Различие между процессами пиролиза, газификацией и горением

Газы со средней теплотой сгорания получают в процессах паровой или парокислородной газификации твердого топлива под давлением до 2−2,5 мПа. Полученные газы представляют собой смесь оксидов углерода и водорода с небольшими примесями метана и других углеводородов: 30−35% (об.) СО2; 10−13% (об.) СО; 38−40% (об.) Н2; более 10−12% (об.) СН4; 0,5−1,5% (об.) СnН2n. По экономическим соображениям, такие газы применяют в ограниченных масштабах. Такие газы используются как химическое сырье и применяются в металлургии в качестве восстановителей. Технология получения указанных газов первоначально была основана на использовании подачи паровоздушной смеси, причем воздух предварительно обогащался кислородом до 40% (об.). Наряду с этим можно повысить теплоту сгорания газа, при использовании повышенного давления при газификации. Однако, существует другой способ получения газов со средней теплотой сгорания — газификация твердого топлива с применением подачи пара и предварительно нагретого до 900−1100°С твердого теплоносителя. В качестве такого теплоносителя может использоваться зола, которая остается после сгорания топлива. Данная схема позволяет получать газ, который состоит в основном из оксида углерода и водорода в соотношении 1:

1. Одним из недостатков данного процесса является то, что он опробован в основном на опытно-промышленном уровне. Газы, обладающие высокой теплотой сгорания, приближающиеся по этому показателю к природному газу, в настоящее время в промышленных масштабах не производятся. Однако, технология получения данных смесей была отработана на некоторых установках. Основа повышения теплоты сгорания газа — обогащение его метаном за счет проведения газификации при повышенном давлении, благодаря чему интенсифицируется взаимодействие углерода и его оксидов с водородом, который образуется в слое топлива. Продуктом этих реакций является метан. Разработано также несколько вариантов многоступенчатых газогенераторов, в которых предусмотрены максимальное извлечение летучих продуктов из топлива и последующая газификация углеродного остатка с применением водородсодержащих газов в качестве газифицирующего агента (гидрогазификация). Наряду с этим газ, обогащенный метаном, может быть получен из низкои среднекалорийного газа путем гидрирования содержащихся в нем оксидов углерода в выносном реакторе (вне газогенератора).В таблице 3 приведены основные характеристики и выход генераторного газа из 1 кг углерода. Таблица 3 — Основные характеристики и выход генераторного газа Газ

Состав, % об. Выход газа из 1 кг углерода, м3Теплотворная способность газа (низ.)Тепловой КПД, %CO2H2N2ккал/м3кДж/м3Воздушный34,5−65,55,411 050 439 672,3Водяной5050−3,73 281 511 786 100

Полуводяной40,118,141,84,6 516 857 055 100

Оксиводяной68,931,1−2,75 290 012 142 100

Видно, что наибольшее количество газа образуется при получении воздушного газа, однако его теплота сгорания невелика вследствие того, что почти 34,5% его объема получается азот. Вследствие чего, коэффициент газификации чрезвычайно низкий. При получении генераторных газов с использованием водяного пара КПД равен 100%, а теплота сгорания значительно выше по сравнению с воздушной газификацией. Следует отметить, что выход газа и его теплота сгорания находятся в обратной зависимости: при увеличении одного из этих параметров происходит уменьшение другого. Различия процессов пиролиза, горения и газификации

Достаточно трудно сравнить три процесса, которые весьма широко используются в энергетике и химической промышленности: пиролиз, горение и классификацию. Постараемся кратко охарактеризовать отличия данных процессов друг от друга, при условии рассмотрения пиролиза, горения и газификации твердых горючих ископаемых (например, угля). Пиролиз используется для получения ценных химических продуктов и горючих газов. Термическое воздействие на вещество происходит без доступа воздуха. Если взять в качестве примера уголь, то в его составе есть множество предельных и непредельных соединений, содержащих углерод, кислород, азот, водород, серу и другие элементы. В процессе пиролиза будут выделяться летучие соединения с кислородом (оксиды серы, азота, водяной пар и другие). С дальнейшим повышением времени воздействия, в твердой фазе будет оставаться коксовый остаток, который будет содержать большее количество углерода по сравнению с исходным веществом.

