Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Продукты термообработки | Количество образовавшихся продуктов, кг | Содержание урана в продуктах | Выход урана, % | |
кг | % | |||
Исходный сланец | 800,0 | 0,20 | 0,025 | 100,0 |
Шлак | 514,0 | 0,18 | 0,035 | 90,0 |
Пыль в циклоне | 0,6 | 0,00 | 0,000 | - |
Потери | - | 0,02 | - | 10,0 |
Всего | - | - | - | 100,0 |
Таблица 4.14.
Сравнительная оценка различных способов получения водорода по сырьевым и энергетическим расходным показателям*)
Наименование процесса | Исходное сырьё | Исходное топливо | Расход электроэнергии в % от суммарного расхода энергетических средств | Суммарный расход энергетических средств**) | Энергетический КПД процесса |
Электролиз воды (нормвльное давление) | Вода | Электроэнергия | 100,0 | 23,0 | 17,0 |
Электролиз воды (давление 10 атм) | Вода | Электроэнергия | 100,0 | 18,0 | 23,0 |
Парокислородная газификация бурого угля в кипящем слое | Бурый уголь, пар (Н2О), кислород | Бурый уголь | 12,0 | 15,0 | 27,0 |
Парокислородная газификация мазута (нормальное давление) | Мазут, пар, кислород | Мазут | 15,0 | 13,0 | 31,0 |
Парокислородная газификация мазута (давление 20 атм) | Мазут, пар, кислород | Мазут | 12,0 | 12,0 | 35,0 |
Металлопаровая конверсия природного газа в движущемся слое контакта (нормальное давление) | Природный газ | Природный газ | 13,0 | 11,0 | 37,0 |
Парокислородная газификация кокса (нормальное давление) | Кокс, пар, кислород | Кокс | 16,0 | 11,0 | 38,0 |
Парокислородная конверсия природного газа в кипящем слое катализатора | Природный газ, пар, кислород | Природный газ | 11,0 | 10,0 | 42,0 |
Паровая конверсия природного газа в трубчатых печах (нормальное давление) | Природный газ, пар | Природный газ | 10,0 | 9,0 | 44,0 |
Термическое разложение метана в аппаратах периодического действия (нормальное давление) | Природный газ | Природный газ | 15,0 | 7,0 | 56,0 |
Циклический процесс разложения воды с циркулирующими ртутью и НВr (процесс Марк-1), использование тепла атомного реактора | Вода | Уран | 5,0 | 7,0 | 58,0 |
Парокислородная конверсия природного газа в кипящем слое катализатора с циркулирующим теплоносителем | Природный газ, кислород | Природный газ | 10,0 | 7,0 | 61,0 |
Паровая конверсия природного газа в трубчатых печах (давление 20 атм) | Природный газ | Природный газ | 9,0 | 7,0 | 62,0 |
Плазменная пароводяная газификация бурого угля | Водяной пар и уголь | Уголь и электроэнергия | 51,0 | 8,0 | 64,0 |
Плазменная парокислородная газификация бурого угля | Водяной пар, кислород, уголь | Уголь и электроэнергия | 32,0 | 7,0 | 73,0 |
*Расходы сырья и основных энергетических средств (т.у.т) в расчёте на 1 т Н2 (чистота 98%, давление 60 атм).
**Топливо плюс топливный эквивалент сырья, соответствующий современным энергетическим нормам.
Газификация углеродсодержащего сырья в плазме может также рассматриваться как один из способов получения водорода. Еще в конце 70-х гг. XX в. был выполнен сопоставительный расчёт 15 способов получения водорода, который показал преимущество плазменного способа по сырьевым и энергетическим расходным показателям. Данные этих расчётов представлены в табл. 4.14.
Наглядным примером плазменной газификации углеродсодержащих соединений является промышленная установка гибкого типа для переработки углеродсодержащих отходов в синтез-газ с использованием плазмы. Схема этой установки представлена на рис. 4.9. Установка предназначена для производства водорода способом плазмохимической переработки органических отходов широкого углеводородного диапазона производительностью до 700 т/год по сырью.
Рис. 4.9. Схема получения синтез-газа из углеводородного
сырья плазменным способом:
1 – источник; 2 – пароперегреватель; 2' – запасной пароперегреватель; 3 – плазмотрон; 3'– запасной плазмотрон; 4 – камера смешения; 5 – форкамера; 6 – реактор; 7 – труба Вентури; 8 – сепаратор
Принцип действия плазменного модуля заключается в следующем. Генерируемый в пароводяном плазмотроне 3, мощностью 500 кВт каждый, высокотемпературный поток частично ионизированного водяного пара со среднемассовой температурой 3200 К и расходом 108 кг/ч поступает в камеру смешения 4, в которую также поступает поток газообразных углеводородных отходов с расходом 60,3 кг/ч через систему отверстий тангенциально к плазменному потоку. После предварительного перемешивания в камере смешения 4, перемешивание реагентов продолжается в форкамере 5 с одновременным протеканием эндотермической реакции конверсии. Завершается процесс конверсии в имеющем футеровку плазмохимическом реакторе 6 с температурой стенок порядка 1700 К.
