Басниев К.С. Энциклопедия газовой промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

ДОБЫЧА

И ПЕРЕРАБОТКА

контроль

распределения

давления

топливный

газ

/~~7

дебит

газа.

и>

•

ч-'

\ \ дебит жидкости.

•

ч-

Г~~1 температур». *С

Q давление,

бар.

абс.

В пар

Схеме

процесса

отбвнзинивания

турбодвгандером.

Схемы

процессов приведены на рисунке "b" на

странице 342 и особенный

случай

(см. рисунок

выше).

Процессы с турбодетандером характеризуются

в основном:

— очень высокими показателями и высокими ко-

эффициентами извлечения С

, С

— прекрасной надежностью,

— хорошей гибкостью, когда речь идет о произво-

дительности, но

чувствительны

к изменению

давления,

— приемлемая конденсация, которая может до-

стигать 40% (масс), в зависимости от типов тур-

бин,

— инвестиции и эксплуатационные расходы зна-

чительно

меньше, чем при абсорбционных про-

цессах,

— хорошая избирательность сепарации.

Использование турбодетандеров требует особо-

го

внимания к проблемам герметичности, вибрации

(высокие скорости), регулированию, и обслужива-

ние должно осуществляться работниками высшей

квалификации.

2.4.7.3.4.3. Термический сепаратор

Оригинальная технология разработана во

Фран-

ции "Societe Berlin" при содействии "ElfAquitaine".

Речь

идет о термическом сепараторе, изготовляе-

мом

и поставляемом в продажу "Societe

N.A.T."

(Применение новых технологий).

2.4.7.3.4.3.1.

Принцип

Охлаждение

газа осуществляется с помощью

политропического расширения без отбора механи-

ческой энергии. Этот процесс сочетает преимуще-

ства и простоту расширения с использованием эф-

фекта Джоуля-Томсона (статический аппарат) и

термическую эффективность политропного расши-

рения.

Самая

большая

построенная установка перера-

батывает

2 • 10

(н) • сут~

газа при давлении

10 бар и использует

параллельно

четыре термиче-

ских

сепаратора.

Аппарат, главным образом, может

быть

исполь-

зован для максимального извлечения конденсата

из

попутного газа

нефтяных

месторождений.

2.4.7.3.4.3.2.

Пуск в

действие

См.

рисунок на стр. 345.

Хладопроизводительность, вызванная термиче-

ским

сепаратором, передается газовым теплооб-

менником высокого давления,

чтобы

охладить

отделить

тяжелые

фракции.

2.4.7.4.

Отбензинивание адсорбцией

Процесс извлечения углеводородных компонен-

тов адсорбцией осуществляется обычными адсор-

бентами, такими, как активированный уголь, оксид

алюминия, силикагель и молекулярные сита.

2.4.7.4.1.

Принцип. Адсорбция нескольких

компонентов

Все углеводороды, от метана и до более тяже-

лых, адсорбируются только по мере того, как газ

проходит через слой, самые

тяжелые

углеводо-

роды замещают более легкие, которые уже адсор-

бировались ранее.

Кроме

того, адсорбенты, за исключением акти-

вированного угля, имеют очень большое сходство

с парами воды. Она замещает адсорбированные

углеводороды и эту способность используют для

извлечения паров воды.

344

ДОБЫЧА И ПЕРЕРАБОТКА

Газ

осушенный

на переработку

Газ

очищенный

Конденсат

Термический

сепаратор

RTS

Теплообменник

прохода

Сепаратор

\ I температура. 'С

давление. бар изб.

Принципиальная

схема

термического

сепаратора

RTS

Рисунок ниже показывает насыщенность слоя в

момент проскока пентана. Он иллюстрирует по-

следовательное перемещение компонентов одно-

го

за

другим.

Если

цикл остановить в этот момент,

выходящий газ не будет содержать ни пентана, ни

гексана

и будет частично обезвожен.

% насыщенности

100

С6+

С5

Длина слоя

Схематический

вид

насыщенности

слоя в

момент

проскока

пентана.

2.4.7.4.2.

Практические аспекты

Применение сопоставимо с извлечением из па-

ров газа воды. Оно включает следующие особые

проблемы.

Можно рассматривать осуществление одновре-

менно на одной и той же установке извлечения па-

ров воды и удаления

тяжелых

углеводородов, ис-

ключение составляет активированный уголь по

причине своего слабого сходства с водой.

