Процес Вінклера

Процес Вінклера — газифікація вугілля водяною парою з повітрям або киснем у киплячому шарі за нормального тиску.

Продуктивність

Відомо 16 промислових установок з 36 газогенераторами, номінальна продуктивність яких становить від 5 до 00 тис. м³/год синтез-газу, що відповідає витраті вугілля приблизно від 3 до 35 т/рік. В даний час деякі з цих установок ще знаходяться в експлуатації. Новий варіант процесу передбачає газифікацію сухого бурого вугілля киснем або попередньо нагрітим повітрям під тиском (високотемпературний процес Вінклера).

Сировина

Спосіб придатний насамперед для бурого вугілля, що має високу реакційну здатність. Однак якщо газифікувати реакційноздатне кам'яне вугілля, за винятком напівкоксу і буровугільного коксу, то потрібні вищі температури (погіршується тепловий баланс).

Можуть ще газифікуватися помірно спікливе вугілля. Успішно переробляється вугілля з вмістом золи від 4 до 40 % і виходом летких речовин від 6 до 47 %. Зернистість допускається до 8 мм. Вугілля обов'язково піддається подрібненню без розділення на фракції за розміром зерен. Значний вміст пилу (наприклад, 60 % величиною від 0 до 1 мм) не ускладнює експлуатацію, проте призводить до значних втрат, зумовлених механічним винесенням.

Зола

Високий і навіть дуже високий вміст золи безпосереднього не впливає на процес, однак при цьому погіршується тепловий баланс. Температура розм'якшення повинна знаходитися вище температури реакції (для бурого вугілля білля 800°С), в найкращому випадку — понад 1200°С. Вміст золи у процесі експлуатації може коливатися.

Залежно від використовуваного вугілля і вибраних реакційних умов спостерігаються значні коливання складу сирого газу. При цьому теплота згоряння складає 0,2—13 МДж/моль (2200— 3100 ккал/моль).

Опис процесу

При використанні повітря для газифікації на заводі «Лейн» отримували робочий газовий кошторис з теплотою згоряння 4,58 МДж/моль (1095 ккал/моль). Тоді як спосіб Вінклера пред'являє дуже незначні вимоги до властивостей палива, процес виявляється дуже простий. Оскільки допускається використання палива з наявністю дуже дрібних фракцій, то, як правило, достатньо звичайного подрібнення. Після подрібнення може знадобитися часткова сушка, щоб запобігти утворенню конгломератів в бункері.

З вугільного бункера, який знаходиться під невеликим тиском захисного газу, щоб виключити проскакування полум'я, паливо безперервно через шнек завантажується в газогенератор. Він складається з футерованої шахти з металевим кожухом, нижня частина якої виконана у вигляді зрізаного конуса. До цієї конічної частини може бути прибудована колосникова камера, через яку підводиться первинний агент-газифікатор.

Газ, що утворюється в киплячому шарі, спочатку перемішується над кільцевим трубопроводом на висоті 3-4 м від шару вугілля з вторинним газифікуючим агентом. Вбудований в шахту котел-утилізатор служить для того, щоб не перевищувалася температура пом'якшення золи. Потім газ проходить послідовно через другий котел-утилізатор, підігрів живильної води, мультициклон, промивний охолоджувач. Зола переноситься через водоохолоджуваний розвантажувальний шнек в збірну ємність, яка періодично розвантажується. В газогенераторі Вінклера внаслідок високої інтенсивності перемішування в киплячому шарі паливо та інертна зола не розділяються, оскільки зола, що відводиться, має приблизно таку ж реакційну здатність, як і матеріал киплячого шару. Крім того, вміст вуглецю в киплячому шарі не повинен бути нижче 5 %, щоб не перешкодити проскакування кисню. Це означає, що зола містить не менше 5 % недопалу і потрібен постійний контроль за вмістом вуглецю.

В нових установках процес розпалу здійснюється в основному газогенераторі; при цьому забезпечується розпалювання дровами або попередній розігрів шару газовими пальниками.

Зупинка газогенератора проста і здійснюється дуже швидко. Після відключення кисню поступово знижується подача пари. Одночасно з циклону подається захисний газ, щоб перешкодити доступу повітря до пилу. Після цієї операції пар з добавкою повітря може використовуватися для експлуатації генератора в режимі холостого спалювання (газ спалюється у факелі). Якщо передбачається експлуатація в режимі гарячого резерву, то для охолодження завантажувальних шнеків замість пари вдувають повітря, і шар при цьому тривалий час залишається розжареним.

Газогенератор Вінклера володіє винятковою здатністю адаптації до змінних навантажень; за найкоротший час він може бути переведений з мінімального навантаження (приблизно 25 % номинальної) на максимальний (приблизно 150 % номінального) і перевершує в цьому відношенні всі інші відомі газогенератори. За таких перепадів навантаження ККД зменшується незначно, однак за рахунок втрат через віднесення найдрібнішої фракці істотно знижується ступінь конверсії вуглецю.

Див. також

• газифікація вугілля
• підземна газифікація корисних копалин

Список літератури

• Шиллинг, Г. -Д. Газификация угля: пер. с нем. / Г. -Д. Шиллинг, Б. Бонн, У. Краус ; пер. С. Р. Исламов. — М. : Недра, 1986. — 175 с. : ил.
• Мала гірнича енциклопедія: у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
• В. І. Саранчук, М. О. Ільяшов, В. В. Ошовський, В. С. Білецький. Хімія і фізика горючих копалин. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2008. — с. 600. ISBN 978-966-317-024-4