Көмірден синтез-газ өндірісі: химиялық өнімдер, энергия алу, сутегі жасау процесі. Қазіргі кезде электр энергиясын және химиялық шикізаттарды өндіруде маңызды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Көмірден синтетикалық газ өндіру
Production of syngas from coal
Өнеркәсіптік химияда көмірді газдандыру – көмірден және судан, ауадан және/немесе оттегінен негізінен көміртек оксиді (CO), сутегі (H2), көмірқышқыл газы (CO2), метан (CH4) және су буы (H2O) құралған синтетикалық газ қоспасын өндіру процесі. Тарихи тұрғыдан көмірді газдандыру арқылы көмір газы өндірілді, оны "қалалық газ" деп те атайды. Көмір газы жанғыш және мұнай ұңғымаларынан табиғи газды ірі көлемде өндіруге дейін жылу және қалалық жарықтандыру үшін қолданылды. Қазіргі кезде көмірді газдандырудың ірі объектілері негізінен электр энергиясын өндіруге (конвенциялық жылу электр станцияларында және балқытылған карбонатты отын элементтері станцияларында) немесе химиялық шикізат өндіруге арналған. Көмірді газдандырудан алынған сутегі аммиак өндіру, сутегі экономикасын дамыту немесе қалдық отынның сапасын жақсарту сияқты мақсаттарда пайдаланылуы мүмкін. Сондай-ақ, көмірден алынған синтетикалық газ қосымша өңдеуден өткізіліп, бензин және дизель сияқты көлік отындарына немесе метанолға айналдырылуы мүмкін, ал метанол өзі көлік отыны немесе отын қоспасы ретінде немесе бензинге айналдырылуы мүмкін. Көмірді газдандырудан алынған табиғи газды көлік секторында отын ретінде пайдалану үшін сұйытылғанға дейін салқындатуға болады.
In industrial chemistry, coal gasification is the process of producing syngas—a mixture consisting primarily of carbon monoxide (CO), hydrogen (|H2), carbon dioxide (|CO2), methane (|CH4), and water vapour (|H2O)—from coal and water, air and/or oxygen. Historically, coal was gasified to produce coal gas, also known as "town gas". Coal gas is combustible and was used for heating and municipal lighting, before the advent of large scale extraction of natural gas from oil wells. In current practice, large scale coal gasification installations are primarily for electricity generation (both in conventional thermal power stations and molten carbonate fuel cell power stations), or for production of chemical feedstocks. The hydrogen obtained from coal gasification can be used for various purposes such as making ammonia, powering a hydrogen economy, or upgrading fossil fuels. Alternatively, coal derived syngas can be converted into transportation fuels such as gasoline and diesel through additional treatment, or into methanol which itself can be used as transportation fuel or fuel additive, or which can be converted into gasoline. Natural gas from coal gasification can be cooled until it liquifies for use as a fuel in the transport sector.
Тарих
Бұрын көмірді газға айналдырып, оны құбырлар арқылы тұтынушыларға жеткізіп, жарықтандыру, жылыту және тамақ дайындау үшін пайдаланған. Мұнай мен табиғи газдың қымбаттауы газдандыру, метандану және сұйыту сияқты "BTU конверсиясы" технологияларына деген қызығушылықты күшейтті. Синтетикалық отын корпорациясы – 1980 жылы импортталатын қазылған отынға (мысалы, көмірді газдандыру) балама нарығын жасау мақсатымен АҚШ үкіметінің қаржыландыруымен құрылған корпорация. Корпорация 1985 жылы таратылды.
In the past, coal was converted to make coal gas, which was piped to customers to burn for illumination, heating, and cooking. High prices of oil and natural gas led to increased interest in "BTU Conversion" technologies such as gasification, methanation and liquefaction. The Synthetic Fuels Corporation was a U. S. government funded corporation established in 1980 to create a market for alternatives to imported fossil fuels (such as coal gasification). The corporation was discontinued in 1985.
