Uаз подземной газификации

Министерство образования и  науки РТ

ГБОУВПО «АГНИ»

 

Кафедра «птэ»

 

 

 

Реферат

На  тему : «газ подземной газификации»

По  дисциплине «Теоритические основы физико- химических процессов горения»

 

 

 

 

 

Выполнил : студент группы

Проверил : старший преподаватель

                                                                                                           

 

 

 

 

Альметьевск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

1. Сжигание и газификация  твёрдого топлива….……………………….6

2. Универсальность методов  газификации твёрдого топлива………….7

3. Методы газификации  твёрдых топлив………………………………...8

4. Парогазовый цикл……………………………………………………...10

5. Основные стадии  подземной газификации угля……………………..11

Заключение………………………………………………………………..12

Список литературы……………………………….………………………14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Подземная газификация  угля (ПГУ) — физико-химический процесс превращения угля в горючие газы с помощью свободного или связанного кислорода непосредственно в недрах земли. При этом уголь в пласте, под землей, превращается в горючий газ (газ подземной газификации, генераторный газ, искусственный газ), обладающий достаточной калорийностью для энергетического и технологического использования. Подземная газификация — сложный комплексный процесс, включающий прогрев залежи, удаление влаги и легколетучих компонентов, перевод в жидкую фазу легкоплавких компонентов, процессы гетерогенного и гомогенного горения, фильтрации газов, взаимодействия компонентов газовой фазы, механическое растрескивание и обрушение пород вследствие температурного воздействия, конденсацию летучих веществ и других явлений в зависимости от состава залежи и горно-геологических условий. Важнейшая черта всех способов подземной газификации — их автотермичность, что позволяет поддерживать процесс без подвода тепла извне, за счёт экзотермических реакций части горючих компонентов залежи с кислородом дутья. Основным продуктом подземной газификации угля является горючий газ; сланцев и битумов — горючий газ, жидкое топливо, смолы, масла, фенолы и другие продукты; серы — сернистый ангидрид, жидкая и парообразная сера.  
        По способу вскрытия и подготовки залежи к подземной газификации различают шахтные, скважинные и комбинированные схемы. В плотных, малопроницаемых залежах производят дополнительное дробление полезных ископаемых буровзрывным способом, огневую или гидравлическую сбойку. Основное оборудование, применяемое при подземной газификации: компрессоры и воздуходувки для подачи дутья в залежь, скрубберы и циклоны для очистки и обеспыливания газа, конденсаторы для получения жидких и твёрдых продуктов. 

Для стабильного получения горючего газа под землей необходимо учитывать особенности как самого пласта топлива, так и вмещающих его пород. Подземная газификация угля осуществляется под действием высокой температуры (1000-2000°С) и подаваемого под давлением дутья — различных окислителей (как правило, воздуха, кислорода и водяного пара, реже — углекислого газа). Для подвода дутья и отвода газа газификацию проводят в скважинах, расположенных в определенном порядке и образующих так называемый подземный генератор. В нем идут те же химические реакции, что и в обычных газогенераторах. Однако условия подземной газификации специфичны. Состав и теплота сгорания газа зависят как от качества угля и состава дутья, так и от горно-геологических условий (прежде всего от мощности и угла залегания пластов, свойств горных пород, притока подземных вод и т.п.). Газ, производимый путем подземной газификации угля, применяют для энергетических нужд (в основном как котельное топливо). Себестоимость газа (в пересчете на условное топливо) ниже себестоимости угля, добываемого шахтным способом, и выше себестоимости угля открытой добычи. Технико-экономические показатели подземной газификации угля определяются масштабами производства газа. При подземной газификации угля отпадает необходимость в труде людей под землей, улучшаются его условия и состояние воздушного бассейна, не нарушается плодородный слой почвы. Однако по мере выгазовывания пласта топлива покрывающие его верхние породы под действием горного давления сдвигаются и заполняют выработанное пространство, нарушая тем самым природный ландшафт местности. Основные преимущества подземной газификации: низкие затраты на вскрытие залежей (по сравнению с шахтной иоткрытой добычей), низкие энергозатраты вследствие автотермичности процессов газификации, сохранность плодородного слоя почвы в пределах горного отвода, чистота воздушного бассейна. Недостатки: сложность управления внутрипластовым движущимся очагом горения, возможность утечки газа через трещины в кровле залежи, необходимость высокой естественной или искусственной проницаемости залежи. Возможность реализации способов подземной газификации практически не зависит от глубины залегания полезных ископаемых, поэтому актуальность их развития возрастает по мере исчерпания запасов, доступных для традиционных методов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сжигание и газификация твердого топлива

