Газификация угля

В промышленной химии газификация угля — это процесс получения синтез-газа — смеси, состоящей в основном из окиси углерода (CO), водорода ( H ₂ ), углекислый газ ( CO ₂ ), метан ( CH ₄ ) и водяной пар ( H ₂ O ) — из угля и воды , воздуха и/или кислорода.

Исторически уголь газифицировали для производства угольного газа , также известного как «городской газ». Угольный газ горюч и использовался для отопления и городского освещения до появления крупномасштабной добычи природного газа из нефтяных скважин.

В современной практике крупномасштабные установки газификации угля предназначены в первую очередь для производства электроэнергии (как на традиционных тепловых электростанциях, так и на электростанциях с топливными элементами из расплавленного карбоната ) или для производства химического сырья. Водород, полученный при газификации угля, может быть использован для различных целей , например, для производства аммиака , обеспечения водородной экономики или модернизации ископаемого топлива .

Альтернативно, полученный из угля синтез-газ может быть преобразован в транспортное топливо, такое как бензин и дизельное топливо , посредством дополнительной обработки , или в метанол , который сам по себе может быть использован в качестве транспортного топлива или топливной добавки, или который может быть преобразован в бензин .

Природный газ, полученный при газификации угля, можно охлаждать до тех пор, пока он не сжижается, для использования в качестве топлива в транспортном секторе.

История

В прошлом уголь перерабатывался для производства угольного газа, который поставлялся потребителям для сжигания для освещения, отопления и приготовления пищи. Высокие цены на нефть и природный газ привели к повышенному интересу к технологиям «конверсии БТЕ», таким как газификация , метанирование и сжижение. Корпорация Synthetic Fuels Corporation была финансируемой правительством США корпорацией, созданной в 1980 году для создания рынка альтернатив импортному ископаемому топливу (например, газификации угля). Корпорация была ликвидирована в 1985 году.

Ранняя история добычи каменноугольного газа путем карбонизации

Газовое освещение в историческом центре Вроцлава , Польша

Фламандский ученый Ян Баптиста ван Гельмонт использовал название «газ» в своем труде «Происхождение медицины» ( около 1609 г. ), чтобы описать свое открытие «дикого духа», который вырвался из нагретых дров и угля и который «мало отличался хаоса от древние». Подобные эксперименты были проведены в 1681 году Иоганном Беккером из Мюнхена и в 1684 году Джоном Клейтоном из Уигана , Англия. Последний назвал его «Духом угля». Уильям Мердок (позже известный как Мердок) открыл новые способы производства, очистки и хранения газа. Среди прочего, он осветил свой дом в Редруте и свой коттедж в Сохо, Бирмингем, в 1792 году, вход в помещение комиссара полиции Манчестера в 1797 году, внешний вид фабрики Бултона и Уатта в Бирмингеме и большую хлопчатобумажную фабрику в Солфорде . Ланкашир в 1805 году.

Профессор Ян Питер Минкелерс осветил свою аудиторию в Лувенском университете в 1783 году, а лорд Дандональд осветил свой дом в Калроссе , Шотландия, в 1787 году, газ доставлялся в запечатанных емкостях с местного смоляного завода. Во Франции Филипп ле Бон запатентовал газовый камин в 1799 году и продемонстрировал уличное освещение в 1801 году. Другие демонстрации последовали во Франции и в Соединенных Штатах, но общепризнано, что первый коммерческий газовый завод был построен Лондонской и Вестминстерской газовыми компаниями. Компания Light and Coke на Грейт-Питер-стрит в 1812 году прокладывает деревянные трубы для освещения Вестминстерского моста газовыми фонарями в канун Нового года в 1813 году. В 1816 году Рембрандт Пил и еще четверо основали компанию Gas Light Company в Балтиморе , первую компанию по производству газа в Америке. . В 1821 году природный газ использовался в коммерческих целях во Фредонии, штат Нью-Йорк . Первый немецкий газовый завод был построен в Ганновере в 1825 году, а к 1870 году в Германии насчитывалось 340 газовых заводов, производивших городской газ из угля, древесины, торфа и других материалов.

