ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Швидкий розвиток виробничих сил, пов'язана з великою витратою палива і вуглеводневої сировини, нерівномірність і складність видобутку горючих копалин супроводжується зростанням цін і збільшення транспортних витрат і матеріальних витрат.

У хімічній індустрії найбільш нагальним завданням є переклад вугільної бази виробництва пов'язаного азоту, синтетичного метанолу. Цей переклад обіцяє зменшувати крупнотонажних хімічних підприємств від сезонних коливань у постачанні природним газом, звільнити від застосування значних кількостей жаротривких легованих сталей.

Перехід на тверде паливо несе і ряд негативних явищ для промислового виробництва. Аналіз, підготовка виробництва та подолання труднощів є завданням науки.

Робота з твердим паливом у апаратурно-технічному плані складніше, ніж з рідкими і газоподібними вуглеводнями. Видобуток і транспортування твердого палива, його сушінню, подрібнення, подача в газогенератор, видалення золи, очищення технологічного газу все це вимагає допомоги механічних і технологічних пристосувань. Крім того, всі технологічні операції вимагають енергетичних витрат.

Таким чином, перехід на нову сировинну базу пов'язаний: зі зростанням питомих капітальних витрат, зменшення ККД процесу, збільшення витрати робочої сили на тонну кінцевого продукту. Але з якими б витратами не був пов'язаний цей перехід, його не можна розглядати як альтернатива, це неминуча необхідність. І чим раніше буде розвинена підготовка до цього переходу, тим він пройде більш безболісно. Найбільш важливою ланкою при вирішенні завдання-це проблема газифікації твердого палива-отримання генераторного газу.

1. Актуальність теми

У зв'язку зі сформованими труднощами в забезпеченні нафтопродуктами і газом в Україні проявляється інтерес до пошуку альтернативних напрямків дозволу паливно-енергетичної проблеми. Увага спрямована, перш за все, на використання бурого вугілля, сланців, низькосортних кам'яних вугілля і вуглевмісних відходів.

Розвідані і прогнозні запаси нафти і природного газу в порівнянні з запасами вугілля в Україні дуже обмежені. При справжніх рівнях видобутку, природного газу в Україні вистачить на 50 ... 60, нафти на 40 ... 50, а вугілля на більш ніж на 500 років.

Рішення проблеми забезпечення країни енергоресурсами необхідно розглядати в двох напрямках:

• підвищення ефективності використання існуючих енергоносіїв;

• розробка та впровадження нових перспективних способів виробництва енергоресурсів з урахуванням наявної в таборі сировинної бази.

В даний час одним з напрямків розвитку ПЕК є переробка бурого вугілля, зокрема, його полукоксование і газифікація з метою одержання енергетичного газу. Однією з перспективних схем отримання висококалорійного газу з вугілля є технологія його газифікації на основі напівкоксування.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Основна мета роботи: аналіз і розробка способів підземної газифікації вугілля з використанням шахтного метану.

Завданням дослідження є отримання генераторного газу більш високої калорійності шляхом його попереднього коксування в пласті, ніж при традиційній газифікації з повітряним дуттям.

3. Огляд досліджень та розробок

Під процесом газифікації твердого палива прийнято розуміти складний термохімічний процес перетворення твердого палива в газоподібний. При цьому горіння та газифікацію слід розглядати як єдиний процес, що в першу чергу підтверджується спільністю протікання при цих процесах хімічних перетворень.

У процесі газифікації вугілля, будь це його шар або канал, виділяють дві стадії. Перша-стадія термічного розкладання, при якій з вугілля виділяються волога і леткі парогазові речовини, і залишається коксовий залишок, горючу частина якого становить вуглець. Друга-стадія газифікації, при якій, по-перше, вуглець коксового залишку за допомогою вільного або пов'язаного кисню перетворюється на горючі гази, і, по-друге, ці гази взаємодіють з киснем і водяною парою. Саме стадія газоутворення є головною, визначальною склад газу підземної газифікації.

