Получение газа из угля своими руками
Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Латышев Виталий Павлович, Мельник Станислав Владимирович
Разработан способ газификации бурых углей в газогенераторе кипящего слоя. Получен отопительный газ, содержащий незначительное количество смолы и кислых газов, Спроектирована и построена опытно-промышленная установка газификации производительностью 500 кг/ч по углю. Метод характеризуется экономичностью и является экологически чистым.
Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Латышев Виталий Павлович, Мельник Станислав Владимирович
Технико-экономическое исследование перевода теплофикационных котельных с природного газа и мазута на газ из угля
Технология производства горючего газа из бурых углей в газогенераторе кипящего слоя
В настоящее время актуальной является проблема эффективного использования бурых и каменных углей в энергетике, химической промышленности и ряде других отраслей производства с учётом энергосбережения и экологической безопасности [1]. Рост цен на нефтепродукты ставит перед промышленными предприятиями и коммунальными хозяйствами задачу поиска и использования более доступных и дешёвых энергоносителей, адсорбентов и химических продуктов из угля. Особенно актуальна эта проблема для регионов, удалённых от источников нефтяного и газового сырья, но обладающих запасами угля и отходами промышленности, содержащими значительное количество углерода и водорода (лигнин, опилки, кора, нефтешла-мы, пластмассы).
За последние 5-10 лет в научной литературе опубликованы многочисленные работы по прогнозу добычи и использованию энергоносителей, их стоимости, конкурентоспособности, объёмам потребления и воздействию на окружающую среду [2,3]. Большое внимание уделяется вопросом переработки угля на месте его добычи, в частности, на крупнейшем Канско-Ачинском месторождении [4], что значительно снижает затраты на перевозку и хранение угля, содержащего большое количество влаги (до 30%) и золы (10-11%). Одним из перспективных методов переработки угля является газификация, позволяющая получить активный полукокс (адсорбенты) и горючий газ.
В институте нефте- и углехимического синтеза Иркутского госуниверситета разработан способ окислительного полукоксования бурых и молодых каменных углей и сконструирован двухкамерный газогенератор кипящего слоя [8], Псевдоожижение угля осуществлялось паровоздушной смесью. В токе воздуха часть
продуктов терморазложения сгорала, поддерживая в кипящем слое температуру 600-800 °С. Активация образующихся полукоксов проводилась водяным паром.
Активные полукоксы имели удельную поверхность до 550 м2/г, насыпную плотность 0,23-0,59 кг/дм3, неф-теёмкость 210% и были испытаны в процессе очистки питьевой и сточных вод. При повышении температуры в газогенераторе до 900°С образующийся полукокс газифицируется, газ имеет низкое содержание смолы - 0,4 г/м3 и теплоту сгорания до 3500 кДж/нм3.
Схема установки производительностью 500 кг/ч представлена на рисунке.
Подсушенный уголь крупностью 1-7 мм из бункера исходного угля (поз. 1) поступает в тарельчатый питатель (поз. 2). Затем шнековым питателем (поз. 3) уголь подаётся в камеру генератора (поз. 4). Полукокс с образующимся генераторным газом переносится в отбойник (поз. 5), где происходит отделение генераторного газа от уноса полукокса. Шнеком (поз. 7) унос полукокса возвращается в газогенератор. Ворошитель (поз. 7) способствует разрыхлению золы, которая периодически выгружается в контейнер (поз. 9) золовыгружателем (поз. 10). В камеру газогенератора нагнетается воздух посредством газодувки (поз. 11) через задвижку (поз. 12). Образующийся в процессе генераторный газ по трубопроводу (поз. 14) поступает в печь обжига (поз, 13), где сгорает в горелках (поз. 15). Розжиг горелок производится с помощью газозажигательного устройства (поз. 16).
В качестве сырья выбран уголь Ирша-Бородинского разреза Канско-Ачинского бассейна. Зольность угля 10,8%, содержание влаги 32%, серы 0,5%, калорийность 7000 Ккал/кг. Температура в камере газогенератора в пределах 780-850 °С, давление газа на выходе до 5 КПа, золоудаление сухое.
Состав образующегося генераторного газа представлен в табл. 1. Газ практически не содержит окислов серы и азота, содержание смолы 0,4 г/м3, калорийность до 1200 ккал/нм3. Материальный баланс газификации угля и материальный баланс сжигания генераторного газа в топке даны в табл. 2, 3.
Состав генераторного газа
Полученный генераторный газ сжигался 8 кольцевой печи обжига кирпича на диффузионных горелках на заводе по производству кирпича. Давление на горелках составляло 5 КПа, максимальная температура в печах обжига в процессе испытания достигала 1230 °С, рабочая температура обжига поддерживалась на уровне 1050-1100 °С.