Условия труда на заводе Horseferry Road Works компании Gas Light and Coke в Лондоне в 1830-х годах были описаны французским посетителем Флорой Тристан в ее «Променадах в Лондоне» :

Два ряда печей с каждой стороны были разожжены; эффект мало чем отличался от описания циклопы кузницы Вулкана, за исключением того, что были оживлены божественной искрой, тогда как смуглые слуги английских печей были безрадостны, молчаливы и оцепенели... Бригадир сказал мне, что были выбраны кочегары. из числа сильнейших, но тем не менее все они после семи или восьми лет тяжелого труда заболели чахоткой и умерли от легочной чахотки. Этим объяснялись печаль и апатия на лицах и каждом движении несчастных.

Первая общественная подача газа по трубопроводу осуществлялась к 13 газовым лампам , каждая с тремя стеклянными шарами, вдоль Пэлл-Мэлл в Лондоне в 1807 году. Заслуга в этом принадлежит изобретателю и предпринимателю Фредрику Уинзору и сантехнику Томасу Саггу , которые изготовили и проложили трубы. Раскопки улиц для прокладки труб требовали законодательства , и это задерживало развитие уличного освещения и газа для бытового использования. Тем временем Уильям Мердок и его ученик Сэмюэл Клегг устанавливали газовое освещение на фабриках и рабочих местах, не встречая подобных препятствий.

Ранняя история добычи угольного газа путем газификации

В 1850-х годах в каждом маленьком и среднем городе был газовый завод для уличного освещения. Подписавшиеся клиенты также могли провести водопровод к своим домам. К этому времени стало общепринятым газовое освещение. Газовое освещение проникло в средний класс, а позже появились газовые плиты и плиты.

1860-е годы были золотым веком развития угольного газа. Такие ученые, как Кекуле и Перкин, раскрыли тайны органической химии, чтобы раскрыть, как образуется газ и его состав. В результате появились лучшие газовые растения и фиолетовые красители Перкина, такие как Mauveine . В 1850-х годах были разработаны процессы получения товарного газа и водяного газа из кокса. Необогащенный водяной газ можно назвать голубым водяным газом (BWG).

Газ Монд , разработанный в 1850-х годах Людвигом Мондом , представлял собой производственный газ, изготавливаемый из угля, а не кокса. Он содержал аммиак и каменноугольную смолу и был обработан для извлечения этих ценных соединений.

Голубой водяной газ (BWG) горит несветящимся пламенем, что делает его непригодным для освещения. Карбюраторный водяной газ (CWG), разработанный в 1860-х годах, представляет собой BWG, обогащенный газами, полученными путем распыления масла в горячую реторту. Он имеет более высокую теплотворную способность и горит светящимся пламенем.

Процесс карбюраторного водяного газа был усовершенствован Таддеусом С.К. Лоу в 1875 году. Газойль фиксировался в BWG посредством термокрекинга в карбюраторе и пароперегревателе генераторной установки CWG. CWG была доминирующей технологией в США с 1880-х по 1950-е годы, заменив газификацию угля. CWG имеет CV 20 МДж/м. ³ т.е. чуть больше половины от природного газа.

Развитие угольно-газовой отрасли в Великобритании

Появление газовых ламп накаливания на фабриках, в домах и на улицах, заменивших масляные лампы и свечи постоянным ясным светом, почти совпадающим по цвету с дневным светом , превратило ночь в день для многих, сделав возможной работу в ночную смену в отраслях, где свет был единственным источником света. важно — прядение , ткачество , пошив одежды и т. д. Социальное значение этого изменения трудно оценить поколениям, выросшим в условиях, когда освещение после наступления темноты доступно одним нажатием выключателя. Было не только ускорено промышленное производство, но и улицы стали безопасными, облегчилось социальное общение, а чтение и письмо получили более широкое распространение. Газовые станции были построены почти в каждом городе, главные улицы были ярко освещены, и по улицам был проведен газ в большинство городских домов. Изобретение газового счетчика и счетчика предоплаты в конце 1880-х годов сыграло важную роль в продаже городского газа бытовым и коммерческим потребителям.

Газовая плита 1934 года в Англии.