При газифікації вугілля теплотворна здатність одержуваного газу в основному залежить від складу подається на вогнище повітряної суміші. При подачі атмосферного повітря теплотворна здатність газу становить 3,35-4,19 МДж/м3, а газ може бути використаний для енергетичних цілей (виробництво електроенергії, пари, гарячої води). Однак такий газ неекономічно транспортувати на відстань більше 25-30 км, тому область його застосування різко звужується.

Експериментально підтверджено, що газифікація вугільних пластів з підвищеним вмістом кисню сприяє зростанню температури в окислювальному зоні і більш повному реагуванню вуглецю вугілля. Теплота згоряння газу досягає максимальних значень для бурого вугілля 6,5-6,7 МДж/м3, кам'яних вугілля 8,0-8,2 МДж/м3 при концентрації кисню в дуття 65-70% при звичайному тиску і 10,2-10 , 4 МДж/м3 при підвищеному тиску.

Існують різні методи газифікації вугілля. Способи газифікації вугілля, при яких в газ перетворюється в основному тільки летюча частина вугілля, називаються способами неповної або часткової газифікації вугілля.

Низькотемпературне розкладання вугілля-полукоксование здійснюється за 550-600 °, коксовий залишок при цьому називається напівкоксом. Теплотворення газу напівкоксування досягає 25000-34000 кДж/м3. Вихід газу в цьому випадку з тонни вугілля становить 60 м3/ т.

середньотемперату розкладання вугілля-среднетемпературноє коксування здійснюється за 700-800 °, коксовий залишок цього процесу називають середньотемперату коксом. Теплотворення газу среднетемпературного коксування становить 21000-25000 кДж/м3. Вихід газу 200 м3/ т.

Високотемпературне розкладання вугілля-коксування проводиться при 900-1100 ° і твердий залишок цього процесу називають коксом. Коксовий газ має теплотворність 17000-20000 кДж/м3. Вихід газу 320 м3/ т.

При газифікація вугілля в шарі розглядається ділянка вугільного пласта, як природний шар вугілля, що складається з його шматочків, розділених порами і тріщинами. Для газифікації ділянки вугільного пласта таким методом пласт запалюють і продувають за природними порам. Пори і тріщини переважної кількості вугільних пластів володіють великим опором для проходу дуття, а це вимагає застосування дуття з високим тиском, що дорого. Враховуючи труднощі використання природних пір і тріщин, використовуються методи газифікації вугілля з штучним дробленням, що створюють подобу шару вугілля. Для цього пласт розпушують механічним впливом або вибухом. Великі витрати коштів на дроблення вугільного пласта не забезпечує техніко-економічну ефективність цього методу. Проблему проникності вугільного пласта вирішує метод газифікації вугільного пласта у свердловинах-газогенераторах. У цьому випадку пласт пронизують близько розташованими один до одного свердловинами, які служать як би штучними тріщинами. Однак вигазовиваніе вугілля при цьому методі протікають навколо кожної свердловини без регулювання. При паралельній роботі декількох свердловин це призводить до нерівномірного вигазовиванію вугілля навколо кожної з них і до розладу процесу газифікації. Також відомий метод газифікації вугілля в шарі струменем дуття, який передбачає подачу струменя на розпалену вугільну поверхню. Цей метод не знайшов практичного застосування через труднощі конструктивного оформлення. Відома підземна газифікація вугілля в масиві і метанодренаже по каналах через свердловини.

Недоліком є низька калорійність генераторного газу. Аналіз показує, що найбільш ефективний метод газікаціі-коксування.

