Газифікація паливних корисних копалин
 |
Газифікація паливних корисних копалин (рос. газификация угля, англ. coalgasification, нім. Vergasung f, Gasifikation f, Gasifizierung f) — штучне перетворення твердого або рідкого палива на гази. Застосування горючих газів як палива в різних галузях народного господарства та в побуті, а також як сировини для хімічної промисловості.
За наявних виробничих потужностей українська вугільна промисловість може ефективно працювати близько 200 років. На жаль, 80 % усіх запасів вугілля знаходяться у пластах, потужність яких не перевищує 1,0 м. Так, на десяти шахтах Західного Донбасу середня динамічна потужність пластів, що знаходяться у розробці, у 2012 році склала 0,92 м. Існує стабільна тенденція до зниження цього показника. Слід зазначити, що незважаючи на це, збільшується інтенсифікація і концентрація очисних і підготовчих робіт, поліпшуються техніко — економічні показники роботи шахт.
Суттєво підвищилося навантаження на очисний вибій при роботі саме на тонких та надтонких пластах і склало 2000—2500 т/добу з однієї лави, а в окремих випадках досягнуто навантаження 4400—4500 т/добу. У 2012 р. загальний видобуток вугілля шахтами Західного Донбасу був рекордним і склав понад 17 млн т. До технічного та технологічного переоснащення процесу видобування вугілля спонукає обставина, що на шахтах Західного Донбасу станом на 01.01.2013 р. 372 млн т (58 %) розкритих та підготовлених промислових запасів знаходяться у пластах потужністю 0,6—0,8 м. Ці запаси є малоперспективними для власника. Поєднання традиційних високопродуктивних технологій комплексно — механізованого виймання вугілля із застосуванням передових стругових установок та комбайнів, як видобувних машин та свердловинної підземної газифікації вугілля (СПГВ), надасть можливість комплексного видобування цих запасів на економічно доцільному рівні. Розробка тонких та надтонких пластів також забезпечує продовження терміну експлуатації шахт у середньому на 20—40 років. Це також суттєво впливає на вирішення соціально-економічної проблеми депресивних вугледобувних регіонів.
Таким чином, обґрунтування і впровадження новітніх технологій видобутку вугілля з тонких та надтонких пластів у слабометаморфізованих вміщуючих породах високопродуктивними механізованими комплексами та технологіями підземної газифікації вугілля на базі вивчення геомеханічних особливостей їх синтезу є актуальною науково-технічною проблемою, яка має важливе значення для вугільної промисловості України. Її вирішення дозволить залучити до виробництва балансові запаси із потужністю пластів 0,6—0,8 м, які донині не відпрацьовувалися. Виробництво висококалорійного, енергетичного і технологічного газів можна здійснити методами газифікації вугілля. Виробництво синтетичного рідкого палива пов'язане з споживанням технічного водню і синтез-газу, які також можуть бути отримані газифікацією палива. Газифікація палива частково вирішує задачу боротьби із забрудненням атмосфери при використанні сірчистих палив на електростанціях.
Газифікація твердого палива була широко розвинена в СРСР до 1960 року, коли у зв'язку з бурхливим зростанням видобутку природного газу, роль газифікації твердих палив по технічних і економічних міркуваннях була зведена до мінімуму. У 1958 р. в СРСР працювало понад 350 газогенераторних станцій на яких в 2500 генераторах вироблялося близько 35 млрд м³ в рік енергетичних і технологічних газів.
Газифікація — високотемпературний процес взаємодії вуглецю палива з окислювачами, що проводиться з метою отримання суміші горючих газів (H2, CO, CH4). Як окиснювачі або газифікуючі агенти застосовують кисень, водяну пару, двоокис вуглецю або суміш цих речовин. У залежності від складу, співвідношення початкових речовин, температури, тривалості взаємодії можна отримати газові суміші різного складу.
Процес газифікації залежить від багатьох чинників, які впливають на склад газу, його теплоту згоряння і тому класифікація методів газифікації вельми різноманітна. Один з найбільш поширених варіантів класифікації приведений нижче.
- За видом дуття (газифікуючого агента) розрізняють газифікацію повітряну, повітряно-кисневу, пароповітряну, парокисневу;
- За тиском: при атмосферному тиску (0,1—0,3 МПа), середньому (до 2—3 МПа) і високому тиску (вище за 2—3 МПа);
- За розміром частинок палива: газифікація грудкового, дрібного і пилоподібного палива;
- За конструктивними особливостями реакційної зони: в щільному шарі палива, у псевдожзрідженому шарі палива і в пиловугільному факелі;
- За способом виведення смоли;
- За способом підводу тепла: автотермічна (стабільна температура підтримується за рахунок внутрішніх джерел тепла в системі) і алотермічна газифікація, тобто потребуюча підводу тепла ззовні для підтримки процесу за допомогою твердих, рідких і газоподібних теплоносіїв, а також теплопередачі через стінку реактора;
- За теплотою згоряння газу, що отримується (в МДж/м³): низької (до 6—7), середньої (від 12 до18) і високої (30—35) теплоти згоряння;
- За призначенням газів: для енергетичних і технологічних (синтезу, виробництва водню, технічного вуглецю) цілей;
- За температурою газифікації: низькотемпературна (до 8000 °C), середньотемпературна (800—1300 °C) і високотемпературна (понад 1300 °C).
Однак, при використанні вугілля з високою температурою плавлення золи важко вибрати матеріал для футеровки реакційної камери, а при високому вмісті золи в паливі знижується КПВ в більшій мірі, ніж при газифікації в шарі, внаслідок високого тепловмісту розплавленого шлаку.