Образование и подготовка большого количества рабочей силы, попытки стандартизировать производственную и коммерческую практику, а также смягчение коммерческого соперничества между сбытовыми компаниями привели к созданию ассоциаций газовых менеджеров, сначала в в 1861 году Шотландии . 1863 г. в Манчестере , и это, после бурной истории, стало основанием Института инженеров-газовиков (IGE). В 1903 году реконструированный Институт инженеров-строителей (ICE) открыл курсы для студентов газового производства в Институте Сити и гильдий Лондона . IGE получил Королевскую хартию в 1929 году. Университеты не спешили реагировать на потребности отрасли, и только в 1908 году в Университете Лидса была основана первая профессорская должность в области угольной, газовой и топливной промышленности . В 1926 году компания Gas Light and Coke Company открыла Watson House рядом с заводами Nine Elms Gas. Сначала это была научная лаборатория . Позже в его состав вошел центр подготовки учеников , но его основным вкладом в отрасль стали испытательные стенды для газового оборудования, которые были доступны всей отрасли, включая производителей газового оборудования. Используя это предприятие, промышленность установила не только стандарты безопасности, но и стандарты производительности как для производства газового оборудования, так и для его обслуживания в домах клиентов и коммерческих помещениях.

Во время Первой мировой войны побочные продукты газовой промышленности — фенол , толуол , аммиак и сернистые соединения — были ценными ингредиентами для взрывчатых веществ . Большая часть угля для газовых заводов доставлялась морем и была уязвима для атак противника. До войны газовая промышленность была крупным работодателем для служащих, в основном мужчин. Но появление пишущей машинки и машинистки привело к еще одному важному социальному изменению, которое, в отличие от занятости женщин в военной промышленности, имело долгосрочные последствия.

Межвоенные годы были отмечены разработкой вертикальной реторты непрерывного действия , которая заменила многие горизонтальные реторты периодического действия. Произошли улучшения в хранении газа, особенно в безводном газгольдере , и в распределении с появлением   стальных труб диаметром 2–4 дюйма для транспортировки газа под давлением до 50 фунтов на квадратный дюйм (340 кПа) в качестве питающей магистрали по сравнению с традиционными чугунными трубами, работающими при средней скорости. 2–3   дюйма манометр (500–750 Па ). Бензол в качестве автомобильного топлива и каменноугольная смола в качестве основного сырья для развивающейся органической химической промышленности обеспечили газовой промышленности значительные доходы. Нефть вытеснила каменноугольную смолу в качестве основного сырья для органической химической промышленности после Второй мировой войны , и потеря этого рынка усугубила экономические проблемы газовой промышленности после войны.

За прошедшие годы было разработано большое разнообразие приборов и способов использования газа. Газовые камины , газовые плиты , холодильники , стиральные машины , ручные утюги , кочерги для разжигания угольных костров, ванны с газовым отоплением , группы газовых фонарей с дистанционным управлением , газовые двигатели различных типов и, в последующие годы, центральные газовые системы горячего воздуха и горячей воды. отопление и кондиционирование воздуха , которые внесли огромный вклад в улучшение качества жизни в городах и поселках по всему миру. Эволюция электрического освещения, доступного из общественных источников, погасила газовое освещение, за исключением тех случаев, когда практиковалось подбор цветов, как, например, в галантерейных магазинах.

Процесс

Схема газификатора Лурги

Во время газификации уголь продувается кислородом и паром (водяным паром), а также нагревается (а в некоторых случаях находится под давлением). Если уголь нагревается внешними источниками тепла, то процесс называется «аллотермическим», тогда как «автотермический» предполагает нагрев угля за счет экзотермических химических реакций, происходящих внутри самого газификатора. Существенно, чтобы подаваемого окислителя было недостаточно для полного окисления (сгорания) топлива. В ходе упомянутых реакций молекулы кислорода и воды окисляют уголь и образуют газовую смесь углекислого газа (СО ₂ ), оксида углерода (СО), водяного пара (Н ₂ О) и молекулярного водорода (Н ₂ ). (Некоторые побочные продукты, такие как смола, фенолы и т. д., также являются возможными конечными продуктами, в зависимости от конкретной используемой технологии газификации.) Этот процесс проводился на месте в природных угольных пластах (называемый подземной газификацией угля ) и в угольных шахтах. нефтеперерабатывающие заводы. Желаемым конечным продуктом обычно является синтез-газ (т.е. комбинация H ₂ + CO), но добытый угольный газ также может быть дополнительно переработан для получения дополнительных количеств H ₂ :