Пропонується використовувати каптованого газ, для випалювання у відвалі збійки, за рахунок цього тепла виходить генераторний газ більш високої калорійності (збільшується коефіцієнт газифікації). При цьому використовується свердловини дегазації для нового дуття і виведення генераторного газу, вихід більш висококалорійного газу, збільшується продуктивність газифікації з однієї тонни вугілля, позитивно впливає на екологію, так як зола і порода залишається під землею при відпрацюванні вугілля, а також запобігається потрапляння метану в атмосферу , який призводить до зміни клімату Землі більшою мірою, ніж вуглекислий газ. Використання генераторного газу-будь від тепла до електрики та хімічної переробки. Розглянемо запропонований метод газифікації вугілля в каналі з регулюванням проходу по ньому дуття і газу та з індивідуальним контролем за процесом газифікації, що протікає в кожному каналі при їх паралельній роботі. Цей метод газифікації вугілля базується на тому, що якщо палаючу поверхню вугільного пласта омивають потоками дуття і газу, то при цьому можна отримати горючий газ і вигазовивать певну кількість вугілля. Для ведення газифікації цим методом необхідно у вугільному пласті створити канал такого перетину або точніше з таким гідравлічним опором, щоб по ньому проходили дуття і газ в належній кількості при економічно прийнятному тиску. Найбільш часто для вигазовиванія ділянки вугільного пласта потоковим методом він оконтуриваются відповідними каналами газифікації, в один кінець якого подається дуття, через інший відводитися газ. На рис.1 представлена схема вугільного пласта в якості підігріву якого служить метан, отриманий при дегазації попереднього пласта. При цьому способі з вугілля спочатку виділяються летючі під дією метану і дуття подається для його горіння, а потім здійснюється газифікація коксового залишку вугілля звичайним дуттям. Теплота згоряння газу отримана при повітряному дуття 3300кДж/м3.Летучая частина вугілля Донецького басейну становить 44%. Таким чином теплота згоряння газу отриманого способом описаного вище і представленого на рис1. складе 9400-17000кДж/м3.



1-дутєва свердловина газифікованої панелі; 2-газовідвівна свердловина газифікованої панелі; 3-метаноотвїдящая свердловина дегазіруемой підготовлюваної панелей; 4-збійка первоночально розжіговий канал; 5 - збірний трубопровід; 6-дутьевой трубопровід; 7-газовідвівний трубопровід; n-дегазіруемая панель; n 1-газифікована панель. n-1-подготавливаемая панель (скважен пробурені, здійснюється збійка-освіта забою); n 2-панель дегазована і углегазіфікована; n-2-буріння свердловин.

Рисунок 1-Схема напрямки відпрацювання вугілля

Традиційні методи видобутку і споживання вугілля обумовлюють перетворення вугільних регіонів у зони екологічного лиха. Особливо це характерно для углесжігающіх виробництв. На кожен кВт встановленої потужності вугільної електростанції щорічно викидається в атмосферу 500 кг золи і шлаків, 75 кг окислів сірки і 10 кг окислів азоту.

Тому використання вугілля в якості первинного енергоносія екологічно виправдано тільки в двох випадках:

1. Спалювання вугілля повинна супроводжуватися обов'язковим уловлюванням твердих і газоподібних шкідливих речовин.

2. Перетворення вугілля на місці його залягання в екологічно чистіший газоподібний енергоносій.

Один із способів відповідає даним умовам є - підземна газифікація вугілля.

Газ ПГУ в екологічному відношенні порівняно зі спалюванням твердого та рідкого палива є найбільш чистим, тому що при його згорянні практично не утворюється шкідливих домішок (сірчистого ангідриду, твердих частинок), а вміст оксидів вуглецю та азоту незначно.

Утворювані в підземному газогенераторі побічні продукти газифікації виносяться разом з газом на поверхню і випадають у вигляді газового конденсату, який, як вказувалося раніше, легко піддається очищенню відомими способами.

Відпрацювання вугільних пластів ведеться таким способом при якому не відбувається провалів земної поверхні і повністю зберігається грунтовий шар.

