ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Применение низкокалорийных газов в промышленности из "Заменители природного газа" Прн переработке твердых и жидких углеводородов можно получать так называемые низкокалорийные газы, которые, как правило, имеют теплоту сгорания 889—4000 ккал/м (3720— 16 700 кДж/м ) и которые нельзя строго относить к газам, характеризуемым в нашей работе как заменители природного газа, теплота сгорания которых, по крайней мере, не должна быть ниже 7120 ккал/м (29 850 кДж/м ). Некоторые вопросы производства таких газов заслуживают внимания. Основное достоинство как ЗПГ, так и низкокалорийных газов заключается в том, что они являются малосернистыми видами топлива, при сжигании которых образуются чистые продукты сгорания. В связи с этим их можно применить на взаимозаменяемой основе в большинстве, хотя и не во всех, промышленных процессах, особенно там, где часто применяется ограниченное число горелок исключительно большой единичной мощности, работа которых не всегда лимитируется специфическими свойствами сжигаемого газа. При необходимости горелки могут быть легко переделаны и приспособлены для сжигания газа изменившегося состава. В том случае, если свойства газа остаются неизменными при колебаниях его состава, необходимость в переделке и приспособлении горелок отпадает. [c.217] Теплота сгорания получаемого в этом случае газа близка к теплоте сгорания окиси углерода и водорода и составляет около 3100 ккал/м (13 тыс. кДж/м ) при 760 мм рт. ст. (100 КПа) и 15 С. [c.217] Во-вторых, почти все углеводороды, включая сырую топливную нефть и уголь, независимо от относительной молекулярной массы, могут взаимодействовать с кислородом и паром (или с воздухом и паром) при 1100—1400°С с образованием опять-таки смеси водорода, окиси углерода и некоторого количества двуокиси углерода, разумеется, разбавленных азотом, если в качестве окислителя применялся воздух [2]. По технологии газификации с частичным окислением теплота сгорания образующихся газов составляет около 2810 ккал/м (11 720 кДж/м ), если в качестве окислителя применяется кислород, и 1110 ккал/м (4650 кДж/м ) в случае воздушного дутья. [c.218] Поскольку это прежде всего касается промышленных потребителей, то наибольший интерес представляют следующие три аспекта обсуждаемой технологической схемы процесса газификации. Из них прежде всего необходимо отметить отсутствие вредных примесей в продуктах сгорания двумя другими являются коэффициент полезного действия процесса переработки в газ твердого и жидкого топлива, расходы на транспортирование газа потребителям и капитальные затраты. Если низкокалорийные газы в отношении вредных выбросов не уступают ЗПГ, то в отношении эффективности самого процесса газификации, транспортировки газов, а также капитальных затрат имеются существенные различия. [c.218] Коэффициент полезного действия самого процесса газификации обычно определяется как отношение теплоты сгорания производимого газа к общей теплоте сгорания исходного сырья, слагающейся из теплоты сгорания технологического топлива, идущего на процесс, и энтальпии пара и окислителя, поступающего извне. Значение коэффициента полезного действия колеблется в весьма широких пределах и зависит от вида процесса, оно может быть разным даже для различных предприятий, использующих для газификации один и тот же процесс. Бессмысленно сравнивать процессы, использующие кислород, с теми, которые работают на воздухе, поскольку высокий уровень потребления электроэнергии может дать неверное представление о коэффициенте полезного действия из-за того, что получаемые побочные углеводородные продукты могут быть использованы (а могут и не быть) в качестве котельного топлива и что в весьма широких пределах могут колебаться выход и ассортимент утилизируемой химической продукции. Сера, находящаяся в сырье, влияет на теплоту сгорания, но она в процессе газификации выводится. Наконец, суммарная тепловая мощность реакторов-газификаторов, а поэтому и их стоимость, различна для различных заводов. В связи с этим, по нашему мнению, предпочтительнее и правильнее сравнивать теоретические значения коэффициентов полезного действия, а не те данные по их значениям, которые