3C (т.е. уголь) + O ₂ + H ₂ O → H ₂ + 3CO

Если нефтеперерабатывающий завод хочет производить алканы (то есть углеводороды, присутствующие в природном газе , бензине и дизельном топливе ), угольный газ собирается в этом состоянии и направляется в реактор Фишера-Тропша . Однако если желаемым конечным продуктом является водород, угольный газ (в первую очередь продукт CO) подвергается реакции конверсии водяного газа , при которой больше водорода образуется в результате дополнительной реакции с водяным паром:

СО + Н ₂ О → СО ₂ + Н ₂

Хотя в настоящее время существуют и другие технологии газификации угля, все они, как правило, используют одни и те же химические процессы. Для низкосортных углей (например, бурых углей или других «бурых углей»), содержащих значительные количества воды, существуют технологии, в которых во время реакции не требуется пар, а единственными реагентами являются уголь (углерод) и кислород. Кроме того, некоторые технологии газификации угля не требуют высокого давления. Некоторые используют пылевидный уголь в качестве топлива, тогда как другие работают с относительно большими фракциями угля. Технологии газификации различаются и по способу подачи задувки.

«Прямой продув» предполагает подачу угля и окислителя навстречу друг другу с противоположных сторон канала реактора. В этом случае окислитель проходит через кокс и (вероятнее) золу в зону реакции, где взаимодействует с углем. Образующийся горячий газ затем пропускает свежее топливо и нагревает его, поглощая при этом некоторые продукты термического разрушения топлива, такие как смолы и фенолы. Таким образом, газ требует значительной очистки перед использованием в реакции Фишера-Тропша. Продукты переработки высокотоксичны и требуют специальных условий для их утилизации. В результате завод, использующий описанные технологии, должен быть очень большим, чтобы быть экономически эффективным. Один из таких заводов под названием SASOL расположен в Южно-Африканской Республике (ЮАР). Он был построен из-за введенного в отношении страны эмбарго, запрещающего импорт нефти и природного газа. ЮАР богата битуминозным углем и антрацитом и смогла организовать использование хорошо известного процесса газификации под высоким давлением «Лурги», разработанного в Германии в первой половине 20 века.

«Обратный продув» (по сравнению с описанным ранее типом, который был изобретен первым) предполагает подачу угля и окислителя с одной и той же стороны реактора. В этом случае перед зоной реакции не происходит химического взаимодействия угля и окислителя. Газ, образующийся в зоне реакции, пропускает твердые продукты газификации (кокс и золу), а содержащиеся в газе CO ₂ и H ₂ O дополнительно химически восстанавливаются до CO и H ₂ . По сравнению с технологией «прямой продувки» в газе отсутствуют токсичные побочные продукты: они отключаются в зоне реакции. Этот тип газификации был разработан в первой половине 20 века наряду с «прямым дутьем», но темпы добычи газа при нем значительно ниже, чем при «прямом дутье», и дальнейших попыток разработки этого типа газификации не предпринималось. Процессы «обратного продувания» продолжались до 1980-х годов, когда советский научно-исследовательский институт «КАТЕКНИИУголь» (НИИ по разработке Канско-Ачинского угольного месторождения) не начал НИОКР по созданию технологии, ныне известной как процесс «ТЕРМОКОКС-С». Причиной возрождения интереса к этому виду процесса газификации является то, что он экологически чист и позволяет производить два вида полезных продуктов (одновременно или раздельно): газ (горючий или синтез-газ) и среднетемпературный кокс. Первый может быть использован в качестве топлива для газовых котлов и дизель-генераторов или в качестве синтез-газа для производства бензина и т.п., второй - в качестве технологического топлива в металлургии, в качестве химического абсорбента или сырья для бытовых топливных брикетов. Сжигание продуктового газа в газовых котлах экологически чище, чем сжигание исходного угля. Таким образом, завод, использующий технологию газификации с «обратным продувкой», способен производить два ценных продукта, один из которых имеет относительно нулевую себестоимость, поскольку последний покрывается конкурентной рыночной ценой другого. Поскольку Советский Союз и его КАТЕКНИИУголь прекратили свое существование, технология была принята на вооружение отдельными учеными, которые первоначально ее разработали, и в настоящее время проводится дальнейшие исследования в России и коммерчески распространяется по всему миру. Сейчас известно, что промышленные предприятия, использующие его, функционируют в Улан-Баторе (Монголия) и Красноярске (Россия).