Регенерация осуществляется с помощью пере-

гретого

газа или пара в случае использования ак-

тивированного угля. Необходимо отметить, что

конденсаты не десорбируются с одной и той же

скоростью:

почти мгновенная десорбция для пен-

танов и более легких, более медленная для

гекса-

нов и более

тяжелых.

Состав газа регенерации ме-

няется во времени.

Извлечение адсорбированных углеводородов

осуществляется в процессе регенерации охлажде-

нием газа и их конденсацией. Чтобы содействовать

этой конденсации, выгодно свести к минимуму рас-

ход газа регенерации, чтобы увеличить концентра-

цию компонентов и содействовать таким образом

конденсации.

Циклы обычно небольшой продолжительности -

20 - 30 минут. Для данного расхода и состава эта

продолжительность зависит от времени проскока

ключевого компонента, который необходимо из-

влечь.

Длина зоны должна быть достаточной, чтобы

стабилизировать зону массопередачи.

Этот процесс используется главным образом в

следующих

случаях:

— пропускная способность: от 150 до 5000 х

х10

(н)-сут-\

— незначительное содержание С

— стремление получить необходимую точку росы

для небольших месторождений, изолированных

от других разрабатываемых месторождений;

— окончательная обработка

газов,

используемых

как

сырье для химической промышленности.

2.4.7.4.3.

Обычные

адсорбенты

Адсорбционная способность основных адсор-

бентов по углеводородам и воде (кроме активиро-

ванного угля) в значительной степени идентична.

Отметим однако для каждого из них несколько

особых аспектов:

— активированный уголь:

• очень большое сходство для углеводородов,

• обычно используется для осушенного

газа,

• возможность отбензинивания, депарафини-

зации,

извлечения нафталинов,

• температура регенерации:

300°С;

— активированная окись алюминия:

• адсорбирует воду и углеводороды,

• извлечение хуже по сравнению с активиро-

ванным углем,

• температура регенерации: 200 -

300°С;

345

ДОБЫЧА

И ПЕРЕРАБОТКА

— силикагель:

• адсорбирует воду и углеводороды,

• активность промежуточная между активиро-

ванным углем и активированной окисью алю-

миния,

• температура регенерации: 200 -

300°С;

— молекулярные сита:

• используются в основном для глубокой осуш-

ки

газа,

• позволяют, при разумном подборе диаметра

пор,

осуществлять селективную адсорбцию

(отделение парафинов нормального ряда от

других углеводородов с боковыми и цикличе-

скими

связями),

• температура регенерации: до

350°С.

2.4.7.4.4.

Описание установки

Установка, описанная ниже, обрабатывает газ,

насыщенный парами воды, и должна обеспечить

точку росы по воде (64 мг

•

м"

(н)),

а также извлечь

тяжелые

углеводороды со следующими результа-

тами:

Компоненты

Степень извлечения

Сз

40%

90%

100%

Установка включает четыре адсорбера, печь

регенерации,

воздушный холодильник и трехфаз-

ный сепаратор.

Адсорбция осуществляется

параллельно

двух

адсорберах продолжительностью 30 минут.

Регенерация и охлаждение производятся от-

крытым циклом. Газ регенерации 58 000 м

(н)

•

ч~

отбирается от сырого

газа,

входящего в установку.

Он проходит,

чтобы

его охладить, слой адсорбен-

та, который был только что регенерирован, затем

нагревается до

330°С

в печи перед тем, как пройти

через насыщенный слой, где он выпаривает адсор-

бированные воду и углеводороды.

Затем он охлаждается до

35°С

в воздушном хо-

лодильнике,

чтобы

сконденсировать воду и углево-

дороды,

которые он принес, и поступает в трехфаз-

ный сепаратор. Газ после сепаратора направляется

на вход в адсорбер, который находится на стадии

адсорбции.

Вода и углеводороды разделяются от-

стаиванием и отправляются за пределы установки.

Законченная последовательность: адсорбция,

регенерация, охлаждение, предполагает переклю-

чение адсорберов каждые 15 минут, следователь-

но,

для каждого адсорбера:

— адсорбция: 30 минут,

— регенерация: 15 минут,

— охлаждение: 15 минут.

2.4.7.5.