Если пиролиз осуществляется при низких температурах, то будет иметь место жидкая фаза, состоящая из остатков органических соединений. Пиролиз может применяться для получения ценных химических продуктов, топлив и т. д.Горение — это экзотермический процесс взаимодействия веществ с кислородом. В процессе горения в газовую фазу будут выделяться оксиды тех элементов, из которых состоит твердая фаза. При горении масса твердого вещества постепенно убывает. В конечном итоге в твердой фазе остается зола — вещества, которые образуют твердые оксиды или термодинамически стабильные вещества. Горение может использоваться для получения энергии, для получения ценного химического сырья, для очистки веществ от примесей и т. д.Газификация — это процесс взаимодействия углеродного каркаса с твердым топливом. В процессе такого взаимодействия получается горючий газ, который может состоять из водорода и оксида углерода (может также включать другие примеси).

В процессе газификации углеродный каркас твердого топлива претерпевает множество трансформаций, в процессе которых основная масса вещества после взаимодействия выделяется в виде газовой фазы. Заключение

Были рассмотрены процессы пиролиза, горения и газификации. В соответствии с поставленными задачами был проведен детальный анализ вышеперечисленных процессов. Были установлены отличия пиролиза от горения и газификации. Кроме того, были проанализированы основные параметры, которые оказывают влияние на соответствующие процессы. Особое внимание было уделено описанию физико-химических закономерностей протекания данных процессов и их применению. Поскольку исчерпание основных возобновляемых энергетических ресурсов практически неизбежно, человечество обязано искать новые пути более полного и эффективного использования имеющихся энергетических ресурсов. Использование научного подхода для более полного описания процессов переработки топлив является ключевым моментом и будет определять развитие топливной энергетики и химической технологии топлив. Списокиспользованныхисточников

Чесноков, Н. В. Химическая технология переработки особенности пиролиза древесины лиственницы и свойства получаемых углей / Н. В. Чесноков, Б. Н. Кузнецов, Ф. Лоро, В. Клозе, А.

Шинкель // Хвойные бореальной зоны. — 2003. — Выпуск I. — С. 20−24.Василевич, С.

В. Исследование термохимической конверсии биомассы для получения различных видов топлив / С. В. Василевич, Г. М. Дмитриев, В. Н. Кожурин, М.

В. Малько // Internationalconference"EnergyofMoldova — 2012. R egionalaspectsofdevelopment".- 2012. — С.

324−330.Кучерук, Д. А. Кинетическаямодельпиролизаугля/ Д. А. Кучерук, А. Д. Качковский, Д. И.

Пархоменко // PrakashN., KarunanithiT. K ineticModelinginBiomassPyrolysis-AReview. J. A ppl.Sci.Res., Vol.4, No.12 (2008), pp.

1627−1636

Прибатурин, Н.А.Конверсияуглеродсодержащихматериаловвсредевысокотемпературноговодяногопара/Н.А. Прибатурин, А. Р. Богомолов, М. В. Алексеев, С. А. Шевырёв // Вестник Куз

ГТУ. — 2010. — № 4. -

С. 89−93.Химические вещества из угля / Под ред. И. В. Калечица. -

М.: Химия, 1980. — 616 С. Дубинин, А. М. Паровая бескислородная газификация углей как средство экономии топлива / А. М. Дубинин, О. М. Панов // Теплоэнергетика. — 1997.

— № 4. — С. 51−53.Фролов, С. М. Наука о горении и современные проблемы энергетики / С. М.

Фролов // Рос. хим. ж. — 2008. — Вып. 6.

— С. 129−134.