг, для качественного каменного угля - 7000 ккал/кг и т. д. Чем выше теплотворная способность топлива, тем оно ценнее, так как для получения одного и того же количества тепла его потребуется меньше. Для сравнения тепловой ценности различных топлив принято топливо, имеющее теплотворную способность 7000ккал/кг: условное топливо [3, 4, 5].

Синтез

Подсчитать, какой должен быть состав паровоздушной смеси, чтобы окиси углерода и водорода (СО + Н₂) в продуктах газификации было втрое больше, чем азота [6] c.267.

Твёрдого топлива»

Изучение нового материала

Твердое топливо в зависимости от исходного материала и условия химического превращения подразделяются на гумусовые, сапропелитовые и смешанные.

Гумусовые топлива образовались из отмерших многоклеточных растении. Органическое вещество этих растений подвергалось разложению в условиях органического доступа воздуха, в результате чего превращалось в перегной-гумус.

Сапропелитовые топлива образовались из остатков низких растений и животных микроорганизмов, в составе которых содержится значительное количество белков, жиров и воска. При разложении под водой без доступа воздуха эти остатки превращались в гнилостный ил-сапропель.

В условиях полного прекращения доступа воздуха и при участии бактерии гумус претерпевал дальнейшее видоизменение и превращался в ископаемое топливо [7].

В зависимости от «химического возраста» различают три стадии образования ископаемого твердого топлива: торфяная, буроугольная, каменноугольная.

Торф является самым молодым по химическому возрасту ископаемым твердым топливом. Он относиться к топливу гумусового образования и представляет собой продукт неполного разложения под водой растительных остатков. Местами торфообразования являются зарастающие болота.

По способу добычи различают кусковый и фрезерный торф. Кусковый торф получают в виде стандартных кирпичей при машиноформовочном и гидравлическом способах добычи. Фрезерный торф представляет собой торфяную крошку, получаемую при добыче торфа фрезерным способом. Вследствие низкой теплоты сгорания и малой механической прочности торф относится к местным видам топлива, подлежащих использованию вблизи мест его добычи.

Бурые угли по степени обуглероживания занимают промежуточное положение между торфом и каменными углями. Бурые угли характеризуются термической неустойчивостью, небольшой твердостью и малой механической прочностью. Они обладают способностью выветриваться на воздухе, превращаясь в угольную мелочь, и весьма склоны к окислению и самовозгоранию при хранений. Вследствие значительного не сгораемового балласта и низкой теплоты сгорания бурых углей дальняя перевозка их не выгодна, поэтому они используются как местное топливо [7].

Каменные угли представляют собой продукт более полного превращения исходного органического материала. В отличие от бурых углей они содержат больше углерода и меньше водорода и кислорода. Каменные угли обладают меньшей гигроскопичностью, более высокими плотностью и механической прочностью, большей химической устойчивостью. Каменные угли добываются шахтным и открытым способами. Транспортируются они в основном железнодорожным транспортом, он более экономичен.

С целью улучшения промышленного использования твердое топливо подвергают физико-механическим (обогащение, сортировка, сушка, пылеприготовление и брикетирование) и физико-химимическим (полукоксование и коксование) способам переработки.

Ископаемый уголь подвергается обогащению удалением пустой породы, разделению минералов с целью увеличения содержания углерода. В результате содержание не сгораемых балластных и вредных примесей (серы, влаги и зольности) в угле снижается и повышается его теплота сгорания.

Целью сортировки углей является разделение извлеченного из недр земли угля на отдельные сорта по крупности кусков. Отсортированная мелочь и отсев обогащения, не используемые для технологических целей, применяют в качестве энергетического топлива. Его подвергают дальнейшему измельчению до пылевидного состояния либо брекетированию.

Топливную мелочь (штыб бурых и каменных углей, фрезерный торф, опилки и др.) прессованием превращают в куски заданной формы – брикеты. При такой подготовке топлива брикеты сжигаются в топках на колосниковых решетках с меньшими потерями [7]. В таблице 2.1 приведена технологическая классификация углей одного из бассейнов, по которой они делятся на марки (классы).