Особые аспекты некоторых

процессов отбензинивания

Процессы извлечения из газа углеводородов,

дающие

лучшие

результаты, это абсорбция

охлаж-

денным маслом и политропное расширение, позво-

ляющие, наряду с высокой степенью извлечения

Сз*,

достигнуть извлечения из газа

нежелательных

сернистых компонентов, таких как: COS, меркапта-

ны,

сернистые и несернистые соединения.

Условия

(температура и давление), реализуе-

мые в этих процессах, позволяют абсорбировать

их

нефтью

или конденсировать одновременно с уг-

леводородами, которые имеют близкую темпера-

туру кипения.

Серные компоненты тогда будут находиться во

фракции

С.Н.Г.

и более

тяжелых

составляющих,

которые затем обессериваются соответствующей

переработкой (гидроочистка,

щелочная

очистка,

процесс "Мерокс" и т.д.).

жидкость

газ

очищенный

001

- D02 на адсорбции

D03

на регенерации

004

на охлаждении

/~7

расход

газа,

Ю'м'-ч-

\ \ расход жидкости, м

•

ч-

| | температураб °С

Q давление, бар изб.

i—Q ' открытая задвижка

, (Ту

закрытая задвижка

Схема процесса извлечения

углеводородов

адсорбцией

силикагелем.

346

ДОБЫЧА И ПЕРЕРАБОТКА

2.4.7.6.

Список литературы

— Plant Processing of natural Gas. - Petroleum exten-

sion servicer.

Univ.

Texas

(1974).

—

D.LKatz.

- Handbook of National Gas Engineering.

McGraw Hill Company. Maidenhead, Grande-

Bretagne.

— Gas Conditioning Fact Book. - The Dow chemical

Company.

— J.Campbell. - GasConditioning and Processing.

Campbell Petroleum Series (1981).

— Engineering Data Book. - Gas Processors Suppli-

ers Association.

— W.C.Edminster. - Applied Hydrocarbon Thermody-

namics.

Gulf

Publishing Company, Houston (Texas),

Etats-Unis.

—

R.,C.Reid,

J.M.Prausnitz et T.K.Sherwood.- The

Properties of

Gases

and Liquids. McGraw Hill Com-

pany, Maidenhead, Grande-Bretagne.

2.4.8.

Извлечение ртути

2.4.8.1.

Количество ртути, присутст-

вующей

в природном

газе

Ртуть

присутствует в элементарном виде.

Концентрации обычно заключены между 10 и

200 мкг

•

м~^ (н).

Они могут в некоторых

случаях

до-

стигать

и даже превышать 1 000 мкг

•

м"

(н).

Замечено, что

газы,

содержащие серные

компо-

ненты, не содержат ртути, так как в их присутствии

легко

образуется сульфид ртути.

2.4.8.2.

На

каком

этапе

необходимо

извлекать

ртуть?

2.4.8.2.1.

Для распределительных

сетей

Ртуть,

поступающая с распределяемым

газом,

приводит

при сгорании к загрязнению местности в

силу своей

токсичности.

Максимально допустимая

концентрация в воздухе составляет до 10 мкг

•

м-

СССР

и до 50 мкг

•

м"

в США. Эти нормы трудно

перевести в определенные требования для товар-

ного

газа.

Допустимым значением, кажется, будет

мкг

•

м~з

для газа на входе в распределительные

сети.

Содержание ртути в распределяемом газе

снижается по мере его продвижения в

сети.

Ртуть,

поглощенная трубопроводами, считается безвред-

ной

для них.

2.4.8.2.2.

Установки сжижения

Ртуть

затвердевает и отлагается во время спе-

циального охлаждения в низкотемпературных теп-

лообменниках из алюминия. Во время остановки

установки для оттаивания ртуть оседает на дне.

Если

установку открывают для производства

работ, влажная воздушная среда приводит к со-

единению ртути и алюминия в жидкую амальгаму,

которая вызывает появление отверстий в стенках

труб теплообменников. В этом случае ртуть долж-

на быть полностью удалена перед охлаждением.

Предполагают, что содержание 1 нг

•

иг

соответ-

ствует пределу чувствительности лучших аналити-

ческих методов.

2.4.8.3.

Процессы извлечения ртути

2.4.8.3.1.

Для распределительных

сетей

Охлаждением и конденсацией ртути.

Сепаратор

высокого

давления

Теплообменник

Товарный газ

Дроссельный вентиль

Низкотемпературный

сепаратор

74 бар

-12° С

• ==3

1777Л

Скважины

р- 200 бар

- 70° С

установке

регенерации

гликоля

Конденсат

вода-гликоль

ртуть

Фильтр -

сепаратор

Схема

установки

на

Гронинго.

