РАСЧЁТ ГАЗИФИКАЦИИ. Расчёт газификации Вождаев Д.В.. "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина"

• Название: "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина"
• Анкор: РАСЧЁТ ГАЗИФИКАЦИИ
• Дата: 06.04.2022
• Размер: 484.87 Kb.
• Имя файла: Расчёт газификации Вождаев Д.В..docx
• Тип: Документы; #447738
• страница: 2 из 7

1.3. Физико-химические основы процесса

Газификация ТГИ – это процесс, который протекает при высоких температурах в присутствии воздуха, кислорода, водяного пара или других газов, в результате чего их органическая масса превращается в различные газы, а иногда наряду с этим и в жидкие продукты.

При этом протекают сложные гетерогенные процессы взаимодействия углерода твердой фазы с газами дутья. Первичные реакции происходят с кислородом:

С + О₂ = СО₂ + 396 039 кДж;

2С + О₂ = 2СО + 119 074 кДж,

затем с водяным паром:

С + Н₂О = СО + Н₂ – 132 781 кДж;

С + 2Н₂О = СО₂ + 2Н₂ – 89 749 кДж.

Газообразные продукты первичных реакций вступают также в реакции с углеродом, кислородом, водяным паром между собой:

2СО + О₂ = 2СО₂ + 570 741 кДж;

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О + 484 657 кДж;

СО₂ + С = 2СО ± 175 833 кДж;

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂ + 43 031 кДж;

С + 2Н₂ = СН₄ ± 87 445 кДж;

2СО + 2Н₂ = СН₄ + СО₂ ± 247 210 кДж.

Все химические реакции, которые протекают при газификации топлив, условно делят на несколько однотипных суммарных процессов: окисление и горение углерода, восстановление диоксида углерода и разложение водяного пара. Механизм этих процессов весьма сложен и является объектом многочисленных исследований.

С. Д. Федосеев полагает, что механизм горения углерода можно представить в следующем виде. Сначала происходит диффузия кислорода и его адсорбция на поверхности твердых частичек топлива. Для условий, когда температура процесса не превышает 700˚С, наиболее справедливой является гипотеза З. Ф. Чуханова, в соответствии с которой дальше происходит образование поверхностного оксида

3С + 2О₂ ⇄ С₃О₄.

Затем происходит разложение углеродно-кислородного комплекса под действием высокой температуры и молекул кислорода

С₃О₄ + С + О₂ → 2СО + 2СО₂.

Справедливость этой гипотезы подтверждена тем, что при горении и окислении топлива образуется равное количество СО и СО₂.

Главной из вторичных реакций газификации является реакция восстановления диоксида углерода при высоких температурах. Это сложный гетерогенный процесс, который осуществляется в четыре стадии.

Первый этап заключается в адсорбции диоксида углерода на поверхности топлива

.

Второй этап процесса заключается в образовании поверхностного комплекса



Третий и четвёртый этапы связаны с термическим, а также под воздействием СО₂ разложением комплекса и десорбцией оксида углерода:







При производстве водяного газа первым этапом взаимодействия паров воды с углеродом топлива является его адсорбция

С + Н₂О ⇄ С + Н₂О_адс.

Затем за счет кислорода водяного газа образуется комплекс. Образовавшийся водород адсорбируется углеродом и при высоких температурах десорбируется в свободном виде:



.

Под воздействием пара и высоких температур поверхностный комплекс разлагается:







Такова сокращенная схема переработки ТГИ в газообразные продукты.

1.4. Классификация процессов газификации

Классификация процессов газификации:

• 
  По теплоте сгорания полученных газов (МДж/м³):
  

1. 
   низкая 4,18-6,7;
   
2. 
   средняя 6,70–18,80;
   
3. 
   высокая 31-40.
   

• 
  По назначению газов:
  

1. 
   для энергетических целей (непосредственного сжигания);
   
2. 
   для технологических целей (органического синтеза, производства водорода, технического углерода).
   

• 
  По размеру частиц используемого топлива:
  

Газификация топлив:

1. 
   крупнозернистых;
   
2. 
   мелкозернистых;
   
3. 
   пылевидных.
   

• 
  По виду дутья:
  

1. 
   воздушное;
   
2. 
   паровоздушное;
   
3. 
   кислородное;
   
4. 
   парокислородное;
   
5. 
   паровое.
   

• 
  По способу удаления минеральных примесей:
  

1. 
   мокрое золоудаление;
   
2. 
   сухое золоудаление;
   
3. 
   жидкое шлакоудаление.
   

• 
  По давлению газификации:
  

1. 
   при атмосферном давлении (0,1-0,13 МПа);
   
2. 
   среднем давлении (до 2-3 МПа);
   
3. 
   высоком давлении (выше 2-3 МПа).
   

• 
  По характеру движения газифицируемого топлива:
  

1. 
   в плотном опускающемся слое;
   
2. 
   в псевдоожиженном (кипящем) слое;
   
3. 
   в движущемся потоке пылевидных частиц.
   

• 
  По температуре газификации:
  

1. 
   низкотемпературная (до 800 ˚С);
   
2. 
   среднетемпературная (800-1300 ˚С);
   
3. 
   высокотемпературная (выше 1300 ˚С).
   

• 
  По балансу тепла в процессе газификации:
  

1. 
   автотермическая (стабильная температура поддерживается за счет внутренних источников тепла в системе);
   
2. 
   аллотермическая, т.е. нуждается в подводе тепла со стороны для поддержания процесса газификации (внешний подвод тепла можно осуществить с помощью тверждых, жидких или газообразных теплоносителей).