Газификация угля - Coal gasification

Газификация угля - это процесс производства синтез-газа - смеси, состоящей в основном из оксида углерода (CO), водорода (H 2 ), диоксида углерода (CO 2 ), природного газа ( CH 4 ) и водяного пара (H 2 O) - из уголь и вода , воздух и / или кислород.

Исторически уголь газифицировался для производства угольного газа , также известного как «городской газ». Угольный газ является горючим и использовался для отопления и городского освещения до появления крупномасштабной добычи природного газа из нефтяных скважин.

В настоящее время крупномасштабные установки газификации угля предназначены в первую очередь для выработки электроэнергии или для производства химического сырья. Водород, полученный при газификации угля, можно использовать для различных целей, таких как производство аммиака , экономия водорода или улучшение качества ископаемого топлива.

В качестве альтернативы синтез-газ, полученный из угля, может быть преобразован в транспортное топливо, такое как бензин и дизельное топливо, путем дополнительной обработки или в метанол, который сам может использоваться в качестве транспортного топлива или топливной добавки, или который может быть преобразован в бензин .

Природный газ от газификации угля может быть охлажден до сжижения для использования в качестве топлива в транспортном секторе.

История

В прошлом из угля производили угольный газ, который по трубам подавали клиентам для освещения, отопления и приготовления пищи. Высокие цены на нефть и природный газ привели к повышенному интересу к технологиям "BTU Conversion", таким как газификация , метанирование и сжижение. В Synthetic Fuels Corporation была финансируемое правительством США корпорация , созданная в 1980 году , чтобы создать рынок для альтернативных импортируемых ископаемых видов топлива (например, газификации угля). Корпорация была прекращена в 1985 году.

Ранняя история добычи угольного газа путем карбонизации

Газовое освещение в историческом центре Вроцлава , Польша

Фламандский ученый Ян Баптиста ван Гельмонт использовал название «газ» в своей книге «Происхождение медицины» ( около  1609 г. ), чтобы описать свое открытие «дикого духа», вырвавшегося из раскаленных дров и угля и «мало отличавшегося от хаоса жизни. древние ". Подобные эксперименты были проведены в 1681 году Иоганном Беккером из Мюнхена и в 1684 году Джоном Клейтоном из Уигана , Англия. Последний назвал его «Дух угля». Уильям Мердок (позже известный как Мердок) открыл новые способы производства, очистки и хранения газа. Среди прочего, он освещен своего дома в Redruth и его коттедж в Сохо, Бирмингеме в 1792 году, вход в Манчестере комиссары полиции помещений в 1797 году, внешний видом завода Бултона и Ватт в Бирмингеме , и большой хлопчатобумажной фабрики в Salford , Ланкашир в 1805 году.

Профессор Ян Питер Минкелерерс зажег свою лекционную комнату в Лувенском университете в 1783 году, а лорд Дандональд зажег свой дом в Калроссе , Шотландия, в 1787 году. Газ в закрытых емкостях доставлялся с местного завода по производству смолы. Во Франции Филипп ле Бон запатентовал газовый камин в 1799 году и продемонстрировал уличное освещение в 1801 году. Другие демонстрации последовали во Франции и в Соединенных Штатах, но общепризнано, что первый коммерческий газовый завод был построен Лондонским и Вестминстерским газовым светом. коксовые компании в Великой Питер - стрит в 1812 году укладки деревянных труб для освещения Вестминстерский мост с газовыми огнями в канун Нового года в 1813 году в 1816 году Рембрандт Пил и четыре другие установили газовый Light Company Балтимора , в первую изготовленную газовую компанию в Америке. В 1821 году природный газ использовался в коммерческих целях в Фредонии, штат Нью-Йорк . Первый немецкий газовый завод был построен в Ганновере в 1825 году, а к 1870 году в Германии было 340 газовых заводов, производящих городской газ из угля, древесины, торфа и других материалов.

Условия работы на лондонском Horseferry Road Works компании Gas Light and Coke Company в 1830-х годах описала французская посетительница Флора Тристан в ее Promenades Dans Londres :

Горели два ряда печей с каждой стороны; эффект был похож на описание кузницы Вулкана , за исключением того, что циклопы были одушевлены божественной искрой, в то время как смуглые слуги английских печей были безрадостны, молчаливы и оцепенели ... Бригадир сказал мне, что были выбраны кочегары. из числа сильнейших, но, тем не менее, все они заболели чахоткой после семи или восьми лет тяжелого труда и умерли от легочной чахотки. Этим объяснялись печаль и апатия на лицах и каждое движение несчастных мужчин.

