Производство синтез-газа из угля.

Введение

Производство синтез-газа из угля

В промышленной химии газификация угля – это процесс получения синтез-газа – смеси, состоящей главным образом из монооксида углерода (CO), водорода (H2), диоксида углерода (CO2), метана (CH4) и водяного пара (H2O) из угля и воды, воздуха и/или кислорода. Исторически уголь газифицировали для производства угольного газа, также известного как "городской газ". Угольный газ является горючим и использовался для отопления и городского освещения до начала крупномасштабной добычи природного газа из нефтяных скважин. В настоящее время крупные установки газификации угля используются главным образом для производства электроэнергии (как на обычных тепловых электростанциях, так и на электростанциях, работающих на расплавленных карбонатных топливных элементах) или для производства химического сырья. Водород, полученный при газификации угля, может использоваться для различных целей, таких как производство аммиака, развитие водородной энергетики или повышение качества ископаемого топлива. Альтернативно, синтез-газ, полученный из угля, может быть преобразован в транспортное топливо, такое как бензин и дизельное топливо, посредством дополнительной обработки, или в метанол, который сам по себе может использоваться в качестве транспортного топлива или топливной добавки, либо может быть преобразован в бензин. Синтез-газ, полученный из угля, может быть охлажден до сжижения для использования в качестве топлива в транспортном секторе.

История

В прошлом уголь перерабатывали для получения угольного газа, который по трубопроводам подавался потребителям для освещения, отопления и приготовления пищи. Высокие цены на нефть и природный газ вызвали повышенный интерес к технологиям "BTU-конверсии", таким как газификация, метанизация и сжижение. Корпорация синтетического топлива была корпорацией, финансируемой правительством США, основанной в 1980 году для создания рынка альтернатив импортируемому ископаемому топливу (например, газификации угля). Корпорация была ликвидирована в 1985 году.

Ранняя история добычи угольного газа путем газификации

В 1850-х годах каждый небольшой и средний город имел газовый завод для обеспечения уличного освещения. Подключившиеся клиенты также могли получить газопроводы в свои дома. К этому времени газовое освещение стало общепринятым. Газовое освещение стало доступно среднему классу, а затем появились газовые плиты и печи. 1860-е годы стали золотым веком развития угольного газа. Ученые, такие как Кекуле и Перкин, раскрыли секреты органической химии, чтобы понять, как образуется газ и каков его состав. Это привело к созданию более совершенных газовых установок и фиолетовых красителей Перкина, таких как Маувеин. В 1850-х годах были разработаны процессы получения генераторного газа и водного газа из кокса. Необогащенный водяной газ можно описать как голубой водяной газ (BWG). Газ Монда, разработанный в 1850-х годах Людвигом Мондом, представлял собой генераторный газ, производимый из угля вместо кокса. Он содержал аммиак и каменноугольную смолу, которые перерабатывались для извлечения этих ценных соединений. Голубой водяной газ (BWG) горит неярко, что делает его непригодным для освещения. Карбуретированный 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 ярким пламенем. Процесс получения карбуретированного водяного газа был усовершенствован Таддеусом С. С. Лоу в 1875 году. Газовое масло фиксировалось в BWG посредством термокрекинга в карбюраторе и перегревателе установки CWG. CWG была доминирующей технологией в США с 1880-х по 1950-е годы, заменив угольную газификацию. Теплотворная способность CWG составляет 20 МДж/м3, то есть чуть больше половины теплотворной способности природного газа.

Развитие угольной газовой промышленности в Великобритании

Появление ламп накаливания на основе газа на заводах, в домах и на улицах, заменивших масляные лампы и свечи устойчивым, ярким светом, почти совпадающим по цвету с дневным, превратило ночь в день для многих, сделав возможной работу в ночные смены в отраслях, где свет был критически важен – в прядении, ткачестве, пошиве одежды и т.д. Социальную значимость этого изменения поколениям, выросшим с освещением, доступным одним нажатием выключателя, трудно в полной мере оценить. Не только ускорилось промышленное производство, но и улицы стали безопаснее, общение – проще, а чтение и письмо – более распространенными. Газовые заводы были построены почти в каждом городе, главные улицы ярко освещались, а газ по трубам подавался в большинство городских домов. Изобретение газового счетчика и системы предоплаты в конце 1880-х годов сыграло важную роль в продаже городского газа бытовым и коммерческим потребителям. Обучение и подготовка большого числа рабочих, попытки стандартизировать производственные и коммерческие практики, а также смягчение конкуренции между поставщиками привели к созданию ассоциаций газовых инженеров, впервые в Шотландии в 1861 году. Британская ассоциация газовых инженеров была основана в 1863 году в Манчестере, и после непростой истории стала основой для Института инженеров по газовым вопросам (IGE). В 1903 году реорганизованный Институт гражданских инженеров (ICE) начал проводить курсы для студентов, изучающих производство газа, в Институте города и гильдий Лондона. В 1929 году IGE получил Королевскую хартию. Университеты медленно реагировали на потребности отрасли, и только в 1908 году в Лидском университете была учреждена первая кафедра угольного газа и топливной промышленности. В 1926 году компания Gas Light and Coke Company открыла Watson House рядом с газовыми заводами Nine Elms. Изначально это была научная лаборатория. Позже там был создан учебный центр для подготовки учеников, но главным вкладом в отрасль стали испытательные мощности для газовых приборов, которые были доступны для всей отрасли, включая производителей газового оборудования.

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.

Коммерциализация

Согласно данным торговой ассоциации Gasification and Syngas Technologies Council, в мире насчитывается 272 работающих завода по газификации с 686 газогенераторами и 74 завода с 238 газогенераторами, находящихся в стадии строительства. Большинство из них используют уголь в качестве сырья. По состоянию на 2017 год значительное расширение угольной газификационной отрасли происходило только в Китае, где местные органы власти и энергетические компании поддерживают развитие отрасли для создания рабочих мест и обеспечения спроса на уголь. В основном эти заводы расположены в удаленных, богатых углем регионах. Центральное правительство осознает противоречия с экологическими целями: помимо значительных выбросов углекислого газа, заводы потребляют большое количество воды в районах с ее дефицитом.