Применение генераторного газа в процессе сушки и обжига кирпича вместо мазута позволило добить-
ся значительной экономии в производстве. На основе данных завода произведён расчёт себестоимости 1Гкал тепла, получаемого при сжигании мазута, и себестоимости 1 Гкал тепла, получаемого при сжигании отопительного генераторного газа из угля. Данные приведены в табл. 4, 5.
Себестоимость 1 Гкал тепла, полученного при сжигании мазута стоимостью 3500 руб./т, составила 456,5 руб., себестоимость 1 Гкал тепла, полученного при сжигании генераторного газа из угля стоимостью 350-400 руб./т, составила 142,7 руб., т.е. тепло, полученное при сжигании генераторного газа, в 3,2 раза дешевле тепла, полученного при сжигании мазута. Построенный по разработанной авторам^ технологии и пущенный в производство при их авторском надзоре газогенератор, производящий отопительный газ из бурого угля Ирша-Бородинского месторождения, находится в эксплуатации с 2002 года и позволил снизить стоимость 1 тыс. производимого кирпича с 2500 до 1550 рублей,
Технологическая схема газогенерации: 1 - бункер расхолный, 2 - питатель тарельчатый, 3 - питатель шнековый, 4 - газогенератор, 5 -отбойник, 6 - газопровод, 7 - газопровод, 8 - ворошитель, 9 - контейнер, 10 - золовыгружатель, 11 - газодувка, 12 - задвижка, 13 -
печь обжига, 14 - задвижка, 15, горелка, 16 - ГЗУ
Материальный баланс газификации
№ п/п Приход № п/п Расход
Наименование статей баланса Количество, кг/ч Наименование статей баланса Количество, кг/ч
1 Уголь исходный 500 1 Смешанный генераторный газ 1858.83
2 Воздушное дутьё 1473.16 2 Зола 38.33
3 Полукокс циркуляционный 144.15 3 Унос полукокса 48.05
5 Водяной пар и газы разложения 22.95
6 Полукокс циркуляционный 144,15
Итого 2117.31 Итого 2117.31
Материальный баланс сжигания генераторного газа в топке
N2 п/п Приход N2 п/п Расход
Наименование статей баланса Количество, кг/ч Наименование статей баланса Количество, кг/ч
1 Смешанный генераторный газ 1858.83 1 Продукты сгорания генераторного газа 4021.03
2 Зола 38.33 2 Несгоревший унос 4.8
3 Унос полукокса 48.05 3 Водяные пары и другие газы 29.88
4 Воздух 2132.38 4 Зола 44.83
5 Водяные пары и газы разложения 22.95
Итого 4100.54 Итого 4100.54
Расчёт себестоимости 1 Гкал тепла, получаемого при сжигании мазута
№ п/п Наименование показателя Единица измерения Величина показателя
1 Количество требуемого тепла Гкал 99784
2 Количество требуемого мазута при калорийности 9,2 Гкал/т т/год 11416.9
3 Затраты на перевозку руб./год 1598370,7
4 Затраты на закупку мазута -«- 39959267,7
5 Производственные затраты, 10 % от стоимости мазута -«- 3995926.7
6 Итого затраты на обеспечение мазутом (сумма статей п.п, 4,5.6) 45553565.2
7 Стоимость 1 Гкал руб. 456.5
Расчёт себестоимости 1 Гкал тепла, получаемого при сжигании отопительного генераторного газа из угля
Таким образом, разработанная технология газификации угля в газогенераторе кипящего слоя с паровоздушным дутьём может быть рекомендована для внедрения на предприятиях по производству фарфора, керамики, цемента, кирпича с целью замены дорогостоящего мазута, особенно в отдалённых от промышленных центров регионах страны, где отсутствуют или очень дороги энергоносители - нефть, мазут, природный газ, но есть доступные и дешёвые запасы углей.
Газогенератор рекомендуется к внедрению, как
аппарат с высокими экологическими и экономическими показателями.
1. Калечиц И,В., Уголь в современном мире, перспективы его изучения и использования // Химия твёрдого топлива. - 2001, - № 3. - С. 3.
2. Головин Г.С., Родэ В,В. Уголь - сырьё для получения продуктов топливного и химико-технологического назначения II Химия твёрдого топлива. - 2001. - № 4. - С. 3.
3. Грицко Г.И, Уголь в топливно-энергетическом балансе: прошлое, настоящее, прогноз на будущее II Уголь, -2002. - № 6, - С. 18.
4. Дейков С.П., Борзов А.И., Гончаров Н.В., Маврин В,А, Актуальность переработки канско-ачинских углей на месте добычи II Уголь. - 2003. - № 7. - С, 47.