Первые общедоступные трубопроводы газоснабжения включали 13 газовых ламп , каждая с тремя стеклянными шарами вдоль Пэлл-Мэлл в Лондоне в 1807 году. Заслуга в этом принадлежит изобретателю и предпринимателю Фредерику Винсору и водопроводчику Томасу Саггу , которые изготовили и установили трубы. Выкапывание улиц для прокладки труб требовало законодательства, и это задерживало развитие уличного освещения и газа для бытовых нужд. Тем временем Уильям Мердок и его ученик Сэмюэл Клегг устанавливали газовое освещение на фабриках и рабочих местах, не встречая таких препятствий.

Ранняя история добычи угольного газа путем газификации

В 1850-х годах в каждом маленьком и среднем городе имелся газовый завод, обеспечивающий уличное освещение. Подписавшиеся клиенты также могли иметь трубопроводы к своим домам. К этому времени стало общепринятым газовое освещение. Газовый свет просочился в средний класс, а позже появились газовые плиты и плиты.

1860-е годы были золотым веком разработки угольного газа. Такие ученые, как Кекуле и Перкин, раскрыли секреты органической химии, чтобы раскрыть, как образуется газ и его состав. Благодаря этому появились лучшие газовые заводы и пурпурные красители Perkin, такие как Mauveine . В 1850-х годах были разработаны процессы производства промышленного газа и водяного газа из кокса. Необогащенный водяной газ можно описать как голубой водяной газ (BWG).

Газ Монда , разработанный в 1850-х годах Людвигом Мондом , был производственным газом, полученным из угля вместо кокса. Он содержал аммиак и каменноугольную смолу и был переработан для извлечения этих ценных соединений.

Голубой водяной газ (BWG) горит несветящимся пламенем, что делает его непригодным для освещения. Карбюретированный 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 светящимся пламенем.

Процесс карбюрирования водяного газа был усовершенствован Thaddeus SC Lowe в 1875 году. Газойль фиксировался в BWG посредством термического крекинга в карбюраторе и перегревателе генераторной установки CWG. CWG была доминирующей технологией в США с 1880-х до 1950-х годов, заменив газификацию угля. КВ CWG составляет 20 МДж / м 3, то есть чуть больше половины, чем у природного газа.

Развитие угольно-газовой промышленности в Великобритании

Появление ламп накаливания на фабриках, в домах и на улицах, заменяющих масляные лампы и свечи постоянным ясным светом, почти совпадающим по цвету с дневным светом , превратило ночь в день для многих, сделав работу в ночную смену возможной в тех отраслях, где есть только свет. важно - в прядении , ткачестве и пошиве одежды и т. д. Социальную значимость этого изменения трудно оценить для поколений, выросших с освещением после наступления темноты, доступным при прикосновении к выключателю. Не только ускорилось промышленное производство, но и стали безопасными улицы, облегчились социальные контакты, а чтение и письмо получили более широкое распространение. Газовые заводы были построены почти в каждом городе, главные улицы были ярко освещены, и к большинству городских домов был подведен газ на улицах. Изобретение газового счетчика и счетчика предоплаты в конце 1880-х годов сыграло важную роль в продаже городского газа бытовым и коммерческим потребителям.

1934 г. газовая плита в Англии.

Образование и обучение большого числа сотрудников, попытки стандартизировать производственную и коммерческую практику и сдерживание коммерческого соперничества между компаниями-поставщиками стали толчком к созданию ассоциаций менеджеров по газу, впервые в Шотландии в 1861 году. Британская ассоциация менеджеров по газу была сформирована в 1861 году. 1863 г. в Манчестере, и после бурной истории был основан Институт инженеров-газовиков (IGE). В 1903 году реконструированный Институт инженеров-строителей (ICE) открыл курсы для студентов газового производства в Институте Сити и Гильдий Лондона . IGE получил Королевскую хартию в 1929 году. Университеты не спешили реагировать на потребности отрасли, и только в 1908 году в Университете Лидса была основана первая профессура угольной газовой и топливной промышленности . В 1926 году компания Gas Light and Coke открыла Watson House рядом с Nine Elms Gasplants. Сначала это была научная лаборатория . Позже он включал в себя центр обучения учеников, но его основным вкладом в отрасль стали испытательные установки для газовых приборов, которые были доступны для всей отрасли, включая производителей газовых приборов. Используя это оборудование, промышленность установила не только стандарты безопасности, но и стандарты производительности как для производства газовых приборов, так и для их обслуживания в домах клиентов и коммерческих помещениях.