347

ДОБЫЧА

И ПЕРЕРАБОТКА

Чтобы

определить параметры установки извле-

чения ртути охлаждением и конденсацией ртути

(см.

рисунок на стр. 347), нужно определить, при

какой

температуре должен работать низкотемпе-

ратурный сепаратор,

чтобы

газ на

выходе

из него

содержал 10 мкг

•

иг

ртути.

Упругость паров ртути от -40 до

50°С

(см. ниже).

-38

-36

-34

-32

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

Па

0,000193

0,000263

0,000355

0,000479

0,000637

0,000840

0,001104

0,001440

0,001867

0,002413

0.002747

0,003973

0,005067

0,006413

0,008080

0,010160

0,012720

0,015867

0,019867

0,024667

t°C

+10

+12

+14

+16

+18

+20

+22

+24

+26

+28

+30

+32

+34

+36

+38

+40

+42

+44

+46

+48

+50

Па

0,030400

0,036800

0,044667

0,054133

0,065333

0,078400

0,094133

0,112800

0,134533

0,160133

0,190133

0,225467

0,266667

0,314533

0,370267

0,434800

0,509733

0,596133

0,695867

0,810533

0,942267

1,093333

1,266267

1,464000

1,689333

В зоне очень низкой концентрации, которая со-

ответствует рабочим условиям, можно считать

ртуть как идеальный газ: на упругость паров не

оказывает влияния присутствие других газовых

компонентов.

Ввод гликоля перед охлаждением предназна-

чен для предотвращения образования гидратов

(см.

осушку газа). Фильтр задерживает капельки

ртути,

захваченные газом из низкотемпературного

сепаратора.

2.4.8.3.2.

Перед сжижением

газа

Используют твердые сорбенты, которые погло-

щают ртуть химически. Установка абсорбции мо-

жет, в

случае

необходимости, располагаться после

предыдущей установки,

чтобы

извлечь часть рту-

ти.

Далее, ввиду небольших количеств, которые

надо извлечь, установка адсорбции не содержит

устройства

регенерации.

Она состоит из одного ре-

актора (или нескольких параллельно), содержа-

щего

сорбент, который заменяется по мере насы-

щения.

Коммерческие

абсорбенты

—

С.Е.С.А.:

АС35

(пропитанный активированный

уголь),

—

I.F.P.:

CMG 271 (пропитанная окись алюминия),

— "Chemviron": HGR (пропитанный активирован-

ный уголь).

Расчет

абсорбера

Необходимо знать:

— среднюю абсорбционную способность абсор-

бента до проскока по ртути С %,

— желаемый период времени между двумя смена-

ми

абсорбента (в часах).

Количество абсорбента, которое необходимо

задействовать, будет:

io-^

Qxl

= м

где:

Нд - содержание ртути в перерабатываемом

газе

в мкг

•

м~3(н),

Q - расход перерабатываемого газа в м

(н)

•

ч~

- масса абсорбента в кг.

Диаметр

абсорбера выбирают из расчета,

чтобы

иметь высоту слоя абсорбента приблизительно

1,50 м.

Метод

анализа

ртути

природном

газе

Норма

"ISO/ТС

158/GT4

п° 47".

2.4.8.4.

Список литературы

— A. Fr6chen. - Seepparation de

I'azote,

I'hhelium

du mercure (Cours au

C.F.A.T.G.),

A.T.G.,Paris.

— L.L. Phannenstiel. С McKinley et J.C. Sorensen. -

Mercury

in Natural Gas.

A.G.A.

Operating Section

Proceedings,

New-York,

Etats-Unis

(1976).

— H.

Kaast

et F. Schlemm. - Bau und Betrieb der

Stickstoffentzugsanlange Clenze. Erdol, Erdgas,

Zeitschfirt.

Cahier,

6,197 - 204 (1977).

— J. Morisson. - NAM Recovers Mercury Produced

with Dutch Natural Gas. Oil and Gas

Journal,

72 - 73.

Tulsa,

Oklahoma,

Etats-Unis

(17

avril

1972).

2.4.9.

Извлечение азота

(дезазотирование)

2.4.9.1.

Определение

Это извлечение всего или части азота из при-

родного

газа. Операция включает сжижение газа,

следующее за фракционной

перегонкой.