Когда в промышленных печах или в топках тепловых электростанций сжигают нефть, природный газ  или твёрдое топливо, получают горячий  дымовой газ. Высокий тепловой потенциал этого газа необходимо использовать сразу, например для нагрева воды с целью получения пара, для нагрева металла или для других тепловых процессов. Полученный горячий газ невозможно хранить или передавать на большие расстояния - он остынет . Этот газ , после использования его теплового потенциала , выбрасывают через дымовые трубы в окружающую среду .

Когда газифицируют уголь, получают горючий газ, который можно  хранить, транспортировать на большие  расстояния. Этот газ легко очистить от таких вредных примесей, как  соединения серы, он может быть использован не только как горючее, но и как химическое сырьё для разнообразных синтезов в зависимости от используемых газифицирующих уголь средств. Чем же отличаются эти два метода переработки твердого топлива - сжигание и газификация , дающие столь разные конечные продукты ? В основном только одним: процесс сжигания топлива проводится с избытком кислорода - технология сжигания, а процесс газификации проводится с недостатком кислорода и, следовательно, с избытком углерода - технология газификации.

В первом случае получается дымовой газ, в котором весь углерод топлива переходит в диоксид углерода. Он содержит также диоксид серы , избыточный кислород и много азота из воздушного дутья . Во втором случае состав газа , получаемого при газификации углей , чрезвычайно разнообразен и зависит от условий проведения процесса газификации

(давления , температуры  , концентрации в используемом  дутье кислорода).

В случае газификации  твердого топлива при недостатке кислорода сера топлива переходит  в сероводород. Если состав дымового газа довольно постоянен , то состав газов газификации твердого топлива можно резко варьировать .

Дымовой газ трудно очистить от содержащихся в нем оксидов  азота и серы, так как это  связано с большими расходами  вещества и энергии. Процессы очистки  генераторных газов

от сероводорода, пылевидного  уноса хорошо освоены и проводятся с большой полнотой и относительно экономично, а оксиды азота в них  практически отсутствуют. Из-за дымовых  выбросов появляются разрушительные кислотные  дожди, а в результате очистки  генераторных газов от сероводорода появляется нужная народному хозяйству сера. Так различная технология переработки угля приводит в одном случае к экологически неприемлемым конечным результатам , в другом - к экологически чистым .

Какими же приемами, какой  технологией достигаются такие результаты?

Какова технология газификации  угля.

Универсальность методов газификации твердого топлива.

Газификация твердого топлива является универсальным методом его переработки. Универсальность методов газификации  твердого топлива может рассматриваться в трех направлениях .

Во-первых, методам газификации  подвластны любые твердые топлива, начиная от торфа самых молодых  бурых углей и кончая каменными  углями и антрацитом, независимо от их химического состава, состава  зольной части, примесей серы, крупности, влажности и других свойств. Во-вторых, методами газификации твердого топлива можно получать горючие газы любого состава, начиная от чистых водорода (Н), оксида углерода (СО), метана (N) , их смесей в различных пропорциях пригодных для синтеза аммиака, метанола, оксосинтеза, и кончая генераторным газом, который можно использовать для энергетических установок любых типов и любого назначения. Наконец, в-третьих, немаловажной особенностью методов газификации твердого топлива являются их масштабные изменения.

Газогенераторные установки могут обслуживать крупнейшие химические комбинаты , выпускающие миллионы тонн аммиака или метанола в год , снабжать горючим газом крупнейшие ТЭЦ и в то же время могут обеспечивать газом небольшие автономные энергетические и химические установки (например газогенераторные установки для автомобилей) , поселки и деревни , небольшие химические , машиностроительные или другие заводы .

Методы газификации твердых топлив.