Узагальнення досвіду робіт станції "Підземгаз" було показано, що осідання земної поверхні над вигазованним простором становить 1-3 м при вигазованной потужності пласта 8-10 м. Ландшафт і родючий шар грунту практично не порушуються, земля над відпрацьованими газогенераторами використовується в підсобному господарстві, станції для посіву зернових культур і багаторічних трав. Спеціальних витрат на рекультивацію цих земель не було потрібно. Забруднення повітряного басейну і водоносних горизонтів не спостерігалося.

Однак при ПГУ можливе забруднення підземних вод у зв'язку з наявністю прямого їх контакту з вогнищем газифікації, а також можливих витоків газу з підземного газогенератора.

Ступінь і масштаби забруднення підземних вод залежать від природних умов. У цілому виконані дослідження показують, що негативний вплив процесу носить локальний характер і не є загрозливим, оскільки навколо вогнища горіння утворюється область депресії підземних вод. За рахунок цього продукти забруднення, що містяться в витоках газу, конденсуючи при фільтрації, повертаються в газогенератор і витягуються на поверхню у вигляді испаренной і откачиваемой води. Вміст фенолів в підземних водах не перевищує 0,01-0,5 мг / л, що дозволяє використовувати їх для технічного водопостачання без попередньої очитки.

Однак при ПГУ можливе забруднення підземних вод у зв'язку з наявністю прямого їх контакту з вогнищем газифікації, а також можливих витоків газу з підземного газогенератора.

Ступінь і масштаби забруднення підземних вод залежать від природних умов. У цілому виконані дослідження показують, що негативний вплив процесу носить локальний характер і не є загрозливим, оскільки навколо вогнища горіння утворюється область депресії підземних вод. За рахунок цього продукти забруднення, що містяться в витоках газу, конденсуючи при фільтрації, повертаються в газогенератор і витягуються на поверхню у вигляді испаренной і откачиваемой води. Вміст фенолів в підземних водах не перевищує 0,01-0,5 мг / л, що дозволяє використовувати їх для технічного водопостачання без попередньої очитки.

Виключити або звести до мінімуму шкідливих впливів газу витоків на навколишнє середовище можна при проведенні наступних заходів:

- Залишення запобіжних ціликів, що перешкоджають проникненню газу на поверхню і в надра;

- Створення загороджувальних завіс (газодренаж, барраж);

- Застосування нагнітально-вакуумної системи подачі дуття відводу газу;

- Проведення відкачування води з вигазованного простору в процесі газифікації і після її закінчення;

- Гасіння вогнища газифікації на відпрацьованих площах ПУТЕК, замулювання та затоплення;

- Своєчасна ліквідація обривів обсадних труб. Нормальний технологічний процес виробництва газу ПГУ виключає попадання газу в атмосферу, це досягається застосуванням відповідного обладнання, трубопроводів, автоматизації, засобів КВП.

Аварійні скиди газу виробляються на факельну установку. Охолодження води, використовуваної в циклі, проводиться в закритих теплообмінниках за схемою "вода-вода".

Виробничі стічні води внутрішнього контуру після очищення використовуються в замкнутому циклі умовно чистих вод.

Екологічні переваги підземної газифікації вугілля перед традиційними способами розробки вугільних родовищ полягає головним чином, з одного боку в екологічній чистоті газів підземної газифікації як палива, а з іншого - в самій незначній мірі впливу даної технології на природний ландшафт, яка не йде ні в яке порівняння, наприклад з руйнівним впливом на навколишнє середовище такого широко вживаного методу видобутку вугілля, як відкрита розробка вугільних пластів.

Особливо відзначимо що метод ПГУ дозволяє не порушувати рослинний шар, і після закінчення газифікації вугільного пласта наземна ділянка може бути без будь-якої рекультивації переданий для сільськогосподарського вжитку.