Таблица 2.1 –Классификация углей

Марка угля	Выход летучих веществ %	Толщина пластического слоя
Наименование	Обозначение
Длиннопламенный Газовый Жирный Коксовый Отошенный спекающий Тощий Антрацит	Д Г Ж К ОС Т А	35-21 21-18 22-14 11-19	- 6-15 13-20 14-20 6-13

Твердое топливо состоит из сложных химических соединений, в основе которых находятся следующие элементы: углерод (С), водород (H), сера (S), кислород (O), азот (N). Помимо указанных элементов в составе топлива имеется влага (W) и негорючие твердые (минеральные) вещества образующую при сжигании золу (А). Влага и зола составляет внешний балласт топлива, а кислород и азот – внутренний балласт.

В основу технологической классификации каменных углей положены выход летучих веществ и толщина образующегося при нагревании пластического слоя.

Топливо с высокой зольностью и влажностью вследствие большого содержания внешнего балласта целесообразно использовать вблизи места его добычи для уменьшения непроизводительных транспортных расходов на перевозку большой массы золы и влаги. Такие топлива принято называть местными.

Значительная часть ископаемых углей подвергается высокотемпературной (пирогенетической) переработке, которое является химическим сырьем. Цель такой переработки – получение из угля ценных вторичных продуктов, используемых в качестве топлива и полупродуктов основного органического синтеза. По назначению и условиям процессы пирогенетической переработки твердого топлива подразделяются на три типа: пиролиз; газификация; гидрирование.

Химическая переработка твердого топлива.

Коксование - это сложный многофазный процесс, складывающийся из процессов теплопередачи, диффузии и большего количества разнообразных реакций. При коксовании каменных углей получают следующие продукты: кокс, коксовый газ, каменноугольную смолу, сырой бензол, надсмольную воду и соли аммония (большей частью сульфат аммония). Коксование - метод переработки твердых топлив, преимущественно углей, заключающийся в нагревании их без доступа воздуха до 900-1050°С. Топливо при этом разлагается с образованием летучих веществ и твердого остатка — кокса [7].

Сырьем для коксования служат спекающиеся угли, которые дают прочный и пористый металлургический кокс, например коксующиеся угли марки К. 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 шихту углей различных марок позволяет расширить сырьевую базу коксохимической промышленности, получить качественный кокс и обеспечить высокий выход смолы, сырого бензола и коксового газа.

При постепенном нагревании компоненты угля претерпевают глубокие физические и химические превращения: до 250°С происходит испарение влаги, выделение оксида и диоксида углерода; около 300°С начинается выделение паров смолы и образование пирогенетической воды; выше 350°С уголь переходит в пластическое состояние; при 500-550°С наблюдается бурное разложение пластической массы с выделением первичных продуктов (газа и смол) и твердение ее с образованием полукокса. Повышение температуры до 700°С сопровождается дальнейшим разложением полукокса, выделением из него газообразных продуктов; выше 700°С 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.

Другие методы переработки твердого топлива: полукоксование, газификация, гидрирование [8].

Полукоксование. Полукоксованием называют низко- и средне-температурный пиролиз твердого топлива (каменные и бурые угли, сланцы) при нагревании до конечной температуры 500-600°С. Полукоксование имеет целью получение транспортабельного искусственного жидкого и газообразного топлива, более эффективного для использования, чем исходное, а также получение сырья для химической промышленности. Прямые продукты полукоксования — это полукокс, смола и газ; их выход зависит от вида исходного топлива.

Полукокс - слабо спекшийся кусковой материал или порошок. Полукокс, полученный из бурых углей, содержит 84-89% углерода и 2-4% водорода. Выход летучих веществ составляет 13-16%. Сланцевый полукокс отличается высокой зольностью и содержит всего 10% углерода; остальную массу составляют минеральные вещества-CаO, SiO₂ и др. Полукокс из бурых углей обладает высокой реакционной способностью и применяется как местное энергетическое топливо, как составляющая шихт для коксования, как исходное сырье для газификации и как источник теплоты для энерготехнологических установок переработки углей. Сланцевый полукокс может служить исходным материалом для получения вяжущих веществ.

Смола полукоксования представляет собой сложную смесь, из которой получают моторное топливо, растворители, индивидуальные органические соединения. Особенно богаты по составу сланцевые смолы, комплексная переработка которых дает газообразное и жидкое топливо, различные растворители, масла, эпоксидные смолы, многочисленные индивидуальные химические соединения и др. Методы переработки смолы аналогичны методам переработки нефти; смолу полукоксования подвергают прямой гонке или деструктивной переработке, т. е. различным видам крекинга.

Газификация. Газификация твердого топлива - гетерогенный, некаталитический процесс, состоящий из стадий диффузии, массопередачи и химических реакций, определяемых видом дутья.