5. Степанов С.Г. Тенденции развития и новые инженерные решения в газификации угля II Уголь, - 2002,
6. Степанов С.Г., Морозов А.Б., Исламов С.Р. Технология совмещённого производства полукокса и горючего газа из угля II Уголь. - 2002. - № 6. - С, 26,
7. Мерц Р.Х„ Латышев В.П., Косыгина К,Ф„ Боксер В,Б, Окислительное полукоксование углей в кипящем слое,//Химия твёрдого топлива. - 1997, - № 4, - С. 59,
8. Лзтышев В,П., Мерц Р.Х. Окислительное полукоксование углей, - Патент РФ 18006173,
В этой статье разберем первую установку фишера-тропша. Как третьему рейху практически получалось делать бензин из газогенераторного газа (или синтез газа) полученного из угля. Схема и принцип работы установки.
Вступление
Война пожирает ресурсы, а самый востребованный ресурс, фундамент экономики войны — нефть (бензин, дизель, авиационное топливо). Даже не смотря на то, что Гитлеру помогала наука и ежегодно рейх получал 20 миллионов литров топлива по технологии Фишера-Тропша из низкокачественного бурого угля империя все равно испытывала дефицит бензина, дизеля и авиационного топлива для своей многомиллионной армии. Именно по этой причини и произошла сталинградская битва. Рейху требовалась нефть Кавказа, но чтобы ее получить командование вермахта не могло позволить себе попасть в окружение которое неминуемо произошло бы оставь они за своей спиной Сталинград.
Давайте разберем как они этот бензин получали и подробно рассмотрим установки первого поколения которые сегодня усовершенствованы до 4 поколения и благополучно дают сотни миллионов литров бензина, дизеля и пр. углеводородов по всему миру.
Немного теории
Все знают как получают бензин из нефти — фактически ее "варят" в закрытых емкостях. Точно также сегодня можно получить грязную нефть если варить на костре старые покрышки в закрытых бочках (называют ретортами). Или обыкновенный бытовой мусор. Да, вы не ослышались если поместить мусор (любой бытовой мусор из мусорки) в закрытую бочку (закупорить герметично) и разжечь под ней костер можно получить жидкую, грязную нефть. Конечно же эта "нефть" будет грязной и чтобы ее перегнать в чистое топливо нужно множество блоков оборудования, очистки и в конце концов выход чистого топлива будет очень маленьким, а потратится при этом большое количество энергии как электрической так и тепловой (газ на поддержание процесса). Оборудование будет при этом громоздким и дорогим. Поэтому и ведутся в мире войны за качественную нефть из которой перегнать бензин и дизель стоит как можно меньше.
Темно желтым показана зона не выходя за которую топливо можно применять для газогенераторов, за нее уже нет. Попросту сырье не загорится.
Первые кто пошли по пути катализа, а не "варки"
Франс Фишер и Ганс Тропш в 1920-х годах работавших над проблемой получения бензина пошли по другому пути — получать бензин и дизель не "варением" сырья, а катализом. Как в этом случае происходит процесс?
Сырьем для получения бензина служит твердое топливо — при этом оно может быть любым способным гореть (есть определенные ограничения по влажности и зольности топлива, а также по количеству углерода в его составе — об этом подробно в треугольнике Таннера).
Собранный мной газогенератор для газификации древесины на 10-20м3 синтез газа в час. В других статьях в блоге есть о нем информация.
Это твёрдое топливо сперва газифицируют на газогенераторах превращая в синтез газ, а потом этот синтез газ пропускают через измельченный катализатор сделанный из определенного железа и газ преварщается в бензин и дизель при этом очень чистый — чище чем на заправках.
Не путайте газогенератор с пиролизными котлами — это совершенно разные устройства. Газ который получается называют синтез газом или газогенераторным газом.
Суть газификации заключается в том, что 20% топлива просто горит, а в это время 80% топлива превращается в синтез газ за счет тепла горения первого. Кратко этот процесс работает так: мы берем дым от костра (горение топлива в газогенераторе происходит также как в обычном костре) и пропускаем назад через раскаленные угли и когда это происходит в закрытой емкости без подсоса воздуха извне — дым становится горючим газом. Вот так все просто (рассчитать аппарат по формулам правда не просто и потом этот газ очистить).
Сделав таким образом мы получаем из следующих топлив такое количество синтез газа:
Дрова — 2.2м3
Древесный уголь около 5м3
Бурый уголь около 3.5м3 (зависит от влажности и зольности угля)
Каменный уголь около 4.7м3
Мусор бытовой около 1.5м3
Торф 2.2м3
Фикалии около 2м3
Так как в Германии были и есть большие залежи бурого угля и добыча его на то время (как и сегодня) была поставлена на промышленные рельсы — проще делать бензин из бурого угля. Если были бы промышленные добычи неограниченного количества древесины, больше чем угля, добывали бы из древесины. Из нее кстати добывать синтез газ проще и дешевле по той причине что в дереве нет серы, а в угле есть и очистка угля от серы это дополнительные промышленные установки по очистки от органической серы и сероводорода. Сера и кислород убивают катализатор фишера-тропша являясь каталитическими ядами.