Сьогодні виявлені наступні ефективні області застосування газифікації твердого палива. Газифікація високосірчистого і високозольного вугілля з подальшим очищенням газу від сірчистих сполук і спалення на теплових електростанціях. У вугіллі, що добувається щорічно в Україні міститься близько 10 млн т сірки, велика частина якої при спаленні викидається з атмосферу у вигляді токсичних оксидів. При газифікації вугілля утворюється сірководень, який легко вилучають і переробляють в товарну сірку або сірчану кислоту. Другий напрям газифікації твердих палив — для великомасштабного виробництва замінників природного газу в районах, віддалених від магістральних газопроводів, і третій — для отримання синтез-газу, газів відновників і водню для потреб хімічної і металургійної промисловості. Коли в промислових печах чи топках теплових електростанцій спалюють нафту, природний газ чи тверде паливо, отримують гарячий димовий газ. Високий тепловій потенціал цього газу необхідно використовувати відразу, наприклад для нагріву води для одержання пара, для нагріву металу або інших теплових процесів. З цього газу, після використання теплового потенціалу, викидають через димові труби в довкілля.
Коли газифікують вугілля, отримують горючий газ, який можна зберігати, транспортувати на великі відстані. Цей газу легко очистити від такого типу шкідливих домішок, як сполуки сірки, може бути використаний як пальне, та як хімічну сировину різноманітних синтезів залежно від використовуваного газифікованого вугілля. А чим відрізняються ці дві методу переробки твердих палив — спалювання і газифікація, які дають такі різні кінцеві продукти ? Здебільшого лише одним: процес спалювання палива здійснюється з надлишком кисню — технологія спалювання, а процес газифікації здійснюється з недоліком кисню і, отже, з головою вуглецю — технологія газифікації.
У першому випадку виходить димовою газ, у якому весь вуглець палива перетворюється на діоксид вуглецю. Він має також діоксид сірки, надлишковий кисень і багато азоту з повітряного дуття. У другому випадоку склад газу, одержуваного при газифікації вугілля, надзвичайно різноманітний та умовами проведення процесу газифікації (тиску, температури, концентрації в використовуваному дутті кисню). Що стосується газифікації твердих палив за браком кисню сірка палива перетворюється на сірководень. Якщо склад димового газу досить постійний, то склад газів газифікації твердих палив можна різко варіювати. Димовой газ важко очистити від його оксидів азоту та сірки, оскільки це пов'язано з великими видатками речовини.
Процеси очищення генераторных газів від сірководню, пилевидного віднесення добре освоєні й проводяться з великою повнотою. Через димові викиди з'являються руйнівні кислотні дощі, а результатом очищення генераторных газів від сірководню є потрібна народному господарству сірка. Газифікація твердих палив універсальний метод її переробки. Універсальність методів газифікації твердих палив можна розглядати у трьох напрямах.
По-перше, методам газифікації підвладні будь-які тверді палива, починаючи з торфу наймолодших бурих вугілля і закінчуючи кам'яними видами вугілля і антрацитом, незалежно від своїх хімічного складу, складу зольной частини, домішок сірки, крупності, вологості та інших властивостей. По-друге, методами газифікації твердих палив можна одержувати горючі гази будь-якого складу, починаючи з чистого водню, оксиду вуглецю, метану, їх сумішей у різних пропорціях придатних для синтезу аміаку, метанолу, оксосинтеза, і закінчуючи генераторним газом, яке можна використовувати для енергетичних установок будь-яких типів і жодного призначення. Нарешті, по-третє, важливої особливістю методів газифікації твердих палив є їх масштабні зміни. Газогенераторные установки можуть обслуговувати найбільші хімічні комбінати, водночас можуть забезпечувати газом невеликі автономні енергетичні і хімічні установки (наприклад газогенераторні установки для автомобілів), невеликі хімічні, машинобудівні й інші заводи.
Процес перетворення твердих палив в горючий газ відомий з 1670 р. Останні 150 років техніка газифікації досягла високого рівня життя та широко розвивається. Нині існує 70 типів газогенераторних процесів. частина якої використовуються з промисловою масштабах. Розмаїття розроблюваних і головних дійових процесів має пояснення. Перша полягає у досконалій відмінності фізичних і хімічних властивостей твердих палив різних родовищ: по елементарному складу, походженню, змісту летючих речовин, змісту і складу золи, вологості. Друге — у відмінності у фракційному складі видобутого вугілля: крупнокускове вугілля, вугільна дрібниця. Третя причина — різний склад парламенту й вимог до отримання кінцевого продукту: генераторний (енергетичний) газ — теплота згоряння (1) — 3800-4600 кДж/нм3; синтез-газ (технологічний) для хімічної технології — 10900—12600 кДж/нм3; відновлювальний газ (для металургійних і машинобудівних виробництв) — 12600—16800 кДж/нм3; міський газ (опалювальний) — 16800—21000 кДж/нм3. Свою роль відіграють постійні пошуки нових технічних рішень зниження энергоматериальных витрат за процес, витрат за обслуговування, капітальних вкладень, підвищення надійності процесу.
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
- В. С. Білецький. Хімія і фізика горючих копалин. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2008. — с. 600. ISBN 978-966-317-024-4
 | На цю статтю не посилаються інші статті Вікіпедії. Будь ласка розставте посилання відповідно до прийнятих рекомендацій. |