Газдандыру арқылы көмір газын өндірудің алғашқы тарихы
1850 жылдары кез келген шағын және орта қалаларда көшелерді жарықтандыру үшін газ өндіретін зауыттар болды. Тұтынушылар өз үйлеріне газ құбырларын тартуға мүмкіндік алды. Осы кезеңде газ жарығы қалыпты жағдайға келді. Газ жарығы орта тапқа тарады, содан кейін газ плиталары мен пештері пайда болды. 1860 жылдар көмір газын дамытудың алтын ғасыры болды. Кекуле және Перкин сияқты ғалымдар газдың қалай жасалатынын және оның құрамын анықтау үшін органикалық химияның құпиясын ашты. Осының нәтижесінде газ өндіруді жақсартатын зауыттар, сондай-ақ Перкиннің қызғылт түсті бояулары, мысалы, Маувейн пайда болды. 1850 жылдары кокс газды және су газын өндіру процестері әзірленді. Байтылмаған су газы көк су газы (BWG) деп аталады. 1850 жылдары Людвиг Монд жасаған Монд газы – көмірден жасалған газ. Оның құрамында аммиак пен көмір шайыры болды және осы құнды заттарды алу үшін өңделді. Көк су газы (BWG) шаммен жанбайтын жалынмен жанады, сондықтан ол жарық беруге жарамсыз. 1860 жылдары әзірленген карбюраторлы су газы (CWG) – ыстық ретортаға май шашырату арқылы алынған газдармен байытылған BWG. Оның жылу сыйымдылығы жоғары және ол шаммен жанады. Карбюраторлы су газы процесін 1875 жылы Таддеус С. С. Лоу жетілдірді. Газ майы CWG генераторының карбюраторы мен супернагревателінде термокрекинг арқылы BWG-ге қосылды. CWG 1880 жылдан 1950 жылға дейін АҚШ-та басым технология болды, көмірді газдандыруды ығыстырды. CWG-нің жылу сыйымдылығы 20 МДж/м3 құрайды, яғни табиғи газға қарағанда жартысынан астам.
In the 1850s every small to medium sized town and city had a gas plant to provide for street lighting. Subscribing customers could also have piped lines to their houses. By this era, gas lighting became accepted. Gaslight trickled down to the middle class and later came gas cookers and stoves. The 1860s were the golden age of coal gas development. Scientists like Kekulé and Perkin cracked the secrets of organic chemistry to reveal how gas is made and its composition. From this came better gas plants and Perkin's purple dyes, such as Mauveine. In the 1850s, processes for making Producer gas and Water gas from coke were developed. Unenriched water gas may be described as Blue water gas (BWG). Mond gas, developed in the 1850s by Ludwig Mond, was producer gas made from coal instead of coke. It contained ammonia and coal tar and was processed to recover these valuable compounds. Blue water gas (BWG) burns with a non luminous flame which makes it unsuitable for lighting purposes. Carburetted Water Gas (CWG), developed in the 1860s, is BWG enriched with gases obtained by spraying oil into a hot retort. It has a higher calorific value and burns with a luminous flame. The carburetted water gas process was improved by Thaddeus S. C. Lowe in 1875. The gas oil was fixed into the BWG via thermocracking in the carburettor and superheater of the CWG generating set. CWG was the dominant technology in the US from the 1880s until the 1950s, replacing coal gasification. CWG has a CV of 20 MJ/m3 i. e. slightly more than half that of natural gas.
Ұлыбританиядағы көмір-газ өндірісінің дамуы
Зауыттарда, үйлерде және көшелерде қыздырғыш газбен жарықтандырудың пайда болуы, май шамдары мен шамдарды тұрақты, жарқын жарыққа ауыстыру – түсі күн сәулесіне ұқсас – көптеген адамдар үшін түнді күнге айналдырды. Бұл, жарық өте маңызды өнеркәсіп салаларында, мысалы, иірілген жіп дайындау, тоқу және киім тігу сияқты салаларда, түнде жұмыс істеуге мүмкіндік берді. Қараңғыда жарықпен өскен буын үшін осы өзгерістің әлеуметтік маңызын толыққанды түсіну қиын. Өнеркәсіптік өндіріс үдеп қана қоймай, көшелер қауіпсіз болды, әлеуметтік байланыстар оңайлатылды, оқу мен жазу кеңінен тарады. Дерлік барлық қалаларда газ станциялары салынды, басты көшелер жарқын жарықпен жарықтандырылды және газ құбырлары қала тұрғындарының көпшілігіне жеткізілді. 1880-ші жылдардың соңында газ есептегіші мен алдын ала төлем есептегішінің ойдағыдай жұмыс істеуі, газды жеке және коммерциялық клиенттерге сатуда маңызды рөл атқарды. Көптеген жұмысшыларды оқыту және даярлау, өндіріс және коммерциялық тәжірибені стандарттау, сондай-ақ газ жеткізуші компаниялар арасындағы бәсекелестікті барынша азайту мақсатымен газ менеджерлерінің қауымдастықтары құрылды – алғашқысы 1861 жылы Шотландияда құрылды. 1863 жылы Манчестерде Британдық газ менеджерлері қауымдастығы құрылды, ол кейін, қиын-қыстау тарихтан өткен соң, Газ инженерлері институтының (IGE) негізіне айналды. 1903 жылы қайта құрылған Инженерлік-құрылыс институты (ICE) Лондон институтының Сити және Гильдиясында газ өндіру студенттері үшін курстар ашты. IGE 1929 жылы Корольдік жарғыны алды. Университеттер өнеркәсіптің қажеттіліктеріне жауап беруде кешікті, және көмір газ және отын өнеркәсібі бойынша алғашқы профессорлық қызмет 1908 жылға дейін Лидс университетінде құрылмады. 1926 жылы Газдық жарық және кокс компаниясы Тоғыз Елмс газ зауытының жанында Уотсон үйін ашты. Бастапқыда бұл ғылыми зертхана болды. Кейіннен оған оқушыларды даярлау орталығы қосылды, бірақ өнеркәсіпке оның ең маңызды үлесі – газ құрылғыларын сынау мүмкіндігін ұсынатын жабдықтар, олар барлық өнеркәсіпке, соның ішінде газ құрылғыларын өндірушілерге де қолжетімді болды.
