ГАЗИФИКАЦИЯ ИСКУССТВЕННОГО КОМПОЗИТНОГО ЖИДКОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ ТЕРМООБРАБОТАННЫХ БУРЫХ УГЛЕЙ В ГАЗОГЕНЕРАТОРЕ ТЕКСАКО

Россия является одним из лидеров по потенциальным и подготовленным к промышленному использованию запасам углей. А если учесть что больше половины из них – бурые, то вовлечение их в энергобаланс является неотъемлемой задачей. Одно из самых перспективных направлений в решении проблем вовлечения в топливно – энергетические балансы бурых углей является получение высококонцентрированных угольных суспензий (ВУС). Применение бурых углей в виде водоугольной суспензии, переводит этот вид топлива в разряд экологически чистых, что расширяет сферу их использования. В технологии производства ВУС уже не возникает принципиальных затруднений. В России технология производства ВУС освоена государственным унитарным предприятием ГУП ОПУ «Белово – Новосибирск».  Данное топливо можно напрямую сжигать в котлах тепловых электрических станций, в топках сушильных установок, в плавильных и обжиговых печах и прочих агрегатах. Свойства ВУС можно варьировать за счет смешения углей разного состава. В первую очередь преимущество использования ВУС характеризуется экологической составляющей. Оно сгорает без выбросов с продуктами сгорания монооксида углерода, вторичных углеводородов, сажи и канцерогенных веществ; при этом резко сокращается образование оксидов серы и оксидов азота, а летучая зола агломерируется, вследствие чего выбросы твердых частиц так же сокращаются.  Соответственно при сжигании ВУС обеспечиваются допустимые уровни выбросов вредных веществ, и исключается необходимость сооружения капиталоемких установок по очистке дымовых газов от оксидов.

Но, помимо прямого сжигания ВУС, его можно газифицировать, а полученный синтез-газ напрямую применять в энергетических установках. Преимущества газификации перед непосредственным сжиганием очевидны. Процесс газификации характеризуется очень низким уровнем выбросов загрязняющих веществ, а побочные продукты (аргон, азот, сера и шлак) являются безопасными для окружающей среды.    

До газификации полученного искусственного композитного жидкого топлива (ИКЖТ), его необходимо подготовить. Подготовка включает в себя термообработку бурого угля и изготовление из него ВУС. Весь комплекс состоит из установки для скоростной термической обработки угля, модуля для приготовления ВУС, и газификатора. Блок-схема представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Блок-схема комплекса подготовки и газификации угля

1 – установка для скоростной термической обработки угля; 2 – модуль приготовления ВУС; 3 – газификатор Тексако.

Линии: I – загрузка угля; II – обработанный уголь; III – ВУС; IV – выход синтез – газа.

Как видно из блок-схемы топливом для установки обработки угля служит ВУС. Соответственно для данного модуля необходима специальная камера сгорания. Наиболее конструктивно близкими к этим камерам сгорания являются Muffle-генераторы, разрабатываемые немецкой фирмой «Loesche» для сжигания различных видов низкокалорийных топлив. Конструктивные способы, применяемые в Muffle-генераторе, способствуют стабилизации горения факела ВУС. Поэтому данная конструкция была принята за основу ОАО «НПО ЦКТИ» при разработке камеры сгорания для модуля скоростной термической обработки. Образец приведен на рис. 2.

Рисунок 2. Образец камеры сгорания для модуля скоростной термообработки бурых углей

1 – пламенная труба; 2 – муфель; 3 – горелочное устройство; 4 – фланец газов рециркуляции; 5 – цилиндрическая обечайка; 6 – тангенциальный канал подвода дымовых газов; 7 – фланец подачи воздуха для окисления топлива.

Представленная камера сгорания обеспечивает сжигание ВУС для образования дымовых газов необходимых для скоростной термообработки влажных бурых углей производительностью до 10 т/ч.

На данный момент хорошо известна технология приготовления ВУС с барабанными и стрежневыми мельницами, классификаторами, также как и ее недостатки. Но существует и более новая технология. Способ приготовления ИКЖТ по этой технологии реализован с помощью, так называемых аппаратах-дезинтеграторах и кавитаторах. Аппараты для размола угля в ультрадисперсный порошок – дезинтеграторы представляют собой дископальцевые мельницы с большой скоростью вращения. Обработка угольной пыли с водой выполняется в кавитаторах. В этом устройстве жидкая фаза подвергается действию мощного кавитационного поля. В целом данная технология приготовления ИКЖТ испытана, запатентована, и имеет ряд значительных преимуществ. Блок-схема установки производства ИКЖТ представлена на рис.3.

Рисунок 3. Блок-схема установки производства ИКЖТ

1 - бункер угля; 2 – шнековый питатель; 3 – дробилка; 4 – дезинтегратор; 5 – жидкостный насос;  6 – расходомер; 7 – кавитатор; 8 – миксер; 9 – перекачивающий насос; 10 – бак.

В качестве газогенератора необходимо использовать газификатор Тексако, который специально разработан для газификации смеси угольной пыли с водой. Схема газификации по способу Тексако показана на рис.4.

Рисунок 4. Схема газификации под давлением по способу Тексако

1 – насос для подачи ВУС; 2 – испаритель; 3 – подогреватель кислорода; 4 – отделитель избытка пара; 5 – газогенератор.

Линии: I – подача ВУС; II – подача воды; III – подача кислорода; IV – избыточный пар; V – выход газа; VI – удаление шлака.

Суть данного способа состоит в том, что ВУС поступает в испаритель, где вода испаряется, увлекая за собой пыль. Направляется в газогенератор, куда поступает подогретый кислород. Процесс газификации протекает с расплавлением шлака и отличается высокой интенсивностью (4800 кг/м³) [3].

Для того чтобы улучшить роль бурого угля в топливно-энергетическом балансе страны необходимо совершенствовать технологии по его предварительной подготовке, в частности, очистке. Представленный комплекс соответствует  этому требованию. Ожидаются следующие результаты термической обработки угля:

1. Снижение содержания влаги – до 1-2%;
2. Сокращение содержания летучих до 45%
3. Увеличение теплотворной способности в 1,5-1,7 раза

Полученный уголь по характеристикам будет соответствовать каменному углю (примерно марки Д). А полученный в газификаторе синтез-газ имеет диапазон применения от двигателей внутреннего сгорания до сжигания в топках котлов на тепловых электростанциях. Кроме того побочные продукты газификации востребованы в металлургических, химических и других производствах.

Список литературы:

1. Андриенко В.Г. Технология скоростной термообработки бурых углей с повышением их потребительских свойств // Современная наука. – 2012. - №1. – С. 68 - 71 .
2. Овчинников Ю.В., Бойко Е.Е. Технология получения и исследования тонкодисперсных водоугольных суспензий: монография.: Изд-во НГТУ, 2017. – 308 с.
3. Справочник химика 21: химия и химическая технология [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://chem21.info/info/158913/ (дата обращения: 20.04.2018)