Чтобы

ис-

ключить образование кристаллических продуктов,

природный

газ должен

быть

предварительно осу-

шен,

удален

углекислый газ и очищен от углеводо-

родов выше чем С

Холод,

необходимый для сжижения,

получают

помощью расширения газа. Предварительная рек-

тификация осуществляется в фракционной колон-

не,

которая работает при среднем давлении (при-

близительно 25 бар); полученные продукты пита-

ют колонну окончательного фракционирования,

функционирующую при низком давлении (давле-

ние близкое к атмосферному давлению). Это из

этой

колонны выходит жидкость, которая после

повторного

сжатия и испарения составляет дез-

азотированный газ и азот, который включает так-

же содержавшийся в сыром газе гелий.

Дополнительная криогенная переработка поз-

воляет

извлечь гелий. Таким образом, природный

газ

с 1917 года

является

единственным коммерче-

ским

источником гелия.

348

ДОБЫЧА И ПЕРЕРАБОТКА

2.4.9.2.

Принципиальная схема классической установки

извлечения гелия в жидком виде

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ

ОБРАБОТКА

ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ Н

АЗОТ

МЕТАН (дезазотированный газ)

Сырой

газ

МЭА

+ СО

-$п

Не

Воздух

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

ГАЗА

СЖИЖЕНИЕ

ГЕЛИЯ

ИЗВЛЕЧЕНИЕ N

СО

349

ДОБЫЧА

ПЕРЕРАБОТКА

2.4.9.3.

Деталь части

сжижения-дистилляции

АЗОТ

+ ГЕЛИЙ

АЗОТ

МЕТАН

СЫРОЙ

ГАЗ

бар

[ID

Колонна

0,6

бар

(давление

относительное)

Сжатие

до

бар

Колонна

бар

(давление

относительное)

Установка

дезазотирования

извлечением

гелия

в жидком виде

(деталь

части

сжижения

-дистилляция).

2.4.9.4.

Пример результатов, получен-

ных на установке

Одолянов

("Odolanov")

(Польша)

Гелий

Водород

Азот

Метан

Этан

Пропан

Б/тан

Пентан

СО

Точка

росы

Давление

Температура

Мольные

0,40

100

см

•

м"

42,75

56,01

0,44

0,02

0,01

600

см

м"

0,30

0°С

50-55

бар

40-60

Расход <

(пРмЧн)

•

сут"

)

Состояние

Мольные

Гелий

Азот

Метан

Этан

СОг

Сырой

I ОчЭ

3,4

газооб-

разное

0,40

42,75

56,02

0,53

0,30

Газ

дезазоти-

рованный

2,0

газооб-

разное

4,0

95,09

0,91

Газ

остаточ-

ный

1.4

газооб-

разное

0,09

98,95

0,96

Гелиевая

продук-

ция

0,01

жидкое

100

Характеристика

сырого

перерабатываемою

газа.

Расход

состав

различных

точках

установки.

350

ДОБЫЧА

И ПЕРЕРАБОТКА

2.4.9.5.

Установка завода

Альфортвиль

("Alfortville")

для переработки

газа

Гронинга ("Groninque")

Сырой

газ осушают, извлекают углеводороды

выше С

, но не извлекают углекислый

газ.

Диоксид

углерода находится в растворенном виде в жидко-

стях внизу

колонны

фракционирования, работаю-

щей

при среднем давлении благодаря процессам,

осуществленным на входе в небольшой колонне

фракционирования (названной

колонны

декарбо-

низации).

Эта небольшая колонна работает при

высоком давлении.

Большую

часть дезазотиро-

ванного

газа

получают в колонне среднего давле-

ния,

другую часть в колонне низкого давления.

Завод

Альфортвиле

был окончательно завер-

шен

в 1985 году.

2.4.9.6.

Список литературы

— A. Fruchen. -

C.F.A.T.G.,

Session

traitement

du gaz

reseau. Separation de I'azote, de I'helium et du

vercure.

A.T.G., Paris.

Гелий

сырой.

Газ

дезазотированный

Газ

перерабатываемый

(после

предварительной

очистки)

Газ

остаточный (N2)

- сепараторы

B. Д. - высокое давление

C. Д. - среднее давление

Н. Д. - низкое давление

К, - Колонна декарбонации В. Д.

(41

бар)

- Колонна фракционирования С. Д. (26 бар)

- Колонна фракционирования Н. Д.