The advent of incandescent gas lighting in factories, homes and in the streets, replacing oil lamps and candles with steady clear light, almost matching daylight in its colour, turned night into day for many—making night shift work possible in industries where light was all important—in spinning, weaving and making up garments etc. The social significance of this change is difficult for generations brought up with lighting after dark available at the touch of a switch to appreciate. Not only was industrial production accelerated, but streets were made safe, social intercourse facilitated and reading and writing made more widespread. Gas plants were built in almost every town, main streets were brightly illuminated and gas was piped in the streets to the majority of urban households. The invention of the gas meter and the pre payment meter in the late 1880s played an important role in selling town gas to domestic and commercial customers. The education and training of the large workforce, the attempts to standardise manufacturing and commercial practices and the moderating of commercial rivalry between supply companies prompted the founding of associations of gas managers, first in Scotland in 1861. A British Association of Gas Managers was formed in 1863 in Manchester and this, after a turbulent history, became the foundation of the Institute of Gas Engineers (IGE). In 1903, the reconstructed Institution of Civil Engineers (ICE) initiated courses for students of gas manufacture in the City and Guilds of London Institute. The IGE was granted the Royal Charter in 1929. Universities were slow to respond to the needs of the industry and it was not until 1908 that the first Professorship of Coal Gas and Fuel Industries was founded at the University of Leeds. In 1926, the Gas Light and Coke Company opened Watson House adjacent to Nine Elms Gas plants. At first, this was a scientific laboratory. Later it included a centre for training apprentices but its major contribution to the industry was its gas appliance testing facilities, which were made available to the whole industry, including gas appliance manufacturers.
Коммерциялық мақсатта пайдалану
Газдандыру және синтез-газ технологиялары жөніндегі кеңес, сауда қауымдастығының мәліметтері бойынша, әлемде 686 газдандырғышы бар 272 газдандыру зауыты жұмыс істейді, ал құрылысы жүріп жатқан 238 газдандырғышы бар 74 зауыт бар. Олардың көпшілігі шикізат ретінде көмірді пайдаланады. 2017 жылы көмір газдандыру өнеркәсібінің ірі масштабты кеңейуі тек Қытайда ғана байқалды, онда жергілікті билік пен энергетикалық компаниялар жұмыс орындарын құру және көмірге сұраныс жасау мақсатымен осы саланың дамуын қолдайды. Көбінесе бұл зауыттар көмірге бай, шалғай орналасқан аймақтарда орналасқан. Орталық үкімет бұл зауыттардың экологиялық мақсаттарға қарама-қарсы келетінін мойындайды: олар көп мөлшерде көмірқышқыл газын шығарудан басқа, су тапшылығы бар аймақтарда көп суды қолданады.
According to the Gasification and Syngas Technologies Council, a trade association, there are globally 272 operating gasification plants with 686 gasifiers and 74 plants with 238 gasifiers under construction. Most of them use coal as feedstock. As of 2017 large scale expansion of the coal gasification industry was occurring only in China where local governments and energy companies promote the industry to provide jobs and a market for coal. For the most part, the plants are located in remote, coal rich areas. The central government is aware of the conflicts with environmental goals: in addition to producing a great deal of carbon dioxide, the plants use a great deal of water in areas where water is scarce.