опубликованы в литературе и которые весьма часто определены недостаточно правильно. [c.218] Поскольку мы ограничили себя анализом в теоретическом плане, необходимо сказать, что общий конечный эффект полностью заверщенного процесса превращения углеводородов в продукты сгорания (двуокись углерода, воду и азот) должен быть одинаковым во всех случаях независимо от состава промежуточных газообразных топлив преимущественно окиси углерода и водорода при производстве низкокалорийных газов и метана при производстве ЗПГ. Разница между сравниваемыми процессами должна быть определена лишь только за счет тщательной оценки тепловых потерь и учета образующихся негазообразных побочных продуктов. [c.219] В этом отношении может показаться, что низкокалорийные газы имеют некоторое преимущество перед ЗПГ. С одной стороны, повышенная сложность установок для производства ЗПГ весьма часто приводит к большим потерям, к тому же синтез метана сопровождается образованием побочных продуктов, таких, как ароматические углеводороды и полукокс. С другой стороны, более высокий температурный уровень процессов получения низкокалорийных газов, если в них не предусмотрено сложное теплообменное оборудование для взаимной передачи тепла от печных продуктов и конечного газа, приводит к снижению коэффициента полезного действия, а образование, полукокса при термическом разложении может быть предотвращено при тщательной проработке конструкции подогревателя, что позволит избежать также дополнительных потерь тепла. Хотя в итоге высокотемпературные реформаторы и установки частичного окисления являются и менее сложными, чем оборудование для получения ЗПГ, требуемые капитальные затраты в обоих случаях одного порядка, особенно если их выразить в удельных капитальных затратах на единицу тепла. В действительности, как по тепловым потерям, так и по капитальным затратам технологические схемы производства низкокалорийных газов обладают незначительным преимуществом по сравнению с оборудованием для производства ЗПГ. [c.219] Однако эксплуатационные затраты на производство и распределение низкокалорийных газов неизмеримо выше. Стоимость закачки в газопроводы, компримирования и очистки газов зависит от валового объема производства, и в этом отношении высококалорийные ЗПГ обладают очевидным преимуществом над низкокалорийными газами. Удельная производительность, которая зависит в большей степени от числа Воббе, чем от теплоты сгорания, для систем получения ЗПГ значительно выше, чем для аналогичных систем получения низкокалорийных газов, чего нельзя сказать при сравнении ЗПГ с газами, обогащенными водородом. [c.219] Несмотря на то, что на практике всегда стремятся к применению более простых и дешевых способов подготовки сырья к газификации, уж сейчас возникают (а в будущем это станет еще более частым явлением) такие обстоятельства, при которых экономически целесообразно перерабатывать ископаемое углеводородное сырье в промежуточные сложные химические соединения, в дальнейшем применяемые как сырье для производства ЗПГ. [c.221] Одним из химических продуктов, который удовлетворяет большинству перечисленных выше условий, является метанол (метиловый спирт) в недавнем прошлом было затрачено немало усилий для решения задачи производства метанола из излишков природного газа или угля и последующей газификации его с целью производства ЗПГ, [1, 5, 13]. [c.221] До недавнего времени для синтеза метанола требовалось давление не менее 150 кгс/см2 (15 ГПа), однако создание современных катализаторов привело к значительному снижению предела рабочего давления совсем недавно были построены заводы для синтеза метанола при давлении 50—60 кгс/см (5—6 ГПа), и, очевидно, могут быть разработаны заводы с рабочим давлением как в реакторе паровой конверсии, так и в реакторе конверсии окиси углерода около 60 кгс/см2 (6 ГПа) и без компрессора синтезируемого газа. [c.222] В первых двух методах необходимо применять технологическое оборудование, отличающееся от обычно используемого газогенератора, перерабатывающего лигроин, поэтому большее внимание следует уделить третьему методу, предусматривающему рециркуляцию влажного конечного газа, что обеспечивает требуемое по технологии разбавление реагирующей среды влагой и исключает необходимость дополнительной подачи пара на процесс. [c.222] Конечным продуктом после одноступенчатой метанизации и отмывки двуокиси углерода является газ, содержащий 97,8% СН4, 0,05% СО, 0,1% СО2 и 2,05% На и имеющий теплоту сгорания, ра вную 9420 ккал/м (39 400 кДж/м ). Такой газ уже получен на экспериментальной установке [5]. [c.222] Отсюда следует, что для того, чтобы производство метанола из природного газа было экономически целесообразным, его необходимо организовывать в прибрежных странах с высоким уровнем добычи перерабатываемого природного газа, потребление которого в местных условиях ограничено недостаточным уровнем промышленного развития, а добыча неизбежна, поскольку газ сопутствует добыче сырой нефти, являющейся главным видом ископаемого сырья. [c.223] Однако вполне возможно, что цепочка природный газ — получение метанола — транспортирование метанола — газификация— ЗПГ начнется с исходного сырья и завершится аналогичным ему конечным продуктом, подобно тому, как это имеет место в технологии сжиженного природного газа природный газ — сжижение —транспортирование СНГ — регазификация — природный газ . Окончательный выбор одного из двух путей получения метана зависит от экономических показателей обеих технологических схем. Большинство технико-экономических исследований обсуждаемых здесь процессов получения метана приводит к следующему заключению если морские пути между районами добычи газа и его потреблением достаточно протяженные, метанол более выгодно использовать как промежуточный передаточный продукт. Критическое расстояние, менее которого выгодно транспортировать СПГ, а более которого—метанол, оценивается по-разному (7400, 9250 и даже 13 000 км ). При значительно больших расстояниях предпочтение следует отдавать метанолу. [c.223] Ни в одной из добывающих природный газ стране до сих пор не построены заводы по получению метанола, однако разрабатываются проекты для ряда районов, включая прежде всего Иран, Саудовскую Аравию, Объединенные Арабские Эмираты, Кувейт, Ливию и Алжир. [c.223] Широко распространившееся несколько лет назад мнение о метаноле, как о форме транспортировки природного газа через океан, а следовательно, и как о возможном сырье для получения ЗПГ в дальнейшем, вероятно, утратит свое значение. Однако вполне возможно, что усовершенствование технологии производства метанола снизит его себестоимость, а всевозрастающая дальность морских перевозок, высокие (и постоянно растущие) стоимости судов-метановозов и затраты на перевозку ЗПГ приведут к тому, что баланс экономики этих двух направлений в будущем сместится в другую сторону. [c.225] Конечно, хотелось бы, чтобы все эти условия были реализованы сейчас, но поскольку экономические условия радикально не меняются, то в обозримом будущем не следует ожидать строительства крупномасштабных предприятий для производства метанола из угля. Однако в более отдаленном будущем это может стать вполне приемлемым методом получения ЗПГ. [c.225] Однако в свете высказанных в начале настоящей главы предположений в будущем получение ЗПГ из ископаемых видов топлив может стать и не самым дешевым способом. Даже при современном уровне цен на ископаемые топлива производство электроэнергии на атомных станциях становится значительно дешевле, чем на электростанциях, работающих на нефтяных топливах. Вполне возможно также, что из-за высоких цен европейский уголь исчезнет с топливного рынка, и, если не произойдет существенного падения мировых цен на энергию, производимую за счет ископаемого топлива, тепловая энергия, получаемая за счет ядерного деления, а позднее за счет термоядерного синтеза, станет (и довольно скоро) самой дешевой формой используемого тепла [4, 20]. [c.226] разумеется, не означает, что ЗПГ и другие виды газов больше не потребуются. Легкость транспортировки, универсальность в применении, высокая теплота сгорания, способность химического превращения и тот факт, что в наличии имеется широкая сеть распределительных газопроводов, обеспечит производству ЗПГ дальнейшее, более широкое, чем сегодня, развитие даже тогда, когда производство электроэнергии на атомных электростанциях станет дешевым. [c.226] Вернуться к основной статье