Реферат на тему Получение искусственного газа из угля.

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 2
1. Газификация твердых видов топлива 5
2. Газификация угля 12
3. Получение и применение коксового газа 18
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 21
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 22

Введение:

Получение искусственных или синтетических видов топлива из различных материалов является перспективным энергетическим направлением, особенно в условиях дефицита энергетических ресурсов в чистом виде.
Получения газа из угля возможно путем его термической обработки без его сжигания.
Такой метод позволяет получать различные виды газов и может быть применен в подходящих условиях в качестве альтернативе твердому топливу.
Также получение газа из угля возможно в процессе коксования углей. Такой газ называется коксовым и активно применяется в металлургическом производстве и не только.
Кроме того, угли косвенно участвую в процессе получения доменного газа при восстановительных химических реакциях в доменной печи.
Процесс получения искусственного синтез-газа из угля может стать ключевым в экономике страны в сложных условиях на энергетическом рынке или в условиях отсутствия доступа к ресурсам (в т.ч. в случае военных действий).
Коксовый газ получают в специальных печах, в которых каменный уголь нагревается до температуры 900-1000 °С без доступа воздуха. При нагревании твердого топлива в бескислородной среде происходит разложение массы топлива с образованием твердого остатка — кокса и газа с теплотой сгорания, равной примерно 4350 ккал/м3. Получен­ный коксовый газ отсасывают из камер печи специальным вентиля­тором — эксгаустером. Коксовый газ является побочным продуктом при получении кокса, который необходим для металлургической промышленности. Из 1 т каменного угля можно получить 300-350 м3 коксового газа.
Сланцевый газ получают в особых печах, в которых сланец нагре­вается до температуры 1000-1100 °С без доступа воздуха. В результа­те разложения около 75% сланца переходит в горючий газ, в то время как в каменных углях переходит в газ не более 30%. Из 1 т сланца можно получить 300—400 м3 сланцевого газа.
Генераторный газ получают в специальных аппаратах — газоге­нераторах, в которых процесс нагревания твердого топлива (каменно­го угля, торфа, древесины) происходит при температуре до 900— 1100 °С. Слой топлива продувают паром или воздухом. При этом поч­ти все топливо превращается в газ с низкой теплотой сгорания (около 2500 ккал/нм3). Если в процессе выработки газа в генераторе приме­няют парокислородное дутье, то получают газ с высокой теплотой сгорания (около 3300 ккал/нм3).
Нефтяной газ получают в специальных аппаратах, в которых в процессе нагревания жидкого топлива до 500—600 °С без доступа воздуха происходит его разложение. Основным назначением этого процесса является получение моторного топлива, при этом проис­ходит значительный выход высококалорийного газа (примерно 10 500—11 500 ккал/нм3).
Искусственные газы перед использованием очищают от вредных примесей: пыли, смолы, газового бензина, бензола, сернистых и циа­нистых соединений, аммиака, нафталина, двуокиси углерода, водя­ных паров. Сложность обработки газа зависит от того, для каких потребителей он предназначен. Наиболее сложна обработка газа при использовании его для бытового снабжения. После очистки искус­ственные газы, так же как и природные, подвергают одоризации.
Смешанные газы представляют собой смесь из нескольких природ­ных и искусственных газов. Часто калорийность одного или несколь­ких газов не соответствует требуемой теплотворной способности, по­этому прибегают к их смешиванию. Например, водяной газ, имеющий сравнительно невысокую теплоту сгорания (около 2500 ккал/нм3), смешивают с незначительным количеством такого высококалорийно­го газа, как пропан или бутан. В результате смешивания получают газ с теплотой сгорания, равной примерно 4200—4500 ккал/нм3.
Процесс смешивания газов происходит на газосмесительных стан­циях, число которых определяют расчетом по количеству потребите­лей. Для смешивания газа применяют смесители эжекционного типа, работающие с помощью воздуходувок и газодувок, которые сбаланси­рованы между собой общим приводом. Газосмесительные устройства оборудуют автоматическими регуляторами, которые поддерживают постоянные пропорции смешиваемых газов.
Для поддержания постоянного давления в газовой сети смеси­тельные станции имеют газгольдеры, запас газа которых используют при изменении расхода в сети, или несколько эжекционных смеси­телей различной производительности, автоматически включающих­ся в работу при изменении расхода газа. [8]

Заключение:

Таким образом, сегодня существует множество способом газификации угля и других твердых видов топлива.
Также возможно проведение газификации еще недобытого угля в земных недрах. Данная технология эффективна при получении газа из угольных пластов недоступных для добычи.
Методы получения синтез-газа из угля при помощи газификаторов эффективны в условиях дефицита энергетических ресурсов и очень часто активно применялись при утере страной контроля над полезными ископаемыми или получением эмбарго.
Искусственные газы получают при переработке твердого или жидкого топлива. К таким газам относятся коксовый, сланцевый и генераторный, используемые для газоснабжения городов, населен­ных пунктов и промышленных объектов в чистом или смешанном виде.