Газификация твердого топлива в последние десятилетия была законсервирована в связи с широким использованием природного газа. Ныне она вновь приобретает значение как источник искусственного газообразного топлива и химического сырья: синтез, газа, вос-становительного газа, водорода. Разрабатываются новые, более эффективные методы газификации низкопродуктивного твердого топлива под давлением с использованием теплоты ядерных реакторов [8].

Для газификации могут быть использованы любые виды твердого топлива — торф, низкосортные угли, полукокс, отходы лесоразработок и др. При газификации в реакторах-газогенераторах органическая масса топлива превращается в генераторный газ при взаимодействии с окислительным дутьем — воздухом, водяным паром, кислородом; минеральная (зольная) масса исходного топлива превращается в шлаки. Применяя различные виды дутья, можно получить генераторный газ заданного состава.

Гидрогенизация (гидрирование) твердого топлива. Гидрогенизация— это способ получения искусственного жидкого топлива — заменителя нефти и нефтепродуктов из бурых и каменных углей, сланцев и других видов низкосортного топлива. Метод основан на гидрировании топлива при высокой температуре, высоком давлении водорода в присутствии катализаторов. В этих условиях происходит разрушение непрочных межмолекулярных и внутримолекулярных связей в органической массе топлива с присоединением водорода и образованием низкомолекулярных углеводородов из высокомолекулярных соединений. Высокие температура и давление способствуют образованию жидкой фазы. Жидкая фаза вновь подвергается каталитическому гидрированию с расщеплением крупных молекул и присоединением водорода. Гидрированию подвергаются также соединения, содержащие серу, кислород и азот. Продуктом гидрогенизации служит жидкая смесь легких углеводородов (моторное топливо) с минимальным содержанием примесей серы, кислорода и азота, удаляемых в газовую фазу в виде H₂S, H₂O и NH₃[8].

Диапазон температур и давлений, применяемых при гидрогенизации топлива, составляет 380-550°С и 20-70 МПа. Катализаторами служат контактные массы на основе вольфрама, молибдена, железа, хрома и других металлов с различными активаторами. Для получения наибольшего выхода жидкого моторного топлива гидрогенизацию ведут двухстадийно. Первую стадию проводят при 380-400°С, подавая в реактор высокого давления водород и пульпу исходного топлива с катализаторами, распределенными в жидком продукте гидрирования. В результате жидкофазного гидрирования получают широкую фракцию «среднего масла», которую после удаления фенолов снова гидрируют уже в паровой фазе (вторая стадия) в реакторе с потоком взвеси катализатора при 400-550°С и 30-60 МПа. Конечными продуктами гидрогенизации и последующих операций гидроочистки, гидрокрекинга и каталитического риформинга служат искусственные бензин, котельное и дизельное топливо. Газ, содержащий легкие предельные углеводороды; газообразные продукты путем конверсии могут быть переработаны на водород, выход которого достаточен, чтобы обеспечить все предыдущие стадии производства.

Гидрогазификацией называется процесс гидрирования твердого топлива с целью получения газа с высокой теплотой сгорания, который может служить заменителем природного газа. Гидрогазификацию осуществляют в условиях, способствующих максимальному превращению органической части топлива в газообразные легкие углеводороды; такими условиями являются высокая температура, в интервале 500-750°С, давление водорода не более 5 МПа и применение катализатора, способствующего максимальному образованию метана. Часть газа гидрогазификации перерабатывают методом конверсии метана в синтез-газ и водород; водород идет на собственные нужды процесса гидрогазификации. Остальной газ служит высококачественным энергетическим топливом или химическим сырьем. Для осуществления конверсии метана — газа гидрогазификации — предполагается в будущем использовать отбросную теплоту ядерных реакторов с температурой теплоносителя около 900°С [8].

Анализ

Коксовый газ – содержит пары, коксовые смолы, пары бензольных углеводородов, аммиак, сероводород, нафталин, пары воды, водород, метан, этилен и его гомологи, угарный и углекислый газы, азот. Доля коксохимических продуктов в сырьевой базе промышленности основного органического синтеза составляет около 50%, а таких важных продуктов, как бензол, достигает 80%, нафталин и крезолы – 100%. Цветная металлургия является потребителем малозольного пекового кокса и связующего, получаемых из каменноугольной смолы. Коксы используются для приготовления анодной массы, применяемой при выплавке алюминия. На 1 т получаемого алюминия расходуется примерно 450 кг малозольного кокса и около 150 кг связующего. Для получения 1 т алюминия надо израсходовать 1 т пека или скоксовать около 70 т угля [8].

