ПОЛУЧЕНИЕ СИНТЕЗ-ГАЗА ИЗ УГЛЯ ФАН

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2012, том 55, №7
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 662.66:338.45
Член-корреспондент АН Республики Таджикистан Х.Сафиев, Р.Усманов*, Б.С.Азизов,
Х.А.Мирпочаев, Ф.У.Сайдалиев, Э.Х.Каримов**
ПОЛУЧЕНИЕ СИНТЕЗ-ГАЗА ИЗ УГЛЯ ФАН-ЯГНОБСКОГО
МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Государственное учреждение «Научно-исследовательский институт металлургии»
ГУП «ТАлКо»,
Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан,
*
**
Таджикский национальный университет
В статье приведены результаты исследования процесса получения синтез-газа в газогенераторе неподвижного слоя паровоздушной газификацией каменного угля. Установлены зависимости
степени конверсии угля и состава синтез-газа от расхода и соотношения воздуха и пара.
Ключевые слова: каменный уголь – паровоздушная газификация угля – конверсия угля – газогенератор – синтез-газ – генераторный газ.
Таджикистан, не имея достаточного количества собственного газообразного и жидкого топлива, полностью зависит от их поставок из других стран. В то же время Таджикистан обладает значительными запасами различных видов углей. Поэтому вопросы использования и переработки угля в
газовые и жидкие топлива и другие химические продукты являются перспективными и актуальными.
Одним из перспективных направлений использования угля является его газификация с последующим
производством горючего синтез-газа (генераторный газ), который преимущественно состоит из оксида углерода (СО), водорода (Н2) и азота (N2).
Синтез-газ можно использовать при производстве цемента, обжиге различного сырья, выработке пара и электроэнергии и т.д. Компоненты синтез-газа в перспективе можно также использовать
в производстве аммиака, метанола, бензина, дизельного топлива и других углеводородов.
Газификация угля это процесс неполного окисления свободного углерода и органической
массы угля, а также других углеродосодержащих продуктов. Этот процесс можно провести несколькими способами, с использованием в качестве газифицирующих агентов: воздуха, паровоздушной
смеси, кислорода, воздуха, обогащѐнного кислородом, и т.д.[1].
Основным оборудованием в процессе газификации угля является газогенератор. В газогенераторах уголь находится либо в неподвижном, либо во взвешенном состоянии [2-5]. В производственных газогенераторах с неподвижным слоем подача угля производится сверху, а подача газифицирующих агентов снизу. Горение угля протекает с образованием СО и СО2 по реакциям:
Адрес для корреспонденции: Усманов Рахматжон. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни,
299/2, Институт химии АН РТ. E-mail: usmanov1947@mail.ru
577
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2012, том 55, №7
С + О2 = СО2; ∆H298 = – 393.7 кДж/моль
(1)
2С + О2 = 2СО; ∆H298 = – 218.8 кДж/моль
(2)
Образующийся диоксид углерода, поглощая тепло, восстанавливается новыми порциями углерода в оксид углерода:
СО2 + С = 2СО; ∆H298 = +172.5 кДж/моль
(3)
Если вместе с воздухом в газогенератор подают также водяной пар, то дополнительно протекают реакции:
С + Н2О = СО + Н2; ∆H298 = +131.4 кДж/моль
(4)
С + 2Н2О = СО2 + 2Н2; ∆H298 = – 89.5 кДж/моль
(5)
В газовой фазе также может протекать реакция между оксидом углерода и водяным паром:
СО + Н2О = СО2 + Н2; ∆H298 = – 41.1 кДж/моль,
(6)
а при взаимодействии СО и Н2 может образоваться метан, который в свою очередь может подвергаться термическому распаду:
СО+ 3Н2 =СН4 + Н2О; ∆H298 = – 203.7 кДж/моль
(7)
СН4 = С + 2Н2; ∆H298 = + 71.1 кДж/моль
(8)
Сочетание всех этих реакций и определяет состав образующегося газа, который изменяется
по высоте газогенератора. Негорючим остатком при газификации является зола – смесь неорганических веществ.
В данной работе в газогенераторе с неподвижным слоем изучен процесс газификации угля
месторождения Фан-Ягноб, физико-химические показатели которого приведены в табл. 1.
Таблица 1
Физико-химические характеристики угля Фан-Ягноб
Элементный состав, мас.%
S
C
H
0.13
85.0
5.6
Летучие
вещества, мас.%
28.62
Влажность,
масс.%
0.95
Зольность,
мас.%
3.21
Калорийность,
кДж/кг
33415.0
Навеска угля с размерами частиц 1-3 мм подвергалась паровоздушной газификации в лабораторной установке, схема которой представлена на рис.1.
На данной установке при температуре 900…950°С была изучена зависимость степени конверсии угля от расхода газифицирующих агентов (воздуха и пара). Как видно из рис. 2, при повышении
расхода воздуха и пара вначале происходит рост степени конверсии угля, а затем степень конверсии
медленно снижается, то есть максимальное значение степени конверсии (93%) достигается при расходе воздуха 3 м3/кг воздуха и расходе пара 0.4кг/кг.
578
Физическая химия
Х.Сафиев, Р.Усманов и др.
Рис.1. Схема лабораторной установки газификации угля.
1 – компрессор; 2,11 – расходомеры; 3 – резервуар для воды; 4 – гидрозатвор; 5 – парообразователь; 6 – газогенератор; 7 – электронагреватель; 8 – холодильник; 9 – сепаратор; 10 – фильтр; 12 – газоанализатор.