Во время первой мировой войны , газовой промышленности это побочные продукты, фенола , толуола и аммиака и серосодержащих соединений являются ценными компонентами для взрывчатых веществ . Большая часть угля для газовых заводов доставлялась по морю и была уязвима для вражеских атак. В газовой промышленности до войны было много служащих, в основном мужчин. Но появление пишущей машинки и машинистки привело к еще одному важному социальному изменению, которое, в отличие от занятости женщин в военной промышленности, имело долгосрочные последствия.

Межвоенные годы были отмечены разработкой непрерывных вертикальных реторт, которые заменили многие горизонтальные реторты периодической подачи. Были усовершенствованы системы хранения, особенно газгольдер для безводного газа , и его распределение с появлением 2–4-  дюймовых стальных труб для транспортировки газа под давлением до 50 фунтов на квадратный дюйм (340 кПа) в качестве питающей магистрали по сравнению с традиционными чугунными трубами, работающими в среднем. 2–3  дюйма водяного столба (500–750 Па ). Бензол в качестве автомобильного топлива и каменноугольная смола в качестве основного сырья для развивающейся органической химической промышленности обеспечили газовой промышленности значительные доходы. Нефть заменила каменноугольную смолу в качестве основного сырья для органической химической промышленности после Второй мировой войны, и потеря этого рынка усугубила экономические проблемы газовой промышленности после войны.

На протяжении многих лет разрабатывались самые разные устройства и способы использования газа. Газовые камины , газовые плиты , холодильники , стиральные машины , утюги , кочерги для разжигания угля, ванны с газовым обогревом , группы газовых фонарей с дистанционным управлением , газовые двигатели различных типов, а в более поздние годы - центральный газовый теплый воздух и горячая вода. отопление и кондиционирование воздуха , все из которых внесли огромный вклад в улучшение качества жизни в больших и малых городах по всему миру. Эволюция электрического освещения, доступного из общественных источников, погасила газовый свет, за исключением тех случаев, когда применялось согласование цветов, как в галантерейных магазинах.

Процесс

Схема газификатора Lurgi

Во время газификации уголь продувается кислородом и паром (водяным паром), а также нагревается (а в некоторых случаях находится под давлением). Если уголь нагревается внешними источниками тепла, процесс называется «аллотермическим», тогда как «автотермический» процесс предполагает нагрев угля посредством экзотермических химических реакций, происходящих внутри самого газификатора. Важно, чтобы подаваемого окислителя было недостаточно для полного окисления (сгорания) топлива. Во время упомянутых реакций молекулы кислорода и воды окисляют уголь и образуют газообразную смесь диоксида углерода (CO 2 ), моноксида углерода (CO), водяного пара (H 2 O) и молекулярного водорода (H 2 ). (Некоторые побочные продукты, такие как гудрон, фенолы и т. Д., Также являются возможными конечными продуктами, в зависимости от конкретной используемой технологии газификации.) Этот процесс проводился на месте в природных угольных пластах (так называемая подземная газификация угля ) и в угле. нефтеперерабатывающие заводы. Желаемый конечный продукт обычно представляет собой синтез-газ (т.е. комбинацию H 2 + CO), но полученный угольный газ также может быть дополнительно очищен для получения дополнительных количеств H 2 :

3C (т.е. уголь) + O 2 + H 2 O → H 2 + 3CO

Если нефтеперерабатывающий завод хочет производить алканы (т.е. углеводороды, присутствующие в природном газе , бензине и дизельном топливе ), угольный газ собирается в этом состоянии и направляется в реактор Фишера-Тропша. Если, однако, желаемым конечным продуктом является водород, угольный газ (в первую очередь продукт CO) подвергается реакции конверсии водяного газа, при которой больше водорода образуется в результате дополнительной реакции с водяным паром:

СО + Н 2 О → СО 2 + Н 2

Хотя в настоящее время существуют другие технологии газификации угля, все они, как правило, используют одни и те же химические процессы. Для низкосортных углей (например, «бурых углей»), которые содержат значительное количество воды, существуют технологии, в которых во время реакции не требуется водяной пар, а единственными реагентами являются уголь (углерод) и кислород. Кроме того, некоторые технологии газификации угля не требуют высокого давления. Некоторые используют пылевидный уголь в качестве топлива, в то время как другие работают с относительно большими фракциями угля. Технологии газификации также различаются по способу подачи дутья.

«Прямая продувка» предполагает подачу угля и окислителя навстречу друг другу с противоположных сторон канала реактора. В этом случае окислитель проходит через кокс и (что более вероятно) золу в зону реакции, где он взаимодействует с углем. Затем полученный горячий газ пропускает свежее топливо и нагревает его, поглощая при этом некоторые продукты термического разрушения топлива, такие как смолы и фенолы. Таким образом, газ требует значительной очистки перед использованием в реакции Фишера-Тропша. Продукты очистки высокотоксичны и требуют специальных помещений для их утилизации. В результате завод, использующий описанные технологии, должен быть очень большим, чтобы быть экономически эффективным. Одно из таких предприятий под названием SASOL находится в Южно-Африканской Республике (ЮАР). Он был построен из-за эмбарго, наложенного на страну, не позволяющего ей импортировать нефть и природный газ. Компания RSA богата битуминозным углем и антрацитом и смогла организовать использование хорошо известного процесса газификации под высоким давлением «Lurgi», разработанного в Германии в первой половине 20 века.

«Обратная продувка» (по сравнению с описанным выше типом, который был изобретен первым) предполагает, что уголь и окислитель подают с одной и той же стороны реактора. В этом случае химическое взаимодействие угля и окислителя в зоне реакции отсутствует. Газ, образующийся в зоне реакции, пропускает твердые продукты газификации (кокс и зола), а содержащиеся в газе CO 2 и H 2 O дополнительно химически восстанавливаются до CO и H 2 . По сравнению с технологией «прямого вдувания» в газе отсутствуют токсичные побочные продукты: они отключаются в зоне реакции. Этот тип газификации был разработан в первой половине ХХ века вместе с «прямым вдувом», но скорость добычи газа при нем значительно ниже, чем при «прямом вдуве», и никаких дальнейших попыток разработки не предпринималось. Процессы «обратной продувки» продолжались до 1980-х годов, когда на советском научно-исследовательском предприятии «КАТЕКНИИУголь» (НИОКР по разработке Канско-Ачинского угольного месторождения) начались научно-исследовательские работы по созданию технологии, которая сейчас известна как процесс «ТЕРМОКОКС-С». Причина возрождения интереса к этому типу процесса газификации заключается в том, что он экологически чистый и способен производить два типа полезных продуктов (одновременно или по отдельности): газ (горючий или синтез-газ) и среднетемпературный кокс. Первый может использоваться как топливо для газовых котлов и дизель-генераторов или как синтез-газ для производства бензина и т. Д., Второй - как технологическое топливо в металлургии, как химический абсорбент или как сырье для бытовых топливных брикетов. Сжигание продуктового газа в газовых котлах экологически чище, чем сжигание исходного угля. Таким образом, установка, использующая технологию газификации с «обратным дутьем», способна производить два ценных продукта, один из которых имеет относительно нулевые производственные затраты, поскольку последние покрываются конкурентоспособной рыночной ценой другого. Когда Советский Союз и его КАТЕКНИИУголь прекратили свое существование, эта технология была принята отдельными учеными, которые первоначально ее разработали, и в настоящее время изучаются в России и коммерчески распространяются по всему миру. Сейчас известно, что промышленные предприятия, использующие его, работают в Улан-Батаре (Монголия) и Красноярске (Россия).

