Информация, оборудование, промышленность

+7 911 749-5-449

info@oborudka.ru

Получение синтетического топлива термической переработкой угля в районе его добычи

Получение синтетического топлива термической переработкой угля в районе его добычи

В условиях сложившейся в России ситуации с экономической обособленностью регионов, монопольными ценами на транспорт и реструктуризацией угольной промышленности особенно остро встает вопрос о получении из угля непосредственно в районе его добычи синтетических жидких топлив или заменителя природного газа. Особенно это актуально для отдаленных и малоосвоенных регионов Сибири, Дальнего Востока и Севера России, где явно ощущается нехватка энергоресурсов, а их доставка в регион является весьма дорогостоящим мероприятием. Наличие в регионе даже небольших локальных угольных залежей открывает возможность получения недорогих жидких продуктов синтеза из угля на месте залегания и позволяет решить проблему улучшения экологической обстановки в шахтерских городах, повышения эффективности дальнего трубопроводного транспорта сибирских углей и их сжигания, а также может стать стратегическим резервным источником быстрого получения топлива при повышении потребности регионов в энергоресурсах, превращаясь тем самым в важный элемент обеспечения энергетической безопасности.

Переработка угля в синтетическое топливо в районе его добычи возможна путем предварительного получения синтез-газа в наземных или подземных газогенераторах и последующего производства из него жидкого топлива. Осуществление комбинированных процессов получения синтез-газа и жидких топлив требует процесса газификации при повышенных давлениях, что является в настоящее время наиболее перспективным направлением. Как известно, газификация твердых топлив под давлением позволяет увеличить производительность процессов по времени на единицу реакционного объема, а увеличение объема способствует получению высококалорийного газа. И, хотя с точки зрения получения газа нужного состава применение высоких давлений не имеет особых преимуществ, увеличение давления является важным фактором интенсификации процесса вследствие увеличения массовой концентрации реагентов. Интенсификация процесса может быть достигнута и повышением температуры, что приводит к значительному росту скоростей восстановительных реакций.

При термической переработке угольных пластов на месте залегания под высоким давлением интенсификация процесса достигается за счет влияния и давления, и температуры, при этом значительно повышается эффективность процесса. Так, при ведении процесса на давлениях 2-ЗМПа на глубинах свыше 600 700 м следует ожидать (на основании процесса газификации в наземных газогенераторах по способу Лурги) получение газа на парокислородном дутье с теплотой сгорания 14-16 МДж/м3. При этом газ, пригодный для химических синтезов с отношением Н2/СО от 1 до 3, может быть получен при температурах 600-800ш С, что соответствует температуре газообразования при подземной газификации угля.

Осуществление процесса термической переработки угольных пластов на месте залегания под высоким давлением для получения синтез-газа должно проводиться с учетом богатейшего опыта подземной газификации угля (ПГУ) в бывшем СССР. По этой технологии в различных горно-геологических условиях на глубинах до 300-400 м накоплен большой опыт бурения технологических скважин, их соединения между собой, огневой проработки узких буровых каналов, устойчивого и управляемого процесса получения газа. Технологическая схема предприятия ПГУ. Опубликованные в США  сравнительные данные по получению синтез-газа при различных способах наземной газификации угля показывают, что газогенератор Лурги с неподвижным слоем угля наиболее близок к подземной газификации угля по составу синтез-газа. Химические процессы, в основном, являются одними и теми же при наземной и подземной газификации, состав продукта меняется в зависимости от давления, температуры, состава дутья. Принципиальная технологическая схема получения синтез-газа при термической переработке угольных пластов на месте залегания под высоким давлением с парокислородным дутьем включает в себя следующие процессы:

1. На кислородной установке производится выработка сжатого кислорода при давлении 2 3 МПа, а в парокотельной технологического пара при давлении 2 3 МПа с температурой нагрева до 300ш С.

2. Смесь пара и кислорода поступает в подземные газогенераторы под давлением 2 3 МПа. Получаемый в газогенераторах сырой газ проходит конденсационную систему для улавливания смолы и газового бензина, затем поступает в скрубберы, где охлаждается водой до температуры 25-30ш С.

3. Одновременно с охлаждением из газа отмываются углекислота и сероводород, которые в растворенном виде удаляются из скрубберов через систему насос-мотор-турбины. В этой системе происходит использование энергии сжатой воды, подаваемой в турбину при перепаде давлений с 18 ати до 0.5 ати, и удаление из воды растворенных газов (СО2, H2S и др.так называемых экспанзерных).

4. Вода, подаваемая на охлаждение скрубберов после выхода из них и удаления растворенных газов, поступает на градирни, где охлаждается до нормальной температуры и вновь подается в скрубберы для охлаждения газа.

5. Газ, охлажденный и очищенный от углекислоты и сероводорода, направляется в установку для синтезирования жидкого топлива.

6. Полученный экспанзерный газ (с теплотой сгорания около 2.83 МДж/м3) поступает для использования в качестве местного топлива в парокотельные, а в случае содержания значительных количеств сероводорода предварительно подвергается очистке от сероводорода.

Кроме того, на газогенераторных станциях монтируются установки для переработки смолы и очистки промышленных стоков от фенолов. Учитывая, что в рассматриваемом процессе выход жидких продуктов газификации будет незначительным по сравнению с прямым процессом газификации в наземных газогенераторах, сооружение сложных цехов смолоотделения и переработки смолы на предприятии может быть исключено. Предварительное рассмотрение возможных технологических параметров предприятия по термической переработке угольных пластов под высоким давлением на парокислородном дутье применительно к условиям Богдановского месторождения Донбасса показало, что очищенный от углекислоты и сероводорода газ содержит 52% водорода и 34.7% окиси углерода (отношение Н2/СО = 1.5), теплота сгорания такого газа 14.28 МДж/м3в, и он соответствует требованиям к составу технологического газа для синтеза жидких топлив. При этом удельные капзатраты на строительство предприятия составят 12.2 руб/1000 м3 газа (в ценах 1991 г.), а себестоимость выработки 1000 м3 сырого газа 6.27 руб. (или, соответственно, 5.6 руб/Гкал и 2.88 руб/Гкал).

Общие затраты на получение синтез-газа при ПГУ в 1.3-4.0 раза ниже, чем в наземных газогенераторах и сравнимы с реформингом природного газа.

Процесс газификации на высоких давлениях, кроме повышения теплоты сгорания газа и получения технологического газа необходимого качества, имеет следующие основные преимущества: возможность создания мощных подземных газогенераторов; совмещение охлаждения газа водой с очисткой его от сероводорода и углекислоты; возможность бескомпрессорного транспорта очищенного газа потребителям по трубопроводу на расстояние 150 200 км: расширение сырьевой угольной базы за счет глубокозалегающих пластов; возможность создания экологически чистого предприятия.

На экономические показатели процесса получения синтез-газов значительно влияют последующие затраты на обязательную обработку получаемых газов. Известно, что на очистку газов от сернистых соединений и двуокиси углерода приходится до 25% себестоимости газа заданного состава. В связи с этим совмещение охлаждения газа с его очисткой от сероводорода и углекислоты в процессе термической переработки угольных пластов на месте залегания под давлением является весьма важным преимуществом, также как и возможность бескомпрессорного транспорта очищенного газа.

И, наконец, термическая переработка угольных пластов на больших глубинах позволяет создать экологически чистый процесс получения синтез-газа, так как в условиях высоких давлений процесс протекает в полости, перекрытой зеркалом подземных вод, при этом утечки газа в массив практически отсутствуют, газ и сопутствующие жидкие продукты извлекаются только через газоотводящие скважины. При этом безотходное их использование в наземном комплексе обусловливает экологическую чистоту предприятия в целом.