Рис.2. Влияние скорости подачи газифицирующих агентов на степень конверсии угля.
При низких расходах воздуха и пара вследствие недостатка газифицирующих агентов уголь
не успевает сгореть и выделить достаточного количества тепла для разложения воды, а при расходе
воздуха и пара выше оптимальных значений происходит разбавление выделяющегося тепла, необходимого для протекания реакции и повышение доли негорючих компонентов газа, вследствие чего
степень конверсии снижается.
Данное предположение подтверждается влиянием расхода воздуха и пара на состав синтезгаза. Как видно из табл.2, при увеличении расхода воздуха от 2.7 до 3.5 м3/кг содержание СО2, N2
повышается, а содержание СО в синтез-газе снижается. В то же время при постоянстве расхода воздуха повышение расхода пара от 0.4 до 0.5 кг/кг приводит к росту содержания H2 и CH4 в составе
синтез-газа и снижению содержания СО в нѐм.
579
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2012, том 55, №7
Таблица 2
Параметры синтез-газа при различных расходах воздуха и пара
Расход
воздуха,
м3/кг
2.7
2.9
3.1
3.3
3.5
Состав газа, об.%:
Расход
пара,
кг/кг
CO2
H2
CO
CH4
O2
N2
0.4
0.5
0.4
0.5
0.4
0.5
0.4
0.5
0.4
0.5
6.9
7.8
9.3
9,4
11.1
10.7
12.1
12.5
12.8
13.5
13.7
14.5
11.7
12.3
12.1
12.7
11.2
10.8
9.4
10.4
22.9
21.7
20.5
19.8
18.2
17.9
17.6
16.2
15.4
14.0
2.5
2.6
2.4
2.5
2.5
2.6
2.4
2.6
2.7
2.7
0.3
0.3
0.2
0.3
0.3
0.3
0.4
0.4
0.4
0.4
53.7
53.1
55.9
55.7
56.3
56.0
56.3
58.0
59.3
59.0
Теплота
сгорания
газа,
МДж/м3
5.27
5.24
5.13
4.72
4.50
4.49
4.29
4.16
3.93
3.86
Степень конверсии угля,
%
90.4
91.4
92.9
93.8
93.0
93.5
91.2
91.9
89.1
88.9
При этом во всем диапазоне изменения расхода воздуха наблюдается снижение теплоты сгорания (калорийности газа) вследствие роста содержания СО2 и N2 в нѐм. При постоянстве расхода
воздуха повышение расхода пара от 0.4 до 0.5 кг/кг приводит к росту степени конверсии угля, которая достигает максимального значения (93.8%) при расходе воздуха, равном 2.9м3/кг.
Полученные результаты могут быть использованы при промышленном производстве синтезгаза из угля месторождения Фан-Ягноб.
Поступило 22.07.2012 г.
Л И Т Е РАТ У РА
1. Химические вещества из угля. – Под ред. Фальбе Ю. – М.:Химия, 1980, 616 с.
2. Бекаев Л.С., Марченко О.В. и др. – Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию. – Новосибирск: Наука, 2000, 300 с.
3. Шиллинг Г.-Д., Бонн Б., Краус У. – Газификация угля. Пер. с нем. и ред. Исламова С.Р. – М.: Недра, 1986, 175 с.
4. Химия и переработка угля. – Под ред. Липовича В.Г. – М.: Химия, 1988, 336 с.
5. Гамбург Д. Ю., Семѐнов В.П. – Хим. промышленность, 1983, №5, с.4-10.
Њ.Сафиев, Р.Усмонов*, Б.С.Азизов, Х.А.Мирпочоев, Ф.У.Сайдалиев, Э.Њ.Каримов**
ЊОСИЛ НАМУДАНИ СИНТЕЗ-ГАЗ АЗ АНГИШТИ КОНИ ФОН-ЯЃНОБ
Муассисаи давлатии «Пажўњишгоњи илмию тањќиќотии металлургия»-и
КВД «Ширкати Алюминийи Тољик»,
*Институти
химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илмњои Љумњурии Тољикистон,
**Донишгоњи
миллии Тољикистон
Дар маќолаи мазкур натиљањои тањќиќоти раванди њосилкунии синтез-газ дар газогенератор бо ќабати бењаракат бо усули газификасияи ангишт бо буѓи об ва њаво оварда шудаанд.
Вобастагии байни дараљаи конверсияи ангишт ва таркиби синтез-газ аз сарф ва таносуби байни
њаво ва буѓи об муайян карда шудаанд.
580
Физическая химия
Х.Сафиев, Р.Усманов и др.
Калимањои калидї: ангиштсанг – газификасияи ангишт бо буѓи об ва њаво – конверсияи ангишт –
газогенератор – синтез-газ – гази генераторї.
H.Safiyev, R.Usmanov*, B.S.Azizov, Кн.A.Mirpochaev, F.W.Saidaliev, E.H.Karimov**
PRODUCTION OF SYNTHESIS GAS FROM COAL FAN-YAGNOB DEPOSIT
State Enteprise "Research Institute of Metallurgy" SUE "TALCO",
*
V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan,
**
Tajik National University
The article presents the results of the study of the process of production of synthesis gas in a fixed
bed gasifier steam gasification of coal. Dependences of the degree of conversion of coal and composition of
the synthesis gas flow rate and the ratio of air and steam.
Key words: coal – steam-coal gasification – the conversion of coal – gas generator – synthesis gas – generating gas.
581