Брать любое горючее топливо имеющее низкую цену или отходы за которые платят деньги чтобы их вывести и уничтожить такие как мусор или фекалии городских отстойников например и превращать в бензин и дизель много интереснее чем добывать из нефти — жечь которую как известно все равно что "жечь ассигнации" по словам Менделеева.
Борясь в своих лабораториях десятилетиями ученые нашли металлы способные на реакцию катализа — для превращения синтез газа в бензин подойдут только 4 металла, 2 из которых забраковали, а два эксплуатируют до сих пор — Железо и Кобальт (забраковали Никель и Рутений).
Головы ломали ученые и вот каким был первый аппарат получения жидких углеводородов.
Сверху поступает конечно же не уголь в кусках, а синтез газ сделанный из угля, снизу уже буквально капает бензин и дизель.
Вы видите сердце установки, там где происходит превращение превращенного угля в синтез газ, синтез газа в бензин и дизель (дальше мы рассмотрим всю установку). На трубы нанизаны листы металла толщиной 1.5мм, расстояние между трубами небольшое. Зачем так сделано и почему именно так?
Дело в том, что при превращении синтез газа в бензин (когда мы продуваем его через порошек катализатора или шарики с нанесенным на него порошком) выделяется энергия равная 30% энергии полученной если газ поджечь. Так каждый куб газа давал около 600 ккал/нм3 при превращении. Если оставить этот процесс без охлаждения температура достигала бы чуть ли не 1500 градусов цельсия. А температура должна была быть около 210 градусов цельсия чтобы процесс шел как надо. По этой причине в трубы подавался пар который снимал лишнее тепло. Сам Фишер опытным путем установил — на такой установке расстояние между пластинами должно было быть не больше 10мм, а сделал он 7мм. Пара надо было подавать 5кг на каждый полученный литр бензина (здесь все жидкие углеводороды полученные таким путем я называю бензином и дальше также). Трубы брали диаметром чуть меньше чем водопроводные в наших квартирах с толщиной стенки 4мм чтобы их не разорвало от давления которое могло достигать 30 атмосфер.
Один такое реактор давал 1.9т бензина в сутки и выделял около 6000кг пара.
С одного куба синтез газа получалось выжать 160г бензина. Если учесть что 1кг бурого угля давал около 3.7м3 газа можно посчитать экономику.
Длинна реактора была 5 метров, высота до 3.5 метров. Ширина реактора 2м. За один раз в реактор загружали около 3 тонн катализатора сделанного на основе железа. Вес такой установки достигал 50 тонн.
Вот как происходил процесс катализа на молекулярном уровне в этой установке (зеленые шарики это железо, правильнее железный катализатор, красные — кислород, белые водород, серые углерод):
Двигатель внутреннего сгорания, работающий на дровах, — это вовсе не призрак из далекого прошлого. Автомобили и электростанции, использующие древесину в качестве энергоносителя, можно встретить и сегодня. Стоит уточнить: двигатель функционирует на газе, получаемом из дерева путем его сжигания определенным способом. Установки, вырабатывающие такой газ, называют газогенераторами, они достаточно давно применяются на промышленных предприятиях. Но можно ли изготовить газогенератор своими руками и стоит ли это делать – вопросы, ответы на которые призвана дать наша статья.
Как работает газогенератор
Чтобы понять, какая может быть польза от газогенератора в домашнем хозяйстве, надо разобраться в его принципе работы, а потом и устройстве. Тогда можно будет оценить затраты на его изготовление, а главное, какой удастся получить результат.
Итак, пиролизный газогенератор – это комплекс узлов и агрегатов, предназначенный для выделения смеси горючих газов из твердого топлива с целью его использования в двигателях внутреннего сгорания.
Для справки. Конструкции генераторов отличаются друг от друга в зависимости от вида сжигаемого твердого топлива, мы рассмотрим самую актуальную из них – на дровах.
Если древесину сжигать в закрытом пространстве, ограничивая подачу кислорода, то на выходе можно получить смесь горючих газов. Вот их перечень:
- угарный газ (оксид углерода СО);
- водород (Н2);
- метан (СН4);
- прочие непредельные углеводороды (CnHm).
Примечание. В смеси присутствуют также негорючие балластные газы: двуокись углерода (углекислый газ), кислород, азот и водяные пары.