Технология газификации слоя сжатого воздуха, созданная в результате совместной разработки Wison Group и Shell (Hybrid). Например: Гибрид — это передовая технология газификации пылевидного угля. Эта технология в сочетании с существующими преимуществами котла-утилизатора Shell SCGP включает в себя больше, чем просто систему транспортировки, горелку для газификации пылевидного угля под давлением, водяную стенку мембранного типа с боковой струйной горелкой и прерывистый сброс был полностью проверен на существующей установке SCGP как зрелая и надежная технология, в то же время он устранил существующие технологические сложности, а также в охладителе синтез-газа (сборнике) и фильтрах [летучей золы], которые легко выходили из строя, и объединили существующие в настоящее время технологии газификации, которые широко используются в процессе закалки синтетическим газом. Он не только сохраняет оригинальные характеристики котла-утилизатора Shell SCGP, работающего на угле, с высокой адаптируемостью и способностью легко масштабироваться, но также поглощает преимущества существующей технологии закалки.

Подземная газификация угля

Основная статья: Подземная газификация угля

Подземная газификация угля (ПГУ) — это промышленный процесс газификации, который осуществляется в неразрабатываемых угольных пластах. Он включает в себя закачку газообразного окислителя , обычно кислорода или воздуха, и доставку полученного газообразного продукта на поверхность через добывающие скважины, пробуренные с поверхности. Продуктовый газ может быть использован в качестве химического сырья или топлива для производства электроэнергии . Этот метод можно применять к ресурсам, добыча которых в противном случае нерентабельна. Он также предлагает альтернативу традиционным методам добычи угля . По сравнению с традиционной добычей и газификацией угля, ПГУ оказывает меньшее экологическое и социальное воздействие, хотя существуют экологические проблемы, включая возможность загрязнения водоносных горизонтов.

Технология улавливания углерода

Улавливание, утилизация и секвестрация (или хранение) углерода все чаще используются в современных проектах газификации угля для решения проблемы выбросов парниковых газов, связанных с использованием угля и углеродосодержащего топлива. В этом отношении газификация имеет значительное преимущество перед обычным сжиганием добытого угля, при котором CO _{2 ,} образующийся в результате сгорания, значительно разбавляется азотом и остаточным кислородом в выхлопных газах сгорания, близких к атмосферному, что делает его относительно сложным, энергоемким и улавливание CO ₂ дорого (это известно как улавливание CO ₂ «после сжигания» ).

С другой стороны, при газификации в газификаторы обычно подается кислород, и сжигается ровно столько топлива, чтобы обеспечить тепло для газификации остального; при этом газификация часто осуществляется при повышенном давлении. Получаемый синтез-газ обычно находится под более высоким давлением и не разбавляется азотом, что позволяет гораздо проще, эффективнее и менее затратно удалить CO ₂ . комбинированного цикла газификации и комплексной газификации Уникальная способность _{легко удалять CO 2} из синтез-газа перед его сжиганием в газовой турбине (так называемое улавливание CO ₂ «до сжигания» ) или его использование в синтезе топлива или химикатов является одним из его важных преимуществ. преимущества перед традиционными системами утилизации угля.

CO ₂ Варианты технологий улавливания

Все процессы конверсии, основанные на газификации угля, требуют удаления сероводорода (H ₂ S; кислого газа) из синтез-газа в рамках общей конфигурации установки. Типичные процессы удаления кислых газов (AGR), используемые для проектирования газификации, представляют собой либо систему химических растворителей (например, системы очистки аминного газа на основе МДЭА), либо систему физических растворителей (например, Rectisol или Selexol ). Выбор процесса в основном зависит от требований и затрат на очистку синтез-газа. Обычные химические/физические процессы AGR с использованием MDEA, Rectisol или Selexol являются коммерчески проверенными технологиями и могут быть разработаны для селективного удаления CO ₂ в дополнение к H ₂ S из потока синтез-газа. Для значительного улавливания CO ₂ на установке газификации (например, > 80%) CO в синтез-газе необходимо сначала преобразовать в CO ₂ и водород (H ₂ ) посредством этапа конверсии водяного газа (WGS) перед установкой AGR. .

