Получение промышленного газа из твердого и жидкого топлива

Существуют два способа получения промышленных газов из твердых и жидких сортов топлива:

1. Коксование.

2. Газификация.

Коксование углей.

Широко распространённый технологический процесс, который состоит из стадий: подготовка к коксованию, собственно коксование, улавливание и переработка летучих продуктов.

Подготовка включает обогащение (для удаления минеральных примесей) низкосернистых, малозольных, коксующихся углей, измельчение до зёрен размером около 3 мм, смешение нескольких сортов угля, сушка полученной т. н. «шихты».

Коксование получило преимущественное распространение при получении горючих газов из твердого топлива. Осуществляется путем нагрева твердого топлива в закрытом пространстве. Для коксования шихту загружают в щелевидную коксовую печь (ширина 400—450 мм, объём 30-40 м³). Каналы боковых простенков печей, выложенных огнеупорным кирпичом, обогреваются продуктами сгорания газов: коксового (чаще всего), доменного, генераторного, их смесей и др. Генераторный газ (воздушный газ) — газовая смесь, содержащая (в среднем, об. %) CO — 25, N2 — 70, CO2 — 4 и небольшие примеси других газов.

Получают генераторный газ путём пропускания воздуха над раскалённым каменным углём или коксом в специальных печах — газогенераторах (КПД процесса 65-70 %). Выход из кокса 4,65 м³/кг.

Теплотворная способность генераторного газа составляет 800—1000 ккал на кубометр, причём замена воздуха на кислород при его получении ведёт к значительному увеличению доли монооксида углерода и, соответственно, к увеличению теплотворной способности.

Генераторный газ применяется как топливо в металлургической, стекольной, керамической промышленности, для двигателей внутреннего сгорания, а также для синтеза аммиака.

Рис. 31. Схема улавливания продуктов коксования: 1 — коксовая батарея; 2 — газосборник; 3 — газопровод; 4 — отделитель конденсата; 5 — газовый холодильник; 6 — электрофильтр (для отделения смолы); 7 — газодувка; 8 — трубопровод для отвода конденсата; 9 — отстойник; 10 — хранилище смолы; 11 — хранилище аммиачной воды; 12 — аммиачная колонна; 13 — подогреватель газа; 14 — сатуратор; 15 — каплеотбойник; 16 — бензольный скруббер; 17 — подогреватель насыщенного масла; 18 — бензольная колонна; 19 — холодильник для масла; СБ — сырой бензол; Г- обратный газ; См -смола; СФ — сульфат; СВ — сточные воды.

Продолжительность нагрева составляет 14-16 часов. Температура процесса — 900—1050 °C. Полученный кокс (75-78 % от массы исходного угля) в виде т. н. «коксового пирога» (спёкшейся в пласт массы) — выталкивается специальными машинами («коксовыталкивателями») в железнодорожные вагоны, в которых охлаждается («тушится») водой или инертным газом (азотом).

Парогазовая смесь выделяющихся летучих продуктов (до 25 % от массы угля) отводится через газосборник для улавливания и переработки. Для разделения летучие продукты охлаждают впрыскиванием распыленной воды (от 70 °C до 80 °C) — при этом из паровой фазы выделяется большая часть смол, дальнейшее охлаждение парогазовой смеси проводят в кожухотрубчатых холодильниках (до 25-35 °C). Конденсаты объединяют и отстаиванием выделяют надсмольную воду и каменноугольную смолу. Затем сырой коксовый газ последовательно очищают от NH₃ и H₂S, промывают поглотительным маслом (для улавливания сырого бензола и фенола), серной кислотой (для улавливания пиридиновых оснований). Очищенный коксовый газ (14-15 % от массы угля) используют в качестве топлива для обогрева батареи коксовых печей и для других целей.

Из надсмольной воды (9-12 % от массы угля) отгонкой с паром выделяют: NH3 (в виде концентрированной аммиачной воды), фенолы, пиридиновые основания. Очищенную воду после разбавления технической водой направляют на тушение кокса или на биологическую очистку сточных вод на очистные сооружения.

Каменноугольная смола (3-4 % от массы угля) является сложной смесью органических веществ (в настоящее время идентифицировано только ~60 % компонентов смолы — более 500 веществ). Смолу методом ректификации подвергают разделению на фракции: нафталиновую, поглотительную, антраценовую и каменноугольный пёк. Из них, в свою очередь, кристаллизацией, фильтрованием, прессованием и химической очисткой выделяют: нафталин, антрацен, фенантрен, фенолы и каменноугольные масла. Полученные горючие газы отличаются высокой засоренностью и низкой температурой сгорания.

Газификация как процесс промышленным способом осуществляется в специальных газовых генераторах. Подземная газификация осуществляется на местах нахождения дешевых углей путем их сжигания в замкнутом пространстве. Газификация жидкого топлива осуществляется в газогенераторах.

Газификация на промышленном предприятии может осуществляться тремя способами:

1. Центральный (газ вырабатывается на одном месте и подается в различные цеха).

2. Групповой (группы газогенераторов работают на свои цеха).

3. Индивидуальный (один или несколько газогенераторов работают на индивидуального потребителя или на цех).

Рис. 32. Схема ПГУ с газификацией угля и улавливанием СО₂

Кроме газов, получаемых из твердых и жидких видов топлива, на предприятиях могут использоваться доменный газ, получаемый при выплавке чугуна, нефтяной газ как побочный продукт при перегонке нефти, коксовый газ как побочный продукт при получении кокса, печные газы как несгоревшие остатки различных видов топлива и т.д. Все они различаются по температуре сгорания, составу и степени засоренности. Современные тенденции развития промышленности свидетельствуют о снижении количества потребляемых промышленных газов и постепенном переходе к увеличению доли сжигаемого природного газа.