Технология газификации с использованием сжатого воздуха, созданная в результате совместной разработки Wison Group и Shell (Hybrid). Например: Hybrid - это передовая технология газификации пылевидного угля, эта технология в сочетании с существующими преимуществами котла-утилизатора Shell SCGP включает в себя больше, чем просто транспортную систему, горелку для газификации пылевидного угля под давлением, водоструйную стенку мембранного типа с боковой струей горелки и прерывистый сброс был полностью проверен на существующей установке SCGP, такой как отработанная и надежная технология, в то же время он устранил существующие технологические сложности, а также в охладителе синтез-газа (поддоне для отходов) и фильтрах [летучей золы], которые легко вышли из строя, и объединила существующую в настоящее время технологию газификации, которая широко используется в процессе закалки синтетического газа. Он не только сохраняет оригинальный котел-утилизатор Shell SCGP с характеристиками угля, высокой адаптируемостью и способностью легко масштабироваться, но также вобрал в себя преимущества существующей технологии закалки.

Подземная газификация угля

Основная статья: Подземная газификация угля

Подземная газификация угля (ПГУ) - это процесс промышленной газификации, который осуществляется в недобываемых угольных пластах. Он включает закачку газообразного окислителя , обычно кислорода или воздуха, и вывод полученного газообразного продукта на поверхность через добывающие скважины, пробуренные с поверхности. Полученный газ можно использовать как химическое сырье или как топливо для выработки электроэнергии . Эту технику можно применять к ресурсам, добыча которых в противном случае неэкономична. Он также предлагает альтернативу традиционным методам добычи угля . По сравнению с традиционной добычей угля и газификацией, ПХГ оказывает меньшее экологическое и социальное воздействие, хотя существуют экологические проблемы, включая возможность загрязнения водоносного горизонта.

Технология улавливания углерода

Улавливание, использование и связывание (или хранение) углерода все чаще используются в современных проектах газификации угля для решения проблемы выбросов парниковых газов, связанных с использованием угля и углеродсодержащего топлива. В этом отношении газификация имеет значительное преимущество перед обычным сжиганием добытого угля, при котором CO 2, образующийся в результате сжигания, значительно разбавляется азотом и остаточным кислородом в выхлопных газах сгорания с давлением, близким к окружающему, что делает его относительно трудным, энергоемким и дорого , чтобы захватить CO 2 (это известно как «дожигания» СО 2 захвата).

В газификации , с другой стороны, кислород , как правило , подается в газогенераторы и просто достаточное количество топлива сжигают , чтобы обеспечить высокую температуру , чтобы газифицировать остальное; кроме того, газификация часто проводится при повышенном давлении. Образующийся синтез-газ обычно находится под более высоким давлением и не разбавлен азотом, что позволяет намного проще, эффективнее и дешевле удалять CO 2 . Уникальная способность комбинированного цикла газификации и интегрированной газификации легко удалять CO 2 из синтез-газа до его сжигания в газовой турбине (так называемый улавливание CO 2 перед сжиганием ) или его использование в топливе или синтезе химикатов является одним из его значительных преимуществ перед традиционные системы утилизации угля.

Варианты технологии улавливания CO 2

Все процессы конверсии, основанные на газификации угля, требуют удаления сероводорода (H 2 S; кислый газ) из синтез-газа как части общей конфигурации установки. Типичные процессы удаления кислого газа (AGR), используемые для проектирования газификации, представляют собой либо систему химического растворителя (например, системы очистки газа амином на основе MDEA, например), либо систему физического растворителя (например, Rectisol или Selexol ). Выбор процесса в основном зависит от требований и затрат на очистку синтез-газа. Обычные химические / физические процессы AGR с использованием MDEA, Rectisol или Selexol являются коммерчески проверенными технологиями и могут быть разработаны для селективного удаления CO 2 в дополнение к H 2 S из потока синтез-газа. Для значительного улавливания CO 2 из установки газификации (например,> 80%) CO в синтез -газе необходимо сначала преобразовать в CO 2 и водород (H 2 ) с помощью стадии конверсии водяного газа (WGS) перед установкой AGR. .

Для приложений газификации или интегрированного комбинированного цикла газификации (IGCC) модификации установки, необходимые для добавления возможности улавливания CO 2 , минимальны. Синтез-газ, производимый газификаторами, необходимо обрабатывать с помощью различных процессов для удаления примесей, уже находящихся в газовом потоке, поэтому все, что требуется для удаления CO 2, - это добавить необходимое оборудование, абсорбер и регенератор в эту технологическую цепочку.