Эффективный дровяной газогенератор должен не просто вырабатывать горючую смесь, но и сделать ее пригодной к использованию. Поэтому весь цикл получения топлива для ДВС можно смело назвать технологическим процессом, состоящим из таких этапов:
- газификация: древесина даже не горит, а тлеет при подаваемом количестве кислорода в размере 33—35% от необходимого для полноценного сжигания;
- первичная грубая очистка: летучие частицы продуктов горения, что вырабатывают древесные газогенераторы после первого этапа, отделяются с помощью сухого вихревого фильтра – циклона;
- вторичная грубая очистка: производится в скруббере – очистителе, где поток горючего пропускается через воду;
- охлаждение: продукты сгорания с температурой до 700 ºС проходят его в воздушном либо водяном теплообменнике;
- тонкая очистка;
- отправка потребителю: это может быть закачка горючего компрессором в бак-распределитель либо подача в смеситель, а затем — сразу в ДВС.
Рассмотреть устройство и принцип работы газогенератора в промышленном исполнении можно на технологической схеме, представленной ниже:
Полный цикл получения газа достаточно сложен, поскольку включает в себя несколько различных установок. Самая основная – это газогенератор, представляющий собой металлическую колонну цилиндрической либо прямоугольной формы, имеющую сужение книзу. В колонне имеются патрубки для воздуха и выхода газа, а также лючок доступа в зольник. Сверху агрегат оборудован крышкой для загрузки топлива, дымоход к корпусу не присоединяется, он просто отсутствует. Процесс горения и пиролиза, проходящий внутри колонны, хорошо отражает схема газогенератора:
Не вдаваясь в тонкости химических реакций, проходящих внутри колонны, отметим, что на выходе из нее получается смесь газов, описанная выше. Только она загрязнена частицами и побочными продуктами горения и обладает высокой температурой. Изучив чертежи газогенераторов любой конструкции, можно заметить, что все остальное оборудование предназначено для приведения газа в норму. Воздух в зону горения подается принудительно тяговой или дутьевой машиной (простыми словами — вентилятором).
Надо сказать, что самодельный газогенератор на дровах делается домашними мастерами-умельцами не такой сложной конструкции и технология выделения газа в нем несколько упрощена, о чем будет рассказано ниже.
Мифы о газогенераторных установках
На просторах интернета часто встречается множество необоснованных утверждений о работе подобных агрегатов и дается противоречивая информация об использовании газогенераторов. Попытаемся все эти мифы развеять.
Миф первый звучит так: КПД газогенераторной установки достигает 95%, что несоизмеримо больше, нежели у твердотопливных котлов с эффективностью 60—70%. Поэтому отапливать дом с ее помощью куда выгоднее. Информация некорректна изначально, нельзя сравнивать бытовой газогенератор для дома и твердотопливный котел, эти агрегаты выполняют разные функции. Задача первого – вырабатывать горючий газ, второго – нагревать воду.
Когда говорят о генерирующем оборудовании, то его КПД – это отношение количества полученного продукта к объему газа, что возможно выделить из древесины теоретически, помноженное на 100%. Эффективность котла – это отношение вырабатываемой тепловой энергии дров к теоретической теплоте сгорания, также умноженное на 100%. Кроме того, извлечь из органики 95% горючего топлива может далеко не каждая биогазовая установка, не то что газогенератор.
Вывод. Суть мифа в том, что массу либо объем пытаются через КПД сопоставить с единицами энергии, а это недопустимо.
Обогревать дом проще и эффективнее обычным пиролизным котлом, что таким же способом выделяет горючие газы из древесины и тут же их сжигает, используя подачу вторичного воздуха в дополнительную камеру сгорания.
Миф второй – в бункер можно закладывать топливо любой влажности. Загружать-то его можно, да только количество выделяемого газа падает на 10—25%, а то и более. В этом отношении идеальный вариант — газогенератор, работающий на древесном угле, что почти не содержит влаги. А так тепловая энергия пиролиза уходит на испарение воды, температура в топке падает, процесс замедляется.
Миф третий – затраты на обогрев здания снижаются. Это нетрудно проверить, достаточно сравнить стоимость газогенератора на дровах и обычного твердотопливного котла, тоже сделанного своими руками. Плюс нужно водогрейное устройство, сжигающее древесные газы, например, конвектор. Наконец, эксплуатация всей этой системы отнимет немало времени и сил.
Вывод. Самодельный газогенератор на дровах, сделанный своими руками, лучше всего использовать совместно с двигателем внутреннего сгорания. Именно поэтому домашние умельцы приспосабливают его для генерации электроэнергии в домашних условиях, а то и прилаживают установку на автомобиль.
Автомобильный газогенератор
Надо понимать, что газогенератор для автомобиля должен быть достаточно компактным, не слишком тяжелым и в то же время эффективным. Заграничные коллеги, чьи доходы не в пример выше наших, делают корпус генератора, циклон и фильтр охлаждения из нержавеющей стали. Это позволяет брать толщину металла вдвое меньше, а значит, и агрегат выйдет намного легче. В наших реалиях для сборки газогенератора применяют трубы, старые баллоны от пропана, огнетушители и прочие подручные материалы.