          Процесс превращения твердого топлива в горючий газ известен с 1670 г. За последние 150 лет техника газификации достигла высокого уровня и широко развивается. В настоящее время существует более 70 типов газогенераторных процессов . часть которых используется в промышленных масштабах . Многообразие разрабатываемых и действующих процессов находит свое объяснение. Первое заключается в исключительном различии физических и химических свойств твердых топлив разных месторождений: по элементарному составу, происхождению, содержанию летучих веществ, содержанию и составу золы, влажности, соотношению в угольной массе Н/С, спекаемой углей, их термической стойкости. Второе - в различии во фракционном составе добываемых углей: крупнокусковой уголь , угольная мелочь , топливная пыль . Третья причина - различные состав и требование к получаемому конечному продукту : генераторный (энергетический) газ - теплота сгорания (1) - 3800-4600 кДж/нм3; синтез- газ (технологический) для химической технологии - 10 900 - 12 600 кДж/нм3;восстановительный газ (для металлургических и машиностроительных производств) - 12 600 - 16 800 кДж/нм3;городской газ (отопительный) - 16 800 - 21 000 кДж/нм3; синтетический природный газ (богатый газ) для транспортировки на дальние расстояния - 25 000 – 38000 кДж/нм3.

Не последнюю роль здесь играют и постоянные поиски новых технических решений для снижения энергоматериальных затрат на процесс, затрат на обслуживание, капитальных вложений, повышение надежности процесса.

При всем своем многообразии эти процессы делятся на два основных класса. Автотермические процессы газификации , при которых тепло , необходимое для проведения эндотермических процессов , для нагрева газифицируемого материала и газифицирующих средств до температуры газификации (900-1200 ‘C) , производят за счет сжигания в кислороде части газифицируемого топлива до диоксида углерода . В автотермических процессах сжигание части топлива и газификации протекают совместно в едином газогенераторном объеме . В аллотермических процессах газификации сжигание и газификация разделены и тепло для происхождения процесса газификации подводятся через теплопередающую стенку внутри единого газогенераторного объема или при помощи автономно нагретого теплоносителя, который вводится в газифицируемую среду.

Как автотермические, так  и аллотермические процессы газификации  в зависимости от зернистости топлива могут протекать в плотном слое - крупнокусковое топливо, в «кипящем» слое - крупнокусковое топливо, в аэрозольном потоке - топливная пыль. Эти принципы проведения гетерогенных процессов , разработанные в газогенераторной технике , получили широкое применение в химической технологии при проведении , например , гетерогенных каталитических процессов .

 

Парогазовый цикл

Любая технология развивается , имеет какую-то незавершенность , подвержена постоянным изменениям . Она несет  в себе элементы прошлого , которые не соответствуют современным экологическим нормам , предъявляемым к технологическим процессам . Проанализируем работу современной тепловой электростанции ( ТЭС ) , работающей на твердом топливе . Такие электростанции жизненно необходимы , без них нет промышленности , они вырабатывают электроэнергию для транспорта , предприятий торговли , быта , но они , безусловно , вредны в экологическом плане , так как выбрасывают в окружающее пространство вещества , наносящие вред здоровью людей и ущерб окружающей среде . Из дымовых труб ТЭС выбрасываются миллионы тон золы , сажи , оксидов серы, азота . Взаимодействуя с влагой воздуха , эти выбросы порождают кислотные дожди , которые наносят вред флоре и фауне Земли . Они отравляют водоемы , разрушают сооружения и памятники культуры . Это бедствие современной цивилизации. Ученые считают ,что сравнительная оценка ущерба ,наносимого здоровью человека работой ТЭС на угле и атомной электростанции ,в расчете на одинаковую выработку электроэнергии в год , дает преимущество ядерному циклу по меньшей мере в 100 раз .

Можно ли создать и  создается ли такая технология использования  твердого топлива в энергетике , которая бы была экологически более  приемлемой , чем на современной  ТЭС? Да , такая технология разработана , и она входит в современную энергетическую технику под названием комбинированного парогазового цикла .

Она связана в первую очередь с очисткой дымовых газов  ТЭС , выбрасываемых в атмосферу , от летучей золы , сажи , оксидов  серы , канцерогенных веществ . Сера в результате из вредного выброса превращается в полезный продукт . Растет энергетический КПД ТЭС .

 

Основные стадии подземной газификации углей :

1. Бурение наклонно- горизонтальных  скважин для подводки дутья  и отвода полученного горючего  газа в сеть .

2. Создание в угольном пласте между этими скважинами реакционных каналов ( путем прожигания угольного пласта ).

3. Газификация угольного  пласта нагнетанием дутья во  входящие каналы и отвод полученного  газа из отводящих каналов  .( Зола топлива , содержащая естественные радиоактивные нуклиды , остается под землей).