При сжигании должны быть внесены изменения в выхлопную трубу, и из-за более низких концентраций CO 2, присутствующего в выхлопных газах, требуется обработка гораздо больших объемов всего газа, что требует более крупного и дорогостоящего оборудования.

Проекты на базе IGCC (интегрированного комбинированного цикла газификации) в США с улавливанием и использованием / хранением CO 2

Проект Kemper компании Mississippi Power был спроектирован как установка IGCC, работающая на буром топливе, вырабатывающая чистую мощность 524 МВт из синтез-газа, при этом улавливая более 65% CO 2, генерируемого с использованием процесса Selexol . Технология комплексной газификации транспорта (TRIG) на предприятии Kemper была разработана и лицензирована KBR. CO 2 будет отправляться по трубопроводу на истощенные нефтяные месторождения в Миссисипи для операций по увеличению нефтеотдачи . Завод не выполнил все поставленные задачи, и в июле 2017 года от планов по производству «чистого угля» отказались. Ожидается, что на заводе будет работать только природный газ.

Hydrogen Energy California (HECA) будет представлять собой полигональную установку IGCC мощностью 300 МВт, работающую на угле и нефтяном коксе (производящую водород как для выработки электроэнергии, так и для производства удобрений). Девяносто процентов произведенного CO 2 будет улавливаться (с использованием Rectisol ) и транспортироваться на нефтяное месторождение Элк-Хиллз для повышения нефтеотдачи пласта, что позволит извлекать дополнительно 5 миллионов баррелей отечественной нефти в год. 4 марта 2016 года Энергетическая комиссия Калифорнии распорядилась прекратить рассмотрение заявки HECA.

Саммита Техас чистая энергия проект (ТСЕР) будет угль топлива, КЦКГ на основе мощности 400 МВт / polygeneration проект (также производство мочевины удобрения), который будет захватывать 90% от СО 2 в предварительном сгорания с использованием Rectisol процесса. CO 2, не используемый в производстве удобрений, будет использоваться для увеличения нефтеотдачи в Пермском бассейне Западного Техаса.

Такие заводы, как Texas Clean Energy Project, которые используют улавливание и хранение углерода , рекламировались как частичное или временное решение проблем регулирования, если их можно сделать экономически жизнеспособными за счет улучшенной конструкции и массового производства. Регулирующие органы и налогоплательщики столкнулись с противодействием из-за увеличения затрат; и от защитников окружающей среды, таких как Билл Маккиббен , которые считают любое продолжающееся использование ископаемого топлива контрпродуктивным.

Побочные продукты

Побочные продукты производства угольного газа включают кокс , каменноугольную смолу , серу и аммиак ; все полезные продукты. Красители , лекарства, включая сульфамидные препараты, сахарин и многие органические соединения, поэтому получают из угольного газа.

Кокс используется как бездымное топливо, а также для производства водяного и генераторного газа . Каменноугольная смола подвергается фракционной перегонке для извлечения различных продуктов, в том числе

Сера используется в производстве серной кислоты, а аммиак - в производстве удобрений .

Коммерциализация

Основная статья: Коммерциализация газификации угля

По данным торговой ассоциации Совета по газификации и технологиям синтез-газа, в мире насчитывается 272 действующих завода по газификации с 686 газификаторами и 74 завода с 238 строящимися газификаторами. Большинство из них используют в качестве сырья уголь.

По состоянию на 2017 год крупномасштабное расширение отрасли газификации угля происходило только в Китае, где местные органы власти и энергетические компании продвигают отрасль, создавая рабочие места и рынок для угля. По большей части предприятия расположены в удаленных, богатых углем районах.

Центральному правительству известно о конфликте с экологическими целями: помимо производства большого количества углекислого газа, растения потребляют много воды в районах, где воды не хватает.

Воздействие на окружающую среду

Воздействие производимой угольной газовой промышленности на окружающую среду

Газометр в Вест Хэме , Соединенное Королевство

С момента первоначальной разработки до широкого внедрения природного газа только в Соединенных Штатах существовало более 50 000 заводов по производству газа . В процессе производства газа обычно образуется ряд побочных продуктов, которые загрязняют почву и грунтовые воды на заводе-изготовителе и вокруг него, поэтому многие бывшие городские газовые заводы представляют серьезