ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Получение водяного газа газификацией твердых топлив из "Основы производства водорода" Взаимодействие водяного пара с углеродом является процессом, весьма распространенным в технике. Получающийся при этом водяной газ находит широкое применение как для энергетических целей, так и для синтеза ряда ценных химических продуктов. [c.62] Обычными компонентами водяного газа, кроме СО и На, являются Н2О, СОа, СН4 и N2. В водяном газе могут заключаться также примеси сернистых и некоторых других соединений. [c.62] Водяной газ может производиться как газификацией твердых и жидких топлив, так и конверсией газообразных углеводородов. Примерные составы сухого водяного газа (без учета примесей), полученного разными способами и из различного сырья приведены в табл. 20. [c.62] Наряду с использованием для целей синтеза водяной газ представляет собой потенциальный водород, из которого относительно чистый технический водород (концентрацией 95% и выше) может быть получен конверсией СО с последующим удалением углекислоты и остаточной окиси углерода. Таким образом, производство водяного газа может рассматриваться как производство синтез-газа (СО -Ь Нг), а также как первая ступень получения водорода методами газификации твердых и жидких топлив, и конверсии углеводородных газов ). [c.62] Хотя в последние годы наметилабь тенденция к росту производства водяного газа (синтез-газа) и водорода из газообразных и жидких углеводородов, до сих пор большая часть водяного газа производится путем газификации твердых топлив. [c.64] Принцип газификации твердых топлив на водяной газ состоит в том, что углерод топлива неполным окислением водяным паром переводится в газообразную окись углерода. При этом водяной пар восстанавливается до водорода. [c.64] При газификации жидких углеводородов, равно как и при конверсии газообразных углеводородов, в водяной газ, как правило, переходит не только водород, полученный восстановлением водяного пара, но и водород, образованный за счет разложения углеводородов. [c.64] В настоящей главе освещаются вопросы, связанные с получением водяного газа из твердых топлив. Процессы же газификации На водяной газ жидких топлив, а также получения водяного газа конверсией углеводородных газов рассматриваются особо. [c.64] Равновесие этой реакции изучалось многими исследователями. В табл. 21 представлена зависимость константы равновесия реакции (У-1) в соответствии с данными Вэгмэна, Килпатрика и др. [1]. [c.64] В табл. 22 приведен равновесный состав водяного газа, рассчитанный по константам равновесия в предположении, что водяной газ образуется нри взаимодействии с углеродом только по реакции (У-1). [c.64] Условия равновесия этой реакции подробно рассматриваются в главе VI. Следует отметить, что повышение температуры способствует смеш,ению равновесия по реакции (У-4) влево, а снижение температуры и избыток водяного пара благоприятствует сдвигу равновесия, вправо. [c.66] Реакции (У-5) — (У-8) идут слева направо с выделением тепла и с уменьшением объема. Поэтому образованию метана будет способствовать снижение температуры и повышение давления процесса. Данные по равновесию реакций (У-5) — (У-8) здесь не приводятся в связи с тем, что указанные реакции в обычных условиях газификации (при давлениях, близких к атмосферному) не имеют существенного значения для процесса получения водяного газа из твердых топлив. [c.66] Реакции (У-9) — (У-11) в условиях процесса газификации (вплоть до температур порядка 1700° С) практически необратимы. [c.66] Внутренняя поверхность пор зависит как от природы, так и от способа предварительной термической обработки исходного топлива. Пористость (удельная поверхность при равных количествах и размерах частиц) определяет реакционную способность углерода, специфичную для разных видов топлива. Пористостью объясняется тот факт, что топлива с высокой реакционной способностью, как древесный и бурые угли, газифицируются заметно быстрее, чем каменноугольный кокс и антрацит. [c.67] Для скорости реакции имеет значение не только внешняя поверхность частиц и пористость топлива, но и скорость адсорбции газифицирующего реагента поверхностью топлива, а также скорость десорбции продуктов реакции с этой поверхности. [c.67] В соответствии с законами химической кинетики скорость реакции быстро растет с повышением температуры. Однако скорость или интенсивность процесса газификации зависит не от одной скорости химической реакции окислителя с углеродом топлива, а находится также в связи со скоростью подвода молекул окислителя к поверхности топлива и скоростью отвода с этой поверхности молекул образовавшегося газа. [c.67] Известно, что в соответствии с законом Фика скорость диф, фузии окислителя должна быть пропорциональна разности концентрации его в начальной и конечной точках пути, т. е. в газовом объеме и на поверхности углерода. Таким образом, при увеличении скорости реакции и большом расходе окислителя разность концентрации последнего между газовым объемом и поверхностью углерода возрастет. При этом интенсивность газификации будет зависеть от того, успеют ли молекулы окислителя подойти из газового объема к поверхности реакции. Иначе говоря, в этом случае интенсивность газификации будет определяться законами газовой диффузии. Такой случай наблюдается при повышении температуры процесса. Необходимо, однако, учитывать, что при повышении температуры скорость диффузии заметно отстает от скоростей химических реакций. [c.67] При замедлении скорости реакции разность концентрации газифицирующего реагента между газовым объемом и нрверх-ностью будет уменьшаться, и в этом случае интенсивность газификации будет определяться скоростью реакции, т. е. законами химической кинетики. [c.68] Как правило, газификацию твердых топлив на водяной газ проводят при температурах свыше 900—1000° С, т. е. в условиях, когда скорость газификации лимитируется главным образом законами газовой диффузии. Поэтому в целях повышения интенсивности газификации стремятся вести процесс не только нри более высоких температурах, благоприятствующих ускорению химических реакций углерода с окислителем, но и при повышенных скоростях дутья, способствующих быстрейшей диффузии окислителя к поверхности реакции и отводу от нее продуктов реакции. [c.68] Методы газификации твердого топлива на водяной газ чрезвычайно разнообразны. Это объясняется, с одной стороны, различной характеристикой газифицируемого сырья, с другой, — обширным арсеналом современной техники, позволяющей проводить технологические процессы не только в условиях весьма высоких температур и повышенных давлений, но и с циркуляцией сырья и теплоносителя и с использованием ряда других средств. [c.68] Вернуться к основной статье