Для приложений газификации, или интегрированного комбинированного цикла газификации (IGCC), модификации установки, необходимые для добавления способности улавливать CO _2, минимальны. Сингаз, производимый газификаторами, необходимо обрабатывать с помощью различных процессов для удаления примесей, уже содержащихся в газовом потоке, поэтому все, что требуется для удаления CO ₂ , — это добавить к этой технологической линии необходимое оборудование — абсорбер и регенератор.

При сжигании необходимо внести изменения в выхлопную трубу, а из-за более низких концентраций CO ₂ в выхлопных газах требуется обработка гораздо больших объемов общего газа, что требует более крупного и дорогого оборудования.

Проекты на базе IGCC (комбинированный цикл комплексной газификации) в США с _{CO 2} улавливанием и использованием/хранением

компании Mississippi Power Проект Кемпер был спроектирован как установка IGCC, работающая на буром топливе, вырабатывающая чистую мощность 524 МВт из синтез-газа и улавливающая более 65% CO _{2 ,} образующегося с использованием процесса Selexol . Технология комплексной газификации транспорта (TRIG) на предприятии в Кемпере была разработана и лицензирована KBR. CO ₂ будет направляться по трубопроводу на истощенные нефтяные месторождения в Миссисипи для проведения операций по повышению нефтеотдачи . Завод не достиг всех своих целей, и в июле 2017 года от планов производства «чистого угля» отказались. Ожидается, что завод будет продолжать сжигать только природный газ.

Hydrogen Energy California (HECA) будет представлять собой полигенерационную установку IGCC мощностью 300 МВт, работающую на угле и нефтяном коксе (производящую водород как для производства электроэнергии, так и для производства удобрений). Девяносто процентов произведенного CO ₂ будет улавливаться (с помощью Rectisol ) и транспортироваться на нефтяное месторождение Элк-Хиллз для повышения нефтеотдачи, что позволит извлекать дополнительно 5 миллионов баррелей отечественной нефти в год. 4 марта 2016 г. Комиссия по энергетике Калифорнии распорядилась прекратить действие заявки HECA.

(TCEP) Summit Техасский проект чистой энергии будет представлять собой проект по производству электроэнергии/полигенерации мощностью 400 МВт на базе IGCC, работающий на угле (также производящий карбамидные удобрения), который будет улавливать 90% CO ₂ при предварительном сжигании с использованием процесса Rectisol . CO ₂ , не используемый при производстве удобрений, будет использоваться для повышения нефтеотдачи в Пермском бассейне Западного Техаса.

Такие заводы, как Техасский проект чистой энергии , в которых используется улавливание и хранение углерода, рекламируются как частичное или промежуточное решение проблем регулирования, если их можно сделать экономически жизнеспособными за счет улучшения конструкции и массового производства. Регулирующие органы коммунальных предприятий и налогоплательщики столкнулись с сопротивлением из-за увеличения затрат; и от защитников окружающей среды, таких как Билл Маккиббен , которые считают любое дальнейшее использование ископаемого топлива контрпродуктивным.

Побочные продукты

Побочными продуктами производства угольного газа были кокс , каменноугольная смола , сера и аммиак ; все полезные продукты. Поэтому красители , лекарства, в том числе сульфаниламидные препараты, сахарин и многие органические соединения, получают из каменноугольного газа.

Кокс используется как бездымное топливо, а также для производства водяного и генераторного газа . Каменноугольную смолу подвергают фракционной перегонке для извлечения различных продуктов, в том числе

• деготь , для дорожного покрытия
• бензол , моторное топливо
• креозот , консервант древесины
• фенол , используемый в производстве пластмасс
• крезолы , дезинфицирующие средства

Сера используется при производстве серной кислоты , а аммиак — при производстве удобрений .

Коммерциализация

Основная статья: Коммерциализация газификации угля

По данным торговой ассоциации «Совет по газификации и технологиям синтез-газа», в мире действуют 272 завода по газификации с 686 газификаторами и 74 завода с 238 газификаторами в стадии строительства. Большинство из них используют уголь в качестве сырья.

По состоянию на 2017 год крупномасштабное расширение отрасли газификации угля происходило только в Китае, где местные органы власти и энергетические компании продвигают эту отрасль, чтобы обеспечить рабочие места и рынок для угля. По большей части заводы расположены в отдаленных, богатых углем районах.

Центральное правительство осознает конфликты с экологическими целями: помимо производства большого количества углекислого газа, растения используют много воды в районах, где воды не хватает.

Воздействие на окружающую среду

Воздействие промышленности угольного газа на окружающую среду

Газометр в Вест Хэме , Великобритания

С момента первоначального развития до широкого внедрения природного газа только в Соединенных Штатах существовало более 50 000 заводов по производству промышленного газа . В процессе производства газа обычно образуется ряд побочных продуктов, которые загрязняют почву и грунтовые воды на территории завода и вокруг него, поэтому многие бывшие городские газовые заводы представляют собой серьезную экологическую проблему, а затраты на очистку и восстановление часто высоки. Заводы промышленного газа (МГП) обычно располагались вблизи или рядом с водными путями, которые использовались для транспортировки угля и для сброса сточных вод, загрязненных смолой, аммиаком и/или капельным маслом, а также прямыми отходами смолы и водо-смертоносными эмульсиями.

На заре эксплуатации MGP каменноугольная смола считалась отходом и часто выбрасывалась в окружающую среду на территории завода и вокруг него. Хотя использование каменноугольной смолы развивалось к концу 19 века, рынок смолы варьировался, и заводы, которые не могли продавать смолу в данный момент, могли хранить смолу для будущего использования, пытаться сжигать ее в качестве топлива для котлов или выбрасывать смолу как отходы. . Обычно отработанные смолы размещали в старых газгольдерах, штольнях или даже шахтных стволах (при их наличии). Со временем отработанные смолы разлагаются, выделяя фенолы , бензол (и другие моноароматические соединения — БТЭК ) и полициклические ароматические углеводороды в виде шлейфов загрязняющих веществ, которые могут улетучиваться в окружающую среду. Другие отходы включали « голубого Билли », Это соединение ферроферрицианида — синий цвет происходит от берлинской лазури , которая коммерчески использовалась в качестве красителя . Синий козел, как правило, представляет собой гранулированный материал, и иногда его продавали на месте с пометкой «гарантированное отсутствие сорняков». Присутствие синего козелка может придать отходам газового завода характерный запах затхлого/ горького миндаля или марципана , связанный с цианистым газом.

Переход на процесс карбюраторного водяного газа первоначально привел к снижению выхода водяного газа по сравнению с объемом каменноугольной смолы. Появление автомобилей уменьшило доступность нафты для карбюраторного масла, поскольку эта фракция была желательна в качестве моторного топлива. МГП, перешедшие на более тяжелые сорта нефти, часто сталкивались с проблемами при производстве водо-гудронных эмульсий, разрушение которых было трудным, трудоемким и дорогостоящим. (Причина образования водных эмульсий смолы сложна и связана с несколькими факторами, включая свободный углерод в карбюраторном масле и замену битуминозного угля в качестве сырья вместо кокса.) Производство больших объемов эмульсий смолы и воды быстро заполняется. При ограничении имеющихся мощностей для хранения на МГП и руководство завода часто сбрасывало эмульсии в ямы, из которых они могли быть или не были впоследствии извлечены. Даже если эмульсии были утилизированы, экологический ущерб от размещения смол в необлицованных ямах остался. Сброс эмульсий (и других смолистых остатков, таких как смолистые осадки, днища резервуаров и некондиционные смолы) в почву и воды вокруг МГП является существенным фактором загрязнения, обнаруженного на бывших газовых заводах (известных как «ФМГП» в восстановление окружающей среды ) сегодня.

Загрязнения, обычно связанные с FMGP, включают:

• БТЕКС
  • Диффундирует из отложений каменноугольных/газовых смол.
  • Утечки карбюраторного/легкого масла
  • Утечки из капельниц, в которых собирались конденсированные углеводороды из газа.
• каменноугольной смолы Отходы/шламы
  • Обычно встречается в отстойниках газгольдеров и прудах-отстойниках.
  • Шлам каменноугольной смолы не имеет стоимости при перепродаже, поэтому его всегда выбрасывали.
• Летучие органические соединения
• Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)
  • Присутствует в каменноугольной смоле, газовой смоле и пеке в значительных концентрациях.
• Тяжелые металлы
  • Свинцовый припой для газопроводов, свинцовых труб, угольная зола.
• Цианид
  • Отходы очистителей содержат большое количество сложных ферроцианидов.
• сажа
  • Встречается только там, где сырая нефть использовалась в качестве сырья для газификации.
• Дегтярные эмульсии

Каменноугольная смола и каменноугольные шламы зачастую плотнее воды и присутствуют в окружающей среде в виде плотной неводной жидкой фазы .

