А.М. Дубинин, доктор техн. наук, Г.Р. Кагарманов, А.В.
Финк, инженеры ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет -
УПИ», Екатеринбург
В
настоящее время водород применяется в проходных металлургических печах для
создания в них безокислительной среды. В будущем он будет использоваться как
экологически чистое топливо, например, в двигателях внутреннего сгорания.
Принципиальная схема производства водорода из твердого топлива приведена на
рис. 1. Подготовленное твердое топливо (просушенное, размолотое и рассеянное)
поступает через шлюзовой питатель 2 в газогенератор 1 с кипящим слоем и
самообогревом [1]. Под кипящий слой подается насыщенный пар в соотношении с
углеродом топлива 2 : 1. В газогенераторе протекает эндотермическая реакция (1)
c увеличением объемов продуктов реакции в 2 раза.
|
C + 2H2O = H2O + CO + H2 |
(1) |
Тепловой
эффект этой реакции qx1 = 3146 кДж/кг пара. В верхнюю зону кипящего слоя
вводится воздух, необходимый для сгорания части полученного продукта и
обеспечения автотермичности процесса газификации по реакции (2), идущей с уменьшением
объема продуктов в 1, 15 раза с экзотермическим тепловым эффектом qx2 = 14446
кДж/кг исходного водяного пара.
|
H2O + CO + H2 + (O2 + 3, 76N2) = CO2 + 2H2O + 3,
76N2, |
(2) |
Оставшаяся
часть продукта из газогенератора 1 по центральной трубе направляется в реактор
7, где на дисперсном железохромовом катализаторе протекает экзотермическая
реакция (3) водяного газа [2] без увеличения объема продуктов с экзотермическим
тепловым эффектом qx3 = 1140 кДж/кг пара.
|
H2O + CO + H2 = CO2 + 2H2 |
(3) |
Далее
из реактора 7 продукты поступают на разделение либо в абсорбер 8, либо в
газовую центрифугу 10, где углекислый газ отделяется от водорода. Схема
предусматривает полную утилизацию теплоты отходящих газов. Водород компримируют
в компрессоре 19 и закачивают в баллоны 11 для дальнейшего использования.
Рисунок
1 - Принципиальная технологическая схема производства водорода из углей
1
- газогенератор с кипящим слоем и самообогревом; 2 - шлюзовый питатель; 3 - регулятор
поддержания равенства давлений в камерах газификации и сгорания; 4 - выносной
экономайзер кипящего типа парового котла 5; 6 - воздухоподогреватель; 7 - реактор
с кипящим слоем катализатора; 8 - абосорбер; 9 - десорбер; 10 - центрифуга; 11
- баллоны для водорода; 12 - питательный насос; 13 - воздуходувка; 14 - гидрозатвор
для вывода золы; 15 - циклоны для возврата уноса; 16 - холодильник; 17 - нагреватель
(холодильник); 18 - теплообменник; 19 - компрессор; 20 - труба; I - подача
угля; II - вывод золы; III - питательная вода; IV - подача воздуха
ВЫВОДЫ
Производство
водорода по рассмотренной технологии происходит в три стадии:
1-я
— в газогенераторе с самообогревом на никелевом дисперсном катализаторе с
получением Н2О, СО и Н2 при температуре 650 °С;
2-я
— в реакторе на железохромовом дисперсном катализаторе с получением на выходе
СО2 и Н2 при температуре 400 °С;
3-я
— разделение СО2 и Н2 в абсорбере или газовой центрифуге либо на адсорбенте при
меняющемся давлении с последующим компремированием и закачиванием Н2 в баллоны.
Оптимальные
параметры газогенератора с самообогревом: доля полезно отводимого продукта х —
0, 65, температура кипящего слоя — 650 °С, диаметр частиц угля — 4 мм, рабочая скорость продуктов газификации — 4, 6 м/с при рабочих параметрах на полное сечение
газогенератора.
В
газогенератор с самообогревом для обеспечения производительности реактора v — 0,
1 м/с следует подать 0, 039 кг/с угля с содержанием углерода 70 %, 0, 0825 кг/с
водяного пара, 0, 242 кг/с воздуха в зону горения. Выход водорода из реактора
(при rH2 = 66, 7 %) — 0, 0667 м3/с. Диаметр газогенератора в зоне ввода пара —
0, 39 м, патрубка для отвода полезного продукта — 0, 254 м, в зоне выхода продуктов сгорания — 0, 628 м, высота кипящего слоя — 1м. Диаметр реактора при
рабочей скорости продуктов конверсии 0, 268 м/с и диаметре частиц
железнохромового катализатора 0, 5 мм равен 1 м. Площадь поверхности пучка для отвода избыточной мощности и поддержания температуры в кипящем слое 400 °С равна 0,
5 м2, высота абсорбера — 4 м, диаметр — 0, 16 м, расход абсорбента (воды) — 0, 354 л/с, концентрация водорода на выходе из абсорбера — 94 %.
При
разделении Н2 и СО2 в газовых центрифугах при производительности каждой по
исходной смеси 1, 34 м3/ч потребуется 269 центрифуг. Концентрация Н2 на выходе
из одной ступени — 88, 5 %. Потребляемая мощность одной газовой центрифуги при
диаметре 0, 2 м, высоте 1 м и частоте вращения 1115с-1 равна 0, 16 кВт.