На стадії видобутку (при заміні традиційних методів методом ПГУ) виключається утворення відходів гірської породи (5-6 т / т.у.п.), запобігається відчуження землі (15-20 га / млн. т.у.п. ), виключається викид в атмосферу вугільного пилу (0,3-15 кг / т.у.п.) і зменшується скидання зважених речовин у стічні води (з 0,452 до 0,044 кг / т.у.п.).

На стадії транспорту повністю запобігається характерний для твердого палива винесення пилу (3-6 кг / т.у.п.).

На стадії спалювання виключається викид золи, практично виключається викид сірчистого ангідриду і зменшується в 1,5-2 рази вихід окислів азоту (з 2-5 до 1-1,5 кг / т.у.п.).

Дані показники повною мірою відображають всі переваги ПГУ перед іншими методами видобутку вугілля, що не мало важливо в складній екологічній обстановці в цілому.

Висновки

Газифікація вугілля є перспективним технологічним процесом для отримання чистого синтетичного газу і на його основі для комбінованих виробництв електричної енергії, тепла і технологічної пари, водню, метанолу та інших цінних продуктів.

Проведення газифікації вугілля під тиском та її інтеграція в енергетичний цикл парогазової установки дозволяють досягти високих економічних показників при виробленні електроенергії з мінімальним впливом на навколишнє середовище.

Енергетичні ГТУ з газифікацією на повітряному дуття простіше і економічніше; з газифікацією на кисневому дуття - створюють можливості хімічних перетворень для виробництва цінних продуктів і виведення СО2 з циклу до спалювання.

Потужні (250-300 МВт) енергетичні ПГУ з газифікацією вугілля експлуатуються за кордоном більше 10 років. Активно розробляються також ПГУ потужністю до 600 МВт. Широко проводяться роботи з удосконалення процесів і обладнання газифікаційних і газоочисних установок. Ця діяльність здійснюється за фінансової підтримки урядів і координується ними в рамках державних програм.

Розробка аналогічної Програми доцільна і для Росії, зокрема, у зв'язку з необхідністю обмеження викидів СО2 в атмосферу і можливого внаслідок цього глобального потепління.

Збережені в країні знання і досвід проведених в останні роки досліджень можуть забезпечити створення слабкий 3-15 МВт, комплексної демонстраційної установки з газифікацією вугілля та виробленням електроенергії та тепла. Така установка забезпечить, зокрема, отримання даних для оцінки вартості, економічності і реальних проблем, експлуатації промислових ПГУ такого типу.

Для складання та реалізації такої Програми необхідно фінансове та науково-технічне партнерство держави та промисловості.

Перелік посилань

1.Скафа П.В. Подземная газификация углей//Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу.-М.-1960.-316с.

2. Разработка временных рекомендаций на подбор угольных месторождений для проектирования станций подземной газификации углей // ИГД им. А.А. Скочинского.-М.-1998.-63 с.

3. Каталог участков (месторождений), пригодных для подземной газификации углей // Донгипрошахт. – Донецк, 1993. – 81 с.

4. Кулешов В.М., Корчемагин А.В., Панасенко В.М. Повышение эффективности подземной газификации угля // Уголь Украины. – 1990. – № 2. – С. 18-20.

5. Крейнин Е.В. Экологическое и технико-экономическое обоснование строительства промышленных предприятий подземной газификации углей // Уголь. – 1997. – № 2 – С. 46-48.

6. Подземная газификация углей в СССР / Антонова Р.И., Бежанишвили А.Г., Блиндерман М.С. и др. – М, ЦНИЭИуголь. – 1990. – 98 с.

7. Лавров Н.В. Физико-химические основы горения и газификации топлива//Металлургиздат.?1957.

8. Ревва М.К. Основные итоги работы станции Подземгаз. Бюллетень «Подземная газификация углей».-1957.-№2

9. Цейтлин Д.Г. Критический обзор методов подземной газификации углей. «Подземная газификация углей».-1954.-№3

10. Шишаков И.В. Основы производства горючих газов//Госэнергоиздат.-1958.