Реакционный поток из плазмохимического реактора 6 поступает в водоохлаждаемый канал форкамеры и трубу Вентури 7, где происходит его интенсивное охлаждение за счет испарения и нагрева воды, подаваемой через форсунку. Для предотвращения капельного уноса из трубы Вентури в плазменном модуле установлен охладитель-сепаратор 8 и система вентилей, позволяющих в период разогрева футеровки реактора и при отклонениях от рекомендованных параметров процесса направлять газы на свечу.
Регулирование температуры газов на выходе из плазменного модуля в пределах 400-450оС осуществляется за счет изменения расхода воды в форсунку трубы Вентури 7. Реакторная часть плазменного модуля заканчивается запорной арматурой.
Основной аппарат плазменного модуля – плазмохимический реактор имеет высоту около 2 м, диаметр около 1,3 м. Габариты плазмотрона: длина 0,8-1,0 м, диаметр 0,6-0,7 м и КПД 0,75-0,8. Энергозатраты на производство синтез-газа с учетом всех теплопотерь составляют 4,03 кВт.ч/кг или 1,875 кВт.ч/м3. Степень конверсии углеводородных отходов – более 99%.
Газодисперсный поток реакционной смеси, поступающий на постплазменную стадию (конверсия, очистка и разделение) характеризуется следующими параметрами:
- расход потока 293 кг/ч (424 м3/ч);
- температура потока 700 К (427оС);
- давление 0,1 МПа;
- содержание высокодисперсной сажи 8 г/м3
- состав газовой фазы потока Н2 37,8±2; СО 18,1±1;
реакционной смеси (мол.%): СН4 0,4±0,2; С2Н2 0,3±0,2
Н2О 42,4±4; Сконд. 1,0±0,5.
Требуемое соотношение Н2:СО может регулироваться изменением рабочих параметров плазмотрона, а также изменением соотношения плазмообразующего газа (водяного пара) и исходного сырья (углеводородных отходов).
Постплазменная стадия состоит из конверсии СО, улавливания технического углерода (сажи) и очистки водорода от примесей. Конверсию СО в СО2, сопровождающуюся получением дополнительного количества водорода, а также улавливание сажи проводится традиционными способами. Очистка водорода производится металлогидридным способом извлечения водорода из водородсодержащего потока. Этот способ обеспечивает получение водорода сверхвысокой чистоты. Он основан на способности некоторых металлов и сплавов образовывать при адсорбции водорода гидриды, которые легко разлагаются при определённых условиях, выделяя водород. Металлогидридный способ извлечения и очистки водорода отличается сравнительной простотой, безопасностью и незначительными энергозатратами.
Плазменная установка гибкого типа не только позволяет обезвреживать органические отходы широкого диапазона, но и производит водород необходимой чистоты для нужд региональной промышленности.
В ряде стран (Швеция, США, ЮАР и др.) ещё в начале 80-х гг. прошлого века уже были реализованы проекты по производству конвертированного газа плазменным способом. Так в ЮАР построен завод по получению губчатого железа (250-300 тыс. т/год), на котором использован плазменный реактор мощностью 40 МВт для производства синтез-газа из отходящих доменных газов и газов, получаемых при переработке угля. Применение плазменной технологии при выплавке стали сокращает потребление кокса в расчёте на 1 т железа с 500 до 50 кг в результате замены значительной части кокса дешёвым углём.
На обычных установках восстановительной металлургии синтез-газ получают паровой конверсией природного газа; применение плазмы снижает его расход на 50%, устраняет необходимость в сероочистке и сокращает пускоостановочные операции.
Разработан плазменный генератор, пригодный для конверсии различного сырья (угля, мазута, полукокса, биомассы) в синтез-газ требуемого состава (от 43 до 62% СО и от 55 до 35% Н2 при содержании СО2 не более 3%). Уголь газифицируется в плазменном реакторе при температуре 1400оС, синтез-газ проходит через колонну, заполненную горячим коксом для регулирования содержания в газе СО2 и воды. Потребление энергии плазменным генератором при получении газа с высоким содержанием СО не превышает 7-10% от общего энергопотребления в процессе. Можно получить также синтез-газ с повышенной концентрацией водорода (до 30-40%), но процесс будет экономичен только при весьма дешёвой электроэнергии.
При плазменной газификации угля в отсутствие кислорода среди конечных продуктов не образуются такие вредные для окружающей среды выбросы, как оксиды азота и серы, полициклические и ароматические углеводороды, диоксин. Твёрдый остаток газификации выводится из реактора в виде расплавленного шлака. Шлак гранулируется при быстром охлаждении водой с получением стекловидного продукта, содержащего в связанном виде соли тяжёлых металлов: никеля, ванадия, хрома, кобальта, железа. Эти соли не выщелачиваются водой, поэтому шлаковые выбросы не вызывают загрязнения грунтовых вод.
Разработан процесс получения топливного газа из угля, торфа и различных органических отходов (в том числе из автопокрышек). Стоимость такого топлива сопоставима со стоимостью импортируемой в США нефти.
Дата публикования: 2014-11-02; Прочитано: 741 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!