Список литературы
А.М.
Дубинин, А.П. Баскаков, А.Г. Алексее / А.с. 1328296 АЛ. Газогененратор для
газификации в кипящем слое. - Открытия. Изобретения, 1987, № 29.
Химические
вещества из угля: Пер. с нем./Под ред. И.В. Калечица. - М.: Химия, 1980.
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта masters.donntu.edu.ua/
Другие работы по теме:
Когда истощаются источники жидких топлив, чем можно их заменить
A.Kindorkina, KAT-11, t010488 РЕФЕРАТ НА ТЕМУ: Когда истощаются источники жидких топлив, чем можно их заменить? Сначала определим, что же является жидким топливом. В энергетике под жидким топливом понимают смесь жидких углеводородов. Их прежде всего получают из нефти. Другая возможность их получения – это гидрогенизация угля.
Куда деваются отходы?
Радиоактивные отходы появляются на АЭС из двух источников: главным является основной технологический контур АЭС, другим источником является вспомогательные установки, например, газовый контур, контур охлаждения.
Кислотный дождь
Серные и азотные соединения, содержащиеся в атмосфере, повышают кислотность дождя.
Водородное топливо как альтернативный вид энергии
Доклад на тему: «» Готовили: Mr. X Руководитель: Mr. X Раздел 1 Водород Водород – 1-й элемент Периодической Системы Химических Элементов (заряд ядра 1), относительная атомная масса (атомный вес) округленно 1 (1,008) . Наиболее распространенная степень окисления +1. Молекула водорода обозначается Н2, молекулярная масса (молекулярный вес) округленно 2 (2,016).
Пероксид водрода
Химические свойства Перокси́д водоро́да (перекись водорода), H2O2 — простейший представитель пероксидов. Бесцветная жидкость с «металлическим» вкусом, неограниченно растворимая в воде, спирте и эфире. Концентрированные водные растворы взрывоопасны. Пероксид водорода является хорошим растворителем.
Гелий 2
Ге́лий — второй порядковый элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 2. Расположен в главной подгруппе восьмой группы, первом периоде периодической системы. Возглавляет группу инертных газов в периодической таблице. Обозначается символом
Кокс и коксование
Кокс-серое, чуть серебристое, пористое и очень твердое вещество, более чем на 96% состоящее из углерода и получаемое при нагревании каменного угля или нефтяных пеков без доступа воздуха при 950-1050°С. Процесс получения- кокса в результате переработки природных топлив называется коксованием.
Отбензинивание
1 Назначение технологического объекта Узел ректификация бензольной фракции предназначен для отделения бензол-толуольной фракции от тяжелых углеводородов, продуктов побочных реакций гидропереработки.
Водород и его свойства
Строение атома водорода в периодической системе. Степени окисления. Распространенность в природе. Водород, как простое вещество, молекулы которого состоят из двух атомов, связанных между собой ковалентной неполярной связью. Физико-химические свойства.
Водородная энергетика
На наших глазах набирает силу новая отрасль промышленности - и технология. Потребность экономики в водороде идет по нарастающей. Ведь это простейшее и легчайшее вещество может использоваться не только как топливо, но и как необходимый сырьевой элемент во многих технологических процессах. Он незаменим в нефтехимии для глубокой переработки нефти, без него не обойтись, скажем в химии при получении аммиака и азотных удобрений,а в черной металлургии с его помощью восстанавливается железо из руд.
Топливо-смазочные материалы
Вопрос №1. Определить низшую теплоту сгорания QH , если известно его теплота сгорания QB и содержание в нем водорода HP и воды Wр как производная теплоты сгорания, топливо опытным путём
Твердотопливные ракетные двигатели
Ракетные двигатели твердого топлива - старейшие среди семейства реактивных двигателей - предельно просты по устройству. У них, по существу, две основные части - камера и реактивное сопло.
Тепловой расчет котлов ДКВР
Введение В руководстве изложена методика теплового расчета котлов типа ДКВР, не содержащих пароперегревателя. Некоторые величины, входящие в расчет (например, коэффициенты ослабления излучения дымовыми газами, коэффициенты теплоотдачи при обтекании конвективных пучков и др.), вычисляются с помощью программы «BoilerTools».
Топливо. Методы переработки топлива
Технологические методы переработки твердого топлива. Переработка, крекинг, пиролиз нефти. Топливо, его значение и классификация. Газообразное топливо и его переработка. Деструктивная гидрогенизация - метод прямого получения искусственного жидкого топлива.
Элементы зонной теории ()
Квантовая теория твердого тела объяснила существование тел различной природы (диэлектриков, полупроводников, металлов) и показала, что физическая картина межатомного взаимодействия непосредственно связана с особенностями электронного строения вещества
Галактика
Понятие "галактика". Строение и состав галактик.
Химический состав нефти и газа
Что такое нефть и газ известно всем. И в то же время даже специалисты не могут договориться между собой о том, как образуются нефтяные залежи.
Водород
История открытия и описание свойств.
Получение водорода
Выполненные технико-экономические исследования показали: несмотря на то, что водород является вторичным энергоносителем, то есть стоит дороже, чем природные топлива, его применение в ряде случаев экономически целесообразно уже сейчас.
Закон Авогадро
В равных объемах различных газов при постоянных температуре и давлении содержится одинаковое число молекул.