Ниже показан чертеж газогенератора, устанавливаемого на старые грузовики УралЗИС-352, по нему и надо ориентироваться при сборке агрегата:
Наружную емкость наши мастера чаще всего делают из баллонов для сжиженного пропана, внутреннюю можно сделать из ресивера грузового автомобиля ЗИЛ или КаМАЗ. Колосниковая решетка выполняется из толстого металла, патрубки – из соответствующего диаметра труб. Крышку с фиксаторами можно изготовить из отрезанного верха баллона либо из листовой стали. Уплотнение крышки – шнур из асбеста с графитной пропиткой.
Грубый фильтр – циклон для авто делают из старого огнетушителя либо простого отрезка трубы. Снизу трубы выполняется конусная насадка со штуцером для выгрузки золы, сверху торец закрывается наглухо привариваемой крышкой. В нее врезается выходной патрубок для очищенных газов, а сбоку – второй штуцер, куда будет осуществляться подача продуктов горения. Функциональная схема циклона в разрезе показана на рисунке:
Поскольку автомобильный газогенератор выдает газы с высокой температурой, их требуется охлаждать. Причины две:
- раскаленное газообразное топливо имеет слишком малую плотность и поджечь его в цилиндрах ДВС будет непросто;
- существует опасность самопроизвольной вспышки при контакте с горячими поверхностями мотора.
Движение газов по всему тракту во время розжига обеспечивает вентилятор, а после пуска мотора в системе появляется необходимое разрежение, вентилятор отключается.
Для охлаждения мастера-умельцы применяют обычные ребристые радиаторы отопления, располагая их на автомобиле таким образом, чтобы они максимально обдувались воздухом во время движения. Иногда даже используются современные биметаллические радиаторы. Перед попаданием в газогенераторный двигатель топливо требует тонкой очистки, для этого используют разного рода фильтры на свое усмотрение. Все узлы объединяются в одну установку в соответствии со схемой:
И последняя деталь – смеситель, нужен для регулирования пропорций газовоздушной смеси. Дело в том, что древесный газ имеет теплоту сгорания всего 4.5 МДж/м3, в то время как используемый в автомобилях природный газ — целых 34 МДж/м3. Следовательно, пропорции топлива и воздуха должны быть другими, их потребуется настроить заслонкой.
Заключение
Невзирая на всю привлекательность идеи сжигания дров вместо бензина в современных условиях она практически нежизнеспособна. Долгий розжиг, езда на средних и высоких оборотах, влияющая на ресурс ДВС, отсутствие комфорта, — все это делает действующие установки обычными диковинками, не находящими широкого применения. А вот сделать газогенератор для домашней электростанции – совсем другой вопрос. Стационарный агрегат совместно с переделанным дизельным ДВС может оказаться отличным вариантом электроснабжения дома.
Изобретение относится к термической переработке угля в высококачественный синтез-газ и может быть использовано в химической промышленности при производстве синтез-газа как первичного сырья для получения химических продуктов, например легких углеводородов, в энергетике, в металлургии при выплавке металла. Предлагается способ переработки угля в синтез-газ, предусматривающий дробление угля, подачу его в емкость с предварительно нагретой водой для смешения в присутствии кальцинированной соды. Полученную смесь подвергают механохимической активации, пропуская через циркуляционный контур с кавитатором до получения дисперсной топливной системы в виде суспензии. Предварительно омагниченную суспензию двумя потоками подают в трубчатый реактор на газификацию и на сжигание для поддержания процесса. Полученный при высокоскоростном нагреве суспензии синтез-газ очищают и охлаждают в скруббере-промывателе, в котором циркулирует оборотная вода с добавленной в нее гидроокисью кальция, образовавшийся шлам транспортируют в емкость с оборотной водой. Затем синтез-газ окончательно охлаждают в холодильнике-конденсаторе, где от него отделяют водный конденсат, направляемый в емкость с оборотной водой. Техническим результатом является интенсификация процесса газификации при одновременном исключении использования внешнего теплоносителя, а также обеспечение надежного функционального результата по получению незабалластированного целевого продукта. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к термической переработке угля в высококачественный синтез-газ и может быть использовано в химической промышленности при производстве синтез-газа как первичного сырья для получения химических продуктов, например легких углеводородов, в энергетике, в металлургии при выплавке металла.
Известна установка для получения синтез-газа из водоугольного топлива по патенту РФ №2217477 (опубл. 27.11.2003, бюллетень №33), при использовании которой реализуется способ переработки угля в синтез-газ, включающий получение водоугольной суспензии, сжигание ее части для поддержания процесса газификации.
