А.М. Дубінін, доктор техн. наук, Г.Р. Кагарманов, А.В.Фінк, інженери ГОУ ВПО В«Уральський державний технічний університет -УПІ В», Єкатеринбург
ВНині водень застосовується в прохідних металургійних печах длястворення в них безокисного середовища. У майбутньому він використовуватиметься якекологічно чисте паливо, наприклад, у двигунах внутрішнього згоряння.Принципова схема виробництва водню з твердого палива наведена нарис. 1. Підготовлене тверде паливо (просушенное, размолотое і розсіяне)надходить через шлюзовий живильник 2 в газогенератор 1 з киплячим шаром ісамообогревом [1]. Під киплячий шар подається насичена пара в співвідношенні звуглецем палива 2: 1. У газогенераторі протікає ендотермічна реакція (1)c збільшенням обсягів продуктів реакції в 2 рази.
C + 2H2O = H2O + CO + H2
(1)
Тепловийефект цієї реакції qx1 = 3146 кДж/кг пара. У верхню зону киплячого шарувводиться повітря, необхідний для згоряння частини отриманого продукту ізабезпечення автотермічності процесу газифікації по реакції (2), що йде з зменшеннямобсягу продуктів в 1, 15 рази з екзотермічним тепловим ефектом qx2 = 14446кДж/кг вихідного водяної пари.
H2O + CO + H2 + (O2 + 3, 76N2) = CO2 + 2H2O + 3,76N2,
(2)
Залишиласячастина продукту з газогенератора 1 по центральній трубі направляється в реактор7, де на дисперсному железохромовом каталізаторі протікає екзотермічнареакція (3) водяного газу [2] без збільшення обсягу продуктів з екзотермічнимтепловим ефектом qx3 = 1140 кДж/кг пара.
H2O + CO + H2 = CO2 + 2H2
(3)
Даліз реактора 7 продукти надходять на поділ або в абсорбер 8, або вгазову центрифугу 10, де вуглекислий газ відокремлюється від водню. Схемапередбачає повну утилізацію теплоти відхідних газів. Водень компріміруютв компресорі 19 і закачують в балони 11 для подальшого використання.
Малюнок1 - Принципова технологічна схема виробництва водню з вугілля
1- Газогенератор з киплячим шаром і самообогревом; 2 - шлюзовий живильник; 3 - регуляторпідтримання рівності тисків у камерах газифікації та згоряння; 4 - виноснийекономайзер киплячого типу парового котла 5; 6 - повітропідігрівник; 7 - реакторз киплячим шаром каталізатора; 8 - абосорбер; 9 - десорбер; 10 - центрифуга; 11- Балони для водню; 12 - живильний насос; 13 - повітродувка; 14 - гідрозатвордля виведення золи; 15 - циклони для повернення виносу; 16 - холодильник; 17 - нагрівач(Холодильник); 18 - теплообмінник; 19 - компресор; 20 - труба; I - подачавугілля; II - висновок золи; III - живильна вода; IV - подача повітря
ВИСНОВКИ
Виробництвоводню по розглянутої технології відбувається в три стадії:
1-а- В газогенераторі з самообогревом на нікелевому дисперсному каталізаторі зотриманням Н2О, СО і Н2 при температурі 650 В° С;
2-я- У реакторі на железохромовом дисперсному каталізаторі з отриманням на виходіСО2 і Н2 при температурі 400 В° С;
третій- Поділ СО2 і Н2 в абсорбері або газової центрифузі або на адсорбенті примінливому тиску з подальшим компремірованіем і закачуванням Н2 в балони.
Оптимальніпараметри газогенератора з самообогревом: частка корисно відведеного продукту х -0, 65, температура киплячого шару - 650 В° С, діаметр частинок вугілля - 4 мм, робоча швидкість продуктів газифікації - 4, 6 м/с при робочих параметрах на повний перерізгазогенератора.
Вгазогенератор з самообогревом для забезпечення продуктивності реактора v - 0,1 м/с слід подати 0, 039 кг/с вугілля із вмістом вуглецю 70%, 0, 0825 кг/сводяної пари, 0, 242 кг/с повітря в зону горіння. Вихід водню з реактора(При rH2 = 66, 7%) - 0, 0667 м3/с. Діаметр газогенератора в зоні введення пара -0, 39 м, патрубка для відводу корисного продукту - 0, 254 м, в зоні виходу продуктів згоряння - 0, 628 м, висота киплячого шару - 1м. Діаметр реактора приробочої швидкості продуктів конверсії 0, 268 м/с і діаметрі частокжелезнохромового каталізатора 0, 5 мм дорівнює 1 м. Площа поверхні пучка для відводу надлишкової потужності і підтримки температури в киплячому шарі 400 В° С дорівнює 0,5 м2, висота абсорбера - 4 м, діаметр - 0, 16 м, витрата абсорбенту (води) - 0, 354 л/с, концентрація водню на виході з абсорбера - 94%.
Приподілі Н2 і СО2 в газових центрифугах при продуктивності кожної звихідної суміші 1, 34 м3/ч буде потрібно 269 центрифуг. Концентрація Н2 на виходіз одного ступеня - 88, 5%. Споживана потужність однієї газової центрифуги придіаметрі 0, 2 м, висотою 1 м і частоті обертання 1115с-1 дорівнює 0, 16 кВт.
Список літератури
А.М.Дубінін, А.П. Баскаков, А.Г. Олексієві/А.с. 1328296 АЛ. Газогененратор длягазифікації в киплячому шарі. - Відкриття. Винаходи, 1987, № 29.
Хімічніречовини з вугілля: Пер. з нім./Под ред. І.В. Калечіца. - М.: Хімія, 1980.
Дляпідготовки даної роботи були використані матеріали з сайту masters.donntu.edu.ua/