(1,9

бар)

- детандеры Т - теплообменники

Метан углеводородный + СО

5. Газ остаточный (Азот Н. Д.)

Метан декарбонированный + N

6. Газ дезазотированный Н . Д.

Газ дезазотированный С. Д. 7. Гелий сырой

(94%

азота)

Метан + азот

Схема

установки Альфортвиля.

Количество перерабатываемого

газа

или продукта

(10

(н)

•

сут"

)

Абсолютное давление (бар)

Температура

(°С)

СН

н,

С5Н12

СО

Не

Сырой

перерабатываемый

газ

из Гронинга

1,56

81,15

2,9

0.4

0.2

0,1

14,3

0,9

0,05

Дезазаотированный газ

в. д.

0,98

90,4

4,6

0,65

0,30

0,15

2,5

1,4

—

Н.Д.

0,38

1,1

—

Остаточный

газ

0,20

1,1

0,5

99,5

—

Гелий

0,0006

350

0,001

99,999

Характеристика

продукции

установки в Альфортвиле.

351

ДОБЫЧА И ПЕРЕРАБОТКА

2.5.

ПРОИЗВОДСТВО ИСКУССТВЕННОГО ГАЗА

2.5.1.

Общие соображения

Искусственные газы первоначально получались

путем пирогенизации угля, затем добавилось про-

изводство газов различного состава путем воздей-

ствия воздуха и водяного пара, с целью получения

бытового газа с постоянной теплотой сгорания

(4500 ккал

•

мг

, или 5,2 кВт

•

М"

В 1960-х годах природный газ постепенно заме-

нил искусственный, и городские заводы были за-

крыты, однако производство различных газов,

представляющих собой сырье для химического

синтеза,

еще реализуется в широких масштабах,

несмотря на то, что Для их получения часто пред-

почитают природный газ.

Процессы производства газа из угля тем не ме-

нее сохраняют актуальность в странах, имеющих

большие запасы угля (Китай), и могут стать необхо-

димыми в мировых масштабах, если снова появятся

перспективы дефицита нефти и газа, и они будут

более продолжительными, чем в 1945 и 1979 годах.

Идет ли речь о пирогенизации твердых топлив

(уголь, дрова,

кокс),

газификации или

нефтяных

продуктах, получаемые газы представляют собой

сложные

смеси,

которые должны быть перерабо-

таны и очищены, так как отходы имеют иногда не-

пренебрежимую коммерческую ценность.

Количество

получен-

ного

продукта

Газ

м>)

кВт

•

(н)

Смола

кг

Бензол или

бензин.

га-

Кокс

кг

Гидрат оксида аммо-

ния

Составгаза

СН

СО

Углеводороды

. . .%

СО

На

тонну угля: подвергнутого дли-

тельной пирогенизации

при

высокой

тжгг

300

до

330

5,8

до

(бензол)

650

до

750

приблизительно

до

приблизительно

до 10

приблизительно

при

низкой

температуре

(5000°С)

до

100

10,4

до

120

(бензин)

720

до

800

приблизительно

до 20

до

4до5

приблизительно

до 10

Cf. Rapport

de la

commission goudrons

benzols, compte

ren-

congres

A.T.G.

1928,

257.

A. Mailhe.

Contribution

a la

delation

basse temperature.

Conpte

rendu

congres

A.T.G.

1930,

176.

Courau

Besson.

Destination des combustibles

basse tem-

perature.

Влияние

температуры.

2.5.2.

Производство газов из

твердых топлив

2.5.2.1.

Производство

газа

пирогенизацией

угля

Это значит простым нагреванием.

2.5.2.2.

Газификация твердых

минеральных топлив

2.5.2.2.1.

Введение

Газификация твердых минеральных топлив име-

ет целью их превращение в газообразные топлива

при

помощи реакции с кислородом, водяным паром

и диоксидом углерода

Вертикальные

дискретные

Вертикальные

непрерывные

Горизонтальные

ка-

меры

Область применения (производительность

1000

(н)

•

суТ

)

Единичная емкость камеры

(т)

Длительность дистилляции

(ч)

Производительность

по

газу

(н)

•

т~

угля

высшая

теплота

сгорания

Потребление

топлива

коксе

(кг

•

т~

)

Производительность

/сут

на

человека (потребность

раб.

силе)

Срок

службы

до

200

0,8

до

7,5

12 до 24

460

660

до

4,42

кВт

•

м"

(н)

. .

