Природного сырья

Синтез-газ, содержащий СО и Н₂, широко используют в различных химических процессах при производстве аммиака, метанола, в оксосинтезах и др., а также применяют как восстановитель при получении металлов и других соединений из оксидного, сульфидного и другого вида сырья.

Сейчас существенное внимание уделяется плазмохимическим способам получения конвертированного газа. Углеродсодержащим сырьём служат газообразные и жидкие углеводороды, уголь, горючий сланец, биомасса и различные промышленные отходы. В качестве кислородсодержащего газа используют воздух, кислород, воздушно-кислородные смеси, водяной пар, диоксид углерода.

Плазменный способ получения синтез-газа в отличие от традиционных способов позволяет обеспечить низкое содержание в нём СО₂, Н₂О и О₂ или их полное отсутствие. При каталитических способах получения СО и Н₂ обычно вводят значительный избыток водяного пара с целью предотвращения науглероживания катализатора, что также существенно снижает качество получаемого синтез-газа, так как его необходимо охлаждать, очищать от окислителей, а затем снова нагревать.

Состав синтез-газа, получаемого плазмохимическим способом, определяется в основном соотношением и видом реагентов, энтальпией потока и временем пребывания в зоне высоких температур. При стехиометрическом соотношении реагентов и хорошем их смешении в продуктах конверсии содержатся в основном лишь СО и Н₂, а при избытке углеродсодержащего сырья присутствуют также углеводороды и конденсированный углерод.

Проведен процесс паровоздушной конверсии дизельного топлива (условная формула С_21,1Н_39,5). Топливо распыливали пневматической форсункой в плазменный поток воздуха (Т = 2400-3500 К), подаваемый в реактор из электродугового плазмотрона. На начальном участке реактора в продуктах реакции содержалось значительное количество СО₂, Н₂О и С₂Н₂. Это свидетельство того, что сначала у поверхности капель топлива происходит процесс горения, а внутри них – пиролиза; затем происходит взаимодействие продуктов пиролиза и горения с образованием СО и Н₂. Было показано, что при энтальпии плазменной струи 3200-4800 кДж/кг содержание влаги в продуктах составляет 70-45 г/м³, а сажи - 7-4,5 г/м³.

Возможность достижения высоких температур конверсии при плазмохимическом способе позволяет использовать в качестве сырья не только углеводороды, но и различные жидкие, твёрдые и пастообразные промышленные и бытовые отходы, а также уголь, горючий сланец и другие углеродсодержащие соединения. Селективность сырья в целевые продукты при этом близка к 100%.

Процесс плазмохимической газификации твёрдых горючих ископаемых не требует столь подробного освещения по сравнению с плазмопиролизом, так как полностью определяется термодинамикой. Основная задача сводится к организации процесса таким образом, чтобы были реализованы условия, определенные из анализа термодинамического равновесия угольных систем. Как было показано выше, наиболее выгодным плазмообразующим агентом в процессе газификации твёрдого топлива является паровая или паровоздушная плазма. Поэтому к перечисленным ранее преимуществам плазменных процессов необходимо отнести и отсутствие необходимости в дорогостоящих установках по получению кислорода, что к тому же делает установки-газификаторы более компактными. Так как процесс газификации твёрдого топлива не требует стадии закалки (синтез-газ устойчив на всём температурном интервале процесса), то структура твёрдого остатка существенно отличается от структуры твёрдого остатка процесса пиролиза. Если конечный твёрдый продукт плазмопиролиза представляет собой ультрадисперсный технический углерод с содержанием такой же ультрадисперсной золы, на 60% состоящей из диоксида кремния, то в силу высокой степени конверсии органической части топлива (практически до 100%) твёрдый остаток плазмогазификации твёрдого топлива представляет собой расплавленный шлак, в котором сконцентрирована вся минеральная часть исходного сырья. Практическое использование такого остатка зависит от состава минеральной части исходного топлива. Это может быть и получение ценного сырья для легких бетонов и кирпича, и образование карбида кремния, и получение редких и рассеянных элементов.

Бурый уголь Подмосковного бассейна и горючий сланец Джамского проявления (Узбекистан) были подвергнуты плазменной газификации на укрупненной установке мощностью 100 кВт. Основные показатели процесса плазменной газификации представлены в табл. 4.8.

Таблица 4.8.