В Великобритании ряд бывших газовых заводов был переоборудован под жилое и другое использование (включая « Купол Миллениум »), которые рассматриваются как лучшие земли под застройку в пределах городских границ. Такие возможности развития в настоящее время приводят к проблемам, связанным с планированием и режимом загрязненных земель, и в последнее время обсуждался в Палате общин.

Влияние современной газификации угля на окружающую среду

Процессы газификации угля требуют контроля и мер по предотвращению загрязнения для уменьшения выбросов загрязняющих веществ. Загрязняющие вещества или выбросы, вызывающие обеспокоенность в контексте газификации угля, включают, прежде всего:

• Зола и шлак

Нешлакующие газификаторы производят сухую золу, аналогичную той, которая образуется при обычном сжигании угля, что может представлять собой угрозу для окружающей среды, если зола (обычно содержащая тяжелые металлы) поддается выщелачиванию или едкая, и если золу необходимо хранить в золоотвалах. Шлакующие газификаторы, которые используются во многих основных приложениях газификации угля по всему миру, имеют значительное преимущество в том, что компоненты золы сплавляются в стекловидный шлак, улавливая следы тяжелых металлов в невыщелачиваемой стеклообразной матрице, делая материал нетоксичным. Этот неопасный шлак имеет множество полезных применений, например, заполнитель в бетоне, заполнитель в асфальте для дорожного строительства, песок при абразивоструйной очистке, кровельные гранулы и т. д.

• Углекислый газ (CO ₂ )

CO ₂ имеет первостепенное значение в глобальном изменении климата.

• Меркурий
• Мышьяк
• Твердые частицы (PM)

Зола образуется при газификации из неорганических примесей угля. Некоторые из этих примесей вступают в реакцию с образованием микроскопических твердых веществ, которые могут быть суспендированы в синтез-газе, полученном при газификации.

• Диоксид серы (SO ₂ )

Обычно уголь содержит от 0,2 до 5 процентов серы по сухому весу, которая _{превращается в H 2} в газификаторах S и COS из-за высоких температур и низкого уровня кислорода. Эти «кислые газы» удаляются из синтез-газа, производимого газификаторами, с помощью оборудования для удаления кислых газов перед сжиганием синтез-газа в газовой турбине для производства электроэнергии или перед его использованием в синтезе топлива.

• Оксиды азота (NO _x )

(NO _x ) относится к оксиду азота (NO) и диоксиду азота (NO ₂ ). Уголь обычно содержит от 0,5 до 3 процентов азота в пересчете на сухой вес, большая часть которого превращается в безвредный газообразный азот. Образуются небольшие количества аммиака и цианистого водорода, которые необходимо удалять в процессе охлаждения синтез-газа. В случае производства электроэнергии NO _x также может образовываться после сгорания синтез-газа в турбинах.

См. также

• Электростанция Эдвардспорт
• Процесс Фишера-Тропша
• Джорджтаунский завод по газификации угля
• История промышленного газа
• Кемпер Проект
• Сасоль
• Второй CTL

Ссылки

Эта статья включает общедоступные материалы с веб-сайтов или документов Министерства энергетики США .

Внешние ссылки

• Gasifpedia, комплексный онлайн-сборник ресурсов, способствующий лучшему пониманию технологии газификации (с упором на газификацию угля), разработанный и поддерживаемый Национальной лабораторией энергетических технологий (NETL) Министерства энергетики США. Архивировано 23 октября 2013 г. на Wayback Machine.
• Программа систем газификации Национальной лаборатории энергетических технологий (NETL) Министерства энергетики США. Архивировано 3 января 2018 г. в Wayback Machine.
• «Практический опыт, полученный в течение первых двадцати лет эксплуатации завода по газификации Грейт-Плейнс, и последствия для будущих проектов» (PDF-3,1MB), Управление ископаемой энергетики Министерства энергетики, май 2006 г.