3.2 Газифікація
При високотемпературній обробці твердого палива серед кисню повітря, водяної пари, діоксиду вуглецю і водню органічні складові палива націло перетворюються на газоподібні продукти. Основні напрямки газифікації вугілля та складу продуктів наведено на малюнку 5.
Рисунок 5 – Способи газифікації вугілля
До теперішнього часу освоєно різні модифікації промислових процесів газифікації вугілля, найбільш поширеними з яких є технології Лурги (стаціонарний шар кускового вугілля), Вінклера (киплячий шар вугільних частинок), Копперс-Тотцека (пиловугільний потік), Тексако (водокутова суспензія) особисті зміни. На дослідно-промисловому рівні зараз відпрацьовують близько 20 технологій газифікації вугілля нового покоління. Ефективність процесів газифікації може суттєво підвищуватись при використанні відповідних каталізаторів, що дозволяють знижувати температуру при збереженні високої швидкості процесу та регулювати склад продуктів.
Вплив каталізатора на газифікації твердого палива ілюструється схемою (рисунок 6).
Рисунок 6 – Процес газифікації вугілля
Каталізатор може прискорювати реакції прямого перетворення вуглецю в газоподібні сполуки (маршрут 1), так і газофазні реакції продуктів термічного перетворення вугілля (маршрут 2). До цього часу переважно розробляли процеси каталітичної газифікації, засновані на прискоренні реакції прямого перетворення вугілля на газоподібні сполуки. У цих випадках для ефективного впливу каталізатора необхідно забезпечити хороший контакт з твердою сировиною. Для цього використовують каталізатори, що наносяться на поверхню вугілля, а також здатні плавитися або виганятися в умовах процесу,проникаючи у пори вугілля. Найбільш поширеними каталізаторами процесу газифікації вугілля є з'єднання лужних, лужноземельних та деяких перехідних (Ni, Fe, Co) металів.
Серед технологій, що проходять дослідно-промислове відпрацювання, слід виділити в якості найбільш перспективних процес ЕКСОН - каталітична газифікація вугілля водяною парою в киплячому шарі, процес МОЛТЕН СОЛТ - парокиснева газифікація при підвищеному тиску і розплаві соди, процес ПАТГАЗ - газифікація . Застосовувані розплави грають роль теплоносія та каталізатора [1].
3.2.1 Технологія Лурги
Найбільш перспективною в даний час є газифікація крупнозернистого палива в щільному шарі методом Lurgi, здійснюваним при підвищеному тиску [2, 3]. Цей метод застосовується на 16 заводах різних країн світу, де експлуатується понад 60 газогенераторів Lurgi. Збільшення тиску дозволяє суттєво підвищити теплоту згоряння одержуваного газу за рахунок перебігу реакцій метанування. Ці реакції екзотермічні, завдяки чому при тиску 2,8-3 МПа можна скоротити потребу в кисні на 30-35%. Крім того, одночасно зростає продуктивність газогенератора (пропорційно тиску) та підвищується ККД газифікації.
У газогенераторі Lurgi (малюнок 7) вихідне вугілля (розмір частинок 5-30 мм) з бункера 2 періодично завантажують в шахту 7 газогенератора, забезпечену водяною сорочкою 12. За допомогою охолоджуваного розподільника, що обертається, 5 і перемішує пристрою 6 паливо рівномірно розподіляється. Парококсидне дуття подають під колосникову решітку, що обертається 11, на якій знаходиться шар золи. Цей шар сприяє рівномірному розподілу газифікуючого агента.При обертанні колосникових грат надлишкова кількість золи за допомогою ножів 8 скидають в бункер 14. Газ, що утворюється в апараті, проходить скрубер 10, де попередньо очищається від вугільного пилу і смоли (у разі необхідності смолу можна повернути в шахту газогенератора). Обертання розподільника 5 і колосникових грат 11 здійснюється від приводів 4 і 9.