190

до

320

000

до 9

500

5 до 7

лет

до

200

1,8

до 12

Непрерывный

480

до

5,23

кВт

•

м"

(н)

660

до4,42кВт-ч-м~*(н)

130

до

280

1 000 до 6 000

лет

более

100

до 20

до 30

380

до 5,8

кВт

чм^(н)

120

или 0,64

кВт

•

кг~

угля

3500

до

10000

до

лет

Характеристика

основных

типов

печей.

352

ДОБЫЧА

ПЕРЕРАБОТКА

Это превращение имеет, или имело, интерес:

—

для

нагрева печей (металлургические заводы,

коксовые батареи, стекольных заводов),

или

использования

качестве моторного топлива

(автомобили);

— для изготовления бытового газа, когда контракт-

ная теплота сгорания близка

4500 ккал

•

мг

;

—

для

приготовления синтетических газов

смесей

СО и Н

различных пропорциях (NH

СН3ОН, Фишер Тропш, гидрогенизация угля,

СН

т.д.).

2.5.2.2.2.

Основные реакции

Нет смысла

их

все перечислять,

особенности

потому, что на эти реакции влияет состав твердых

топлив,

частности, угля.

В представленных ниже таблицах приводится

соответственно перечень основных реакций

кон-

стант равновесия для некоторых из них,

которых

используются исключительно С, О

, Н

О и СН

. При

желании рассчитать константы равновесия

не

на-

до забывать, что все эти реакции не являются не-

зависимыми.

Уравнения

реакций

Гетерогенные

реакции

(1)С +

—-СО

(2)

С +

—• СО

(3)

С +

СОг

—» 2 СО

(4)

С +

—•

СО

+ Н

(5)

2 Н

—•

СН

Гомогенные

реакции

(6)СО+±О

—•COj

(7)Н

Ло

^НгО

(8)

СО

+ Н

О —-

СО

+ Н

(9)

СО

+ 3 Н

—• СН

НгО

Измерение

свободной

энтальпии

стандарт*

-393,1

-110,4

+172,3

+131,8

-74,8

-282,7

-241,6

-41,2

-206,3

свободной

стандарт*

-394,0

-137,1

+119,7

+91,2

-50,7

-256,9

-228,4

-28,5

-142,0

* В кДж на

моль,

по отношению

водяному

пару и

графиту

р.

2.5.2.2.3.

Реакции газификации

Методы газификации многочисленны

разнооб-

разны:

они отличаются друг от друга:

— природой твердого топлива: уголь, лигнит,

кокс;

— природой флюида: кислород воздуха, водяной

пар;

— используемой "схемой" газификации:

• неподвижный слой (топливо

зернах),

• кипящий слой (порошкообразное топливо

топливо

мелких зернах),

• процесс под давлением, или при атмосфер-

ном давлении;

— наконец, по природе получаемого газа:

• газ с низкой теплотой

сгорания:

до 3 кВт-ч-мг

• газ

более высокой теплотой сгорания.

Общее замечание

Для всех этих типов газогенераторов необходи-

мо

отметить важность характеристик твердого

топлива. Чем реакторы мощнее

автоматизиро-

ваннее, тем важнее иметь топливо постоянного ка-

чества, допустимые пределы изменения свойств

должны быть минимальными; необходимо,

как

только это возможно, избегать резких изменений.

2.5.2.2.4.

Газогенераторы

неподвижным

слоем,

работающие

на

воздухе при

атмосферном

давлении

2.5.2.2.4.1.

Газогенераторы на коксе

Реакции

газификации.

о—-

Предварительный

подогре»

Окисление

Шлак

__^

Г|ц

Температура

<°С)

300

500

700

900

1 100

1300

1500

Реакции

конверсии

СО

+ HjO —•

СО

Р Р

со,

н,

со'

5,0

1,55

0,755

0,47

0,337

0,265

COg

—- 2 СО

к=

(Рсо)2

со,

3,5x1 (Г

4,5 Х10"

1,05

VxiO

3,0

хЮ

1,2x10*

Реакции метанизации

+ 2 Н

—•

СН

Ргн

(Рн,)

210

2,2

0,132

2,0

х КГ

5,1 хЮ"

^,B5x^QГ

СО

+ 3 Н

—-

СН4

НгО

сн/

н,о

Рсо(Рн,)

15,8

хЮ

97,8

81,1

хЮ

679

хЮ

23,1

1,83x10*

Константы

равновесия.

353