Известное техническое решение предполагает использование в камере газификации завихрителей потока, снижающих скорость протекания реакций газификации, а следовательно, эффективность реализуемого установкой способа. Кроме того, увеличение числа сборочных единиц и соответственно площади поверхности для нежелательных отложений ухудшает показатели надежности функционирования. Предполагается необходимость проведения дополнительных мероприятий по интенсификации теплообмена между продуктами сжигания водоугольной суспензии и газифицируемой ее частью путем установки дополнительных тепловых трубок в наружной стенке камеры газификации.
Из уровня техники известен способ переработки угля в синтез-газ, принятый за прототип, по патенту РФ №2190661 (опубл. 10.10.2002, бюллетень №28), предусматривающий дробление угля, получение дисперсной топливной системы с использованием механохимической активации, газификацию топлива в трубчатом реакторе.
Известный способ предполагает независимый нагрев до 1000°С теплоносителя, подаваемого в межтрубное пространство реактора, отрицательно сказывающийся на энергетическом балансе процесса в целом, приводит к усложнению аппаратурного оформления технологического процесса и снижению эффективности его использования. Существенно высокая температура (200-800°С) проведения реакции между органической частью угля и водяным паром тем не менее не позволит обеспечить эффективное проведение этого процесса в случае использования низкореакционных углей, например антрацита. Получаемая дисперсная топливная система состоит из сравнительно тяжелых коллоидных частиц и подвержена расслоению, что в совокупности с отсутствием технологических приемов и режимных условий по ее очистке от примесей перед поступлением в реактор на газификацию приведет к образованию накипи в трубах, снижению скорости протекания реакций газификации, уменьшению полезного объема труб и, следовательно, объема тпливной системы, перерабатываемой в единицу времени, обусловит снижение эффективности и надежности способа, увеличение затрат на обслуживание и профилактику оборудования.
Задачей заявляемого технического решения является создание способа переработки угля в синтез-газ, обеспечивающего повышение эффективности получения синтез-газа путем реализации условий по обеспечению интенсификации процесса газификации топливной системы в реакторе за счет повышения ее реакционной способности, седиментационной устойчивости и по минимизации вероятности возникновения нежелательных помех для ее движения в трубах реактора при одновременном исключении использования внешнего теплоносителя и обеспечении надежного функционального результата по получению назабалластированного целевого продукта при снижении верхней границы используемого для разложения воды диапазона температур.
Поставленная задача решается предлагаемым способом переработки угля в синтез-газ, предусматривающий дробление угля, получение дисперсной топливной системы с использованием механохимической активации, газификацию топливной системы в трубчатом реакторе. Особенность заключается в том, что до осуществления механохимической активации дробленый уголь подают в емкость с предварительно нагретой водой для смешения в присутствии кальцинированной соды, полученную смесь подвергают механохимической активации посредством пропускания через циркуляционный контур с кавитатором до получения дисперсной топливной системы в виде суспензии с последующим направлением ее в расходную емкость, омагничивают суспензию и двумя потоками направляют в реактор, один поток - в трубы реактора на газификацию, другой - на сжигание для поддержания процесса, полученный в результате высокоскоростного нагрева суспензии синтез-газ очищают и охлаждают в скруббере-промывателе, в котором циркулирует оборотная вода с добавленной в нее гидроокисью кальция, образовавшийся шлам транспортируют в емкость с оборотной водой, а синтез-газ окончательно охлаждают в холодильнике-конденсаторе, где от него отделяют водный конденсат, направляемый в емкость с оборотной водой.
В частности, накапливающийся в смесительной емкости и в емкости с оборотной водой шлам периодически сливают.
Проведенный сопоставительный анализ показывает, что заявляемый способ отличается от ближайшего аналога наличием многоаспектной подготовки топливной системы перед подачей непосредственно в реактор; использованием теплоносителя, имеющего иное происхождение - сжигание части полученной дисперсной топливной системы (в прототипе организуют приход нагретого вне основного процесса теплоносителя); иным агентом, используемым для охлаждения синтез-газа - вода (в прототипе - воздух); наличием двухуровневого охлаждения синтез-газа, один из которых совмещен с очисткой; иным аппаратурным оформлением стадии отделения водного конденсата; снижением верхней границы используемого для разложения воды диапазона температур до 400°С (в прототипе - 800°С).
При создании способов переработки угля в синтез-газ обычно уделяют основное внимание оптимальному сочетанию интенсификации процесса и экономической привлекательности. В заявляемом способе достигнута сбалансированность сочетания основных технологических параметров - высокоскоростной пиролиз и использование тепловой энергии, получение которой обеспечивается самим процессом.
Предлагаемый способ иллюстрируется графическим изображением (см. чертеж), на котором схематично представлена установка, на примере которой охарактеризовано воплощение способа.