Коксохимическая промышленность поставляет сельскому хозяйству ценное удобрение – сульфат аммония. На базе водорода коксового газа и азота кислородных станций металлургических комбинатов производятся самые дешевые азотистые удобрения. Водород является составной частью коксового газа, получаемого в значительном количестве при коксовании углей. Азот и кислород – составные части воздуха. Кислород нужен для интенсификации металлургических процессов. Азот кислородных станций может рационально использоваться в упомянутом комплексе, сочетающем черную металлургию и химическую промышленность.

Химические продукты коксования используются для производства химических средств защиты растений и животных. Более 20 наименований продуктов и препаратов для нужд сельского хозяйства поставляет коксохимия.

Для газификации используют торф, полукокс, низкосортные угли. В результате газификации получают генераторные газы. Водород 16% угарный газ 10% метан. Метанол является основой для получения высокооктановых добавок к моторному топливу, так же как и водород, он является экологически перспективным видом топлива взамен бензина, также в быту для освещения и – отопления помещений [8].

Синтез

Горение топлива в топке начинается после его воспламенения, в присутствии кислорода любое вещество подвергается окислению даже при низких температурах. Однако при этом окисление идёт очень медленно. По мере повышения температуры интенсивность окисления возрастает. Различают по интенсивности окисления две области температур. В первой из них тепло, выделяющееся при окислении, не в состоянии поддерживать температуру горючего вещества идущего на горение воздуха или кислорода выше температуры окружающей среды. В области же высоких температур окисление идёт интенсивно, температура поднимается до величины, значительно превышающей температуру окружающей среды, и поддерживается самим процессом окисления.

Расчёт констант равновесия [10].

1. , кДж/моль; (2.2)

Приняв за единицу измерения 1 кг и соответственно 1 килограмм-молекулу (моль), получим количество молекул составляющих в уравнении образования диоксида углерода:

С+О₂=СО₂;

12кгС+32кгО₂=44кгСО;

моль; (2.3)

моль;

м³;

м³.

2. , кДж/моль; (2.4)

12кгС+16кгО₂=284кгСО;

моль;

м³;

м³.

3. , кДж/моль; (2.5)

12кгС+44кгСО₂=56кгСО;

из первой реакции

моль;

м³.

3.1. , кДж/моль; (2.6)

12кгС+18кгН₂О=28кгСО+2кг^.Н₂;

моль; (2.7)

моль;

м³;

моль;

м³.

3.2 , кДж/моль; (2.8)

12кгС+36кгН₂О=44кгСО₂+4кг^.Н₂;

моль; (2.9)

моль;

м³;

моль;

м³.

3.3 , кДж/моль; (2.10)

12кгС+4кгН₂=16СН₄;

моль; (2.11)

моль;

м³.

Следующие реакции протекают в газовом объёме и являются гомогенными, считаем по объёму [10].

4 , кДж/моль; (2.12)

; (2.13)

м³;

м³; (2.15)

4.1 КДж/моль; (2.16)

м³;

м³; (2.17)

м³.

4.2 КДж/моль; (2.18)

м³;

м³.

4.3 КДж/моль; (2.19)

м³;

м³.

При использовании для горения кислорода воздуха необходимо учесть, что воздух представляет смесь, состоящую по объёму приблизительно из 21% кислорода (О₂) и 79% азота (N₂), то есть в воздухе содержится на 1 объём кислорода 79: 21 = 3, 76 объёма азота, или на 1 моль О₂ приходится 3, 76 моля N₂. Азот без изменения попадает в продукты горения. Поэтому баланс продуктов горения углерода в воздухе:

;

1мольС+1мольО₂+3, 76мольN₂=1мольСО₂+3, 6N₂;

м³;

;

м³.

В результате комплексной переработки твердого топлива можно получать разнообразные продукты: коксовый газ, водород, метан, азот, насыщенные углеводороды, сажи, красители, искусственные волокна, бензол, нафталин, древесный уголь, пластмассы и другие продукты. Одним из перспективных направлений переработки ископаемого твердого топлива является получение жидкого топлива [10].

Изучение нового материала

Для добычи газа проводят бурение скважин до газоносного пласта. При этом применяются те же способы бурения скважин, как и при добычи нефти.

Разделяют три типа добываемых природных газов:

-газы из чисто газовых месторождений без признаков нефти. Образование таких месторождении связано со способностью газов перемещаться в пористых породах на значительные расстояния от истинного месторождения; газы чисто газовых месторождений имеют постоянный состав с высоким содержанием метана СН₄(до 99 %) и небольшим содержанием тяжелых углеводородов С_mН_n,

- попутный газ, извлекаемый из недр совместно с нефтью, в которой он бывает растворен. Добыча такого газа может составлять 10…50 % массы добываемой нефти, выделение газа из нефти и его улавливание возможно при снижении давления выходящей из скважины нефти в специальных металлических резервуарах – сепараторах или траппах попутные газы не отличаются значительные количества (более 20 %) других углеводородов;

-газ газоконденсатных месторождений содержит некоторые компоненты находящиеся в сжиженном состоянии(пропан С₃Н₈, бутан С₄ Н₁₀, пентан С₅ Н₁₂, гексан С₆ Н₁₄ и т.д.).

Природные газы газоконденсатных месторождений и попутные газы, содержащие сжиженные газы, освобождаются от них на специальных газобензиновых заводах, входящих в число головных предприятии газопромыслов [7].

Природные газы на промыслах до направления их в магистральные газопроводы очищаются от токсичного газа - сероводорода Н₂S влаги и песка, увлекаемых газовым фонтаном из скважины [5].

Газообразное топливо обладает рядом преимуществ по сравнению с твердым и жидким топливом, которые обусловлены его свойствами. При сгорании газа можно довести до минимума потерю теплоты с уходящими в дымовую трубу продуктами горения; при сгорании газа не образуется зола, шлак, золопылеунос. Газ можно транспортировать самым дешевым видом транспорта — трубопроводом. Газообразное топливо находит широкое применение в промышленности, а также в качестве бытового топлива и топлива для автотранспорта.

Главными направлениями переработки природных газов являются пиролиз (на ацетилен, водород и газовую сажу), неполное окисление (до окиси углерода), хлорирование (с целью получения хлорсодержащих растворителей. Уделяется особенно большое внимание химической переработке природных газов [5].

Промышленный процесс переработки природного газа, заключающийся в отделении всех углеводородов, кроме метана. Процесс осушки газа имеет цель предотвратить выпадение конденсата в газопроводах или отделение бутана, пропана и этана, так как, будучи выделенные, они стоят дороже, чем другие составляющие газа.

Промышленный процесс переработки природного газа, заключающийся в отделении фракций более или менее тяжелых, чем азот, который в нем содержится. Процесс состоит в получении коммерческого газа с более высокой калорийной способностью и исключении транспорта инертного газа.

В процессе переработки природных газов на газобензиновых заводах промышленные хроматографы применяются для определения метана и этилена в легком углеводородном конденсате, определения примесей этана, бутана и изобутана в продуктовом пропане на выходе пропановой колонны [7].

Основным компонентом природного газа является метан СН4; кроме того, в газе разных месторождений содержатся небольшие количества азота N2, высших углеводородов СnНm, диоксида углерода СО2. В процессе добычи природного газа его очищают от сернистых соединений, но часть их (в основном сероводород) может оставаться как балластный газ [8].

Искусственное газообразное топливо используется на промышлен-ных предприятиях, технология производства основной продукции которых связана с выработкой горючего газа (горючие ВЭР). Это в первую очередь металлургические и коксохимические заводы. Выход колошникового газа при доменном производстве чугуна составляет 235 кг условного топлива на 1 т чугуна. При суточном выпуске доменной печью 4000 т чугуна только одна такая печь может выдать около 6-6, 5 млн. м³ газа [7].

Другим источником искусственного газа являются коксовые печи. Коксовый газ, получаемый в таких печах, имеет большое значение в топливном балансе страны. При ежегодной выработке около 80-85 млн. т кокса получается более 25 млрд. м³ коксового газа. Искусственные газы используются в качестве топлива и сырья, полностью замещающих мазут и природный газ.

Наибольшая теплота сгорания доменного газа составляет 6900 кДж/м³ при выплавке ферромарганца с обогащением дутья кислородом; наименьшая около 3000 кДж/м³ при выплавке передельного чугуна.

Влажность доменного газа составляет 3–4 %. Газ такого состава покидает доменную печь с температурой 200–350 °С через газоотводы на колошнике доменной печи и называется колошниковый. Он проходит газоочистку и используется в качестве газообразного топлива.

⇐ Предыдущая 1 2 34