Формирование исходных знаний

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

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].

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