Фрагмент текста работы:

1. Газификация твердых видов топлива

Газификация — это процесс, при котором углеродистые материалы на основе органического или ископаемого топлива преобразуются в оксид углерода, водород и диоксид углерода. Это достигается путем взаимодействия материала при высоких температурах (> 700° C) без сгорания с контролируемым количеством кислорода и / или пара. Полученная газовая смесь называется синтез-газ (из синтез-газа) или генераторный газ, и сама является топливом. Мощность, получаемая от газификации и сжигания полученного газа, считается источником возобновляемой энергии, если газифицированные соединения были получены из биомассы.
Преимущество газификации состоит в том, что использование синтез-газа (синтез-газа H2 / CO) потенциально более эффективно, чем прямое сжигание исходного топлива, поскольку его можно сжигать при более высоких температурах или даже в топливных элементах, так что термодинамический верхний предел эффективности определяется правилом Карно выше или (в случае топливных элементов) не применимо.
Синтез-газ может сжигаться непосредственно в газовых двигателях, использоваться для производства метанола и водорода или превращаться в процессе Фишера-Тропша в синтетическое топливо. Газификация может также начинаться с материала, который в противном случае был бы удален, например, из биоразлагаемых отходов.
Кроме того, высокотемпературный процесс очищает коррозийные зольные элементы, такие как хлорид и калий, что позволяет получать чистый газ из проблемных видов топлива. Газификация ископаемого топлива в настоящее время широко используется в промышленных масштабах для выработки электроэнергии. [3]
Процесс производства энергии с использованием метода газификации используется уже более 180 лет. В ранние времена уголь и торф использовались для питания этих растений. Первоначально разработанный для производства городского газа для освещения и приготовления пищи в 1800-х годах, он был заменен электричеством и природным газом, он также использовался в доменных печах, но большую роль играли в производстве синтетических химикатов, где он использовался с момента 1920-й года.
Во время обеих мировых войн, особенно Второй мировой войны, потребность в топливе, произведенном газификацией, возникла вновь из-за нехватки нефти.
Газогенераторы на древесном топливе, называемые Gasogene или Gazogène, использовались для питания автомобилей в Европе. К 1945 году здесь были грузовики, автобусы и сельскохозяйственные машины, работающие на газификации. По оценкам, во всем мире было около 9 000 000 автомобилей, работающих на генераторном газе.

Рисунок 1. Немецкий автомобиль Adler с газогенератором (1940 год)
В газификаторе углеродистый материал подвергается нескольким различным процессам:
1. Процесс дегидратации или сушки происходит при температуре около 100° C. Обычно полученный пар смешивается с потоком газа и может участвовать в последующих химических реакциях, особенно в реакции вода-газ, если температура достаточно высока.
2. Процесс пиролиза (или удаления летучих веществ) происходит при температуре около 200–300° C. Летучие вещества высвобождаются и образуется уголь, что приводит к потере веса до 70% для угля. Процесс зависит от свойств углеродистого материала и определяет структуру и состав полукокса, который затем подвергнется реакциям газификации.
3. Процесс сгорания происходит в виде летучих продуктов, и некоторые из полукокса вступают в реакцию с кислородом, образуя в основном диоксид углерода и небольшие количества оксида углерода, который обеспечивает тепло для последующих реакций газификации. Если C обозначает углеродсодержащее органическое соединение, основная реакция здесь:
C + O2 → CO2 (1.1)

4. Процесс газификации происходит в результате реакции полукокса с паром с образованием окиси углерода и водорода посредством реакции:

C + H2O → H2 + CO (1.2)

5. Кроме того, обратимая газофазная реакция конверсии воды и газа очень быстро достигает равновесия при температурах в газогенераторе. Это уравновешивает концентрации угарного газа, пара, углекислого газа и водорода по реакции:

CO2 + H2O ↔ CO2 + H2 (1.3)

По сути, ограниченное количество кислорода или воздуха вводится в реактор, чтобы позволить некоторым «органическим материалам» быть «сожженными» для производства диоксида углерода и энергии, что приводит к второй реакции, которая превращает дополнительный органический материал в водород и дополнительный диоксид углерода. [2]
Дальнейшие реакции происходят, когда образующийся угарный газ и остаточная вода из органического материала реагируют с образованием метана и избытка углекислого газа:

4CO + 2H2O → CH4 + 3CO2 (1.4)

Эта третья реакция происходит в изобилии в реакторах, которые увеличивают время пребывания реакционноспособных газов и органических материалов, а также тепло и давление.
В настоящее время для коммерческого использования доступно несколько типов газификаторов: противоточный неподвижный слой, прямоточный неподвижный слой, псевдоожиженный слой, увлеченный поток, плазма и свободный радикал.
Катализаторы используются в более сложных реакторах для повышения скорости реакции, таким образом, приближая систему к равновесию реакции в течение фиксированного времени пребывания.
Противоточный стационарный газификатор (с восходящей тягой). Неподвижный слой углеродистого топлива (например, угля или биомассы), через который «газифицирующий агент» (пар, кислород и / или воздух) протекает в противоточной конфигурации.
Зола удаляется либо в сухом состоянии, либо в виде шлака. У шлакообразующих газификаторов более низкое отношение пара к углероду, достигающее температуры выше, чем температура плавления золы.
Природа газификатора означает, что топливо должно иметь высокую механическую прочность и в идеале не слеживаться, чтобы оно образовывало проницаемый слой, хотя последние разработки в некоторой степени уменьшили эти ограничения.
Пропускная способность для этого типа газификатора является относительно низким.
Тепловая эффективность высока, так как температуры на выходе газа относительно низкие. Однако это означает, что производство смолы и метана является значительным при типичных рабочих температурах, поэтому перед использованием газовый продукт необходимо тщательно очистить. Смола может быть возвращена в реактор. [4]
При газификации тонкой неуплотненной биомассы, такой как рисовая шелуха, необходимо продувать воздух в реактор с помощью вентилятора. Это создает очень высокую температуру газификации, вплоть до 1000 С.
Над зоной газификации образуется слой тонкого и горячего полукокса, и, когда газ проталкивается через этот слой, большинство сложных углеводородов разлагаются на простые компоненты водорода. и окись углерода.