Установка содержит шнековый питатель 1 для подачи дробленого угля в емкость 2 с предварительно нагретой водой, насос 3, кавитатор 4, расходную емкость 5, второй насос 6, омагничивающее устройство 7, реактор 8 с трубами 9 (изображены условно) и устройством 10 сжигания части полученной топливной системы, скруббер-промыватель 11, емкость 12 с оборотной водой, холодильник-конденсатор 13. Омагничивающее устройство 7 представляет собой высокоэнергетические магниты, установленные в корпусе с образованием рабочего зазора, через который протекает суспензия. Омагничивающие устройства изготавливаются промышленностью. Например, ООО "Энирис-СГ" (г.Москва) выпускает гидромагнитные системы (ГМС) различных моделей по ТУ 3697-001-46492190-2000; ЗАО "МВС КЕМА" (г.Новосибирск) производит магнитные активаторы воды МПАВ МВС КЕМА по ТУ 3697-001-76479620-05.
Способ осуществляют следующим образом.
Дробленый уголь, степень измельчения которого не превышает 2 мм, непрерывно подается шнековым питателем 1 в емкость 2, в которую предварительно залита нагретая вода из системы охлаждения целевого продукта и введена кальцинированная сода. Помимо своих каталитических свойств, понижающих энергию активации реакции угля с водой, кальцинированная сода обладает способностью эффективно связывать серу, оставляя ее в воде в виде сульфатов, а также улучшает реологические свойства получаемой суспензии, предотвращая ее расслаивание. В процессе циркуляции смеси угля, воды и кальцинированной соды при помощи насоса 3 через кавитатор 4 смесь доизмельчается и гомогенизируется, образуя суспензию. Шлам, накапливающийся емкости 2 и образующийся в результате засоренности угля пустой породой и из-за сверхтонкого кавитационного измельчения, периодически сливают. Готовую топливную систему транспортируют в расходную емкость 5 для дальнейшего использования. В опорожненную емкость 2 вновь загружают исходное сырье. Из расходной емкости 5 вторым насосом 6 приготовленную суспензию омагничивают для предотвращения образования накипи в трубах 9 реактора 8, пропуская через устройство 7, где она получает дополнительную активацию, становится более седиментационно устойчивой. Затем двумя потоками омагниченную суспензию подают в трубы 9 реактора 8 для газификации и в устройство 10 (например, две горелки) для сжигания с получением теплоносителя, имеющего температуру 1000-1200°С. Реакция образования синтез-газа происходит с высокой скоростью в течение 0,2-2 секунд, после чего образовавшийся синтез-газ, непрореагировавшие части и зольный остаток выводят из зоны реактора 8. Далее целевой продукт направляют на промывку и охлаждение в скруббер-промыватель 11. В скруббере-промывателе 11 циркулирует оборотная вода из емкости 12 с добавленной в нее гидроокисью кальция, что позволяет окончательно удалить соединения серы, а также уловить частицы золы. Золу и образующийся гипс транспортируют промывной водой в емкость 12 для осаждения. По мере накопления шлама (количество зависит от зольности и количества серы в угле) последний удаляют через нижний слив. Всплывшую непрореагировавшую угольную мелочь (коксик) собирают и возвращают в начало процесса в емкость 2. Промытый и очищенный синтез-газ окончательно охлаждают в холодильнике-конденсаторе 13. Образующийся водный конденсат отводят в емкость 12, а газ (практически незабалластированная смесь СО и Н2) направляют потребителю.
Шлам из емкости 12 при сгущении, например, на гидроциклоне пригоден для производства строительных материалов.
Предлагаемый способ поэтапно опробован при переработке рядового угля марки "ЗБ" Мунайского месторождения Алтайского края. В настоящее время ведутся работы по созданию установки по переработке угля в синтез-газ заявляемым способом.
1. Способ переработки угля в синтез-газ, предусматривающий дробление угля, получение дисперсной топливной системы с использованием механохимической активации, газификацию топливной системы в трубчатом реакторе, отличающийся тем, что до осуществления механохимической активации дробленый уголь подают в емкость с предварительно нагретой водой для смешения в присутствии кальцинированной соды, полученную смесь подвергают механохимической активации посредством пропускания через циркуляционный контур с кавитатором до получения дисперсной топливной системы в виде суспензии с последующим направлением ее в расходную емкость, омагничивают суспензию и двумя потоками направляют в реактор, один поток - в трубы реактора на газификацию, другой - на сжигание для поддержания процесса, полученный в результате высокоскоростного нагрева суспензии синтез-газ очищают и охлаждают в скруббере-промывателе, в котором циркулирует оборотная вода с добавленной в нее гидроокисью кальция, образовавшийся шлам транспортируют в емкость с оборотной водой, а синтез-газ окончательно охлаждают в холодильнике-конденсаторе, где от него отделяют водный конденсат, направляемый в емкость с оборотной водой.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что накапливающийся в смесительной емкости и в емкости с оборотной водой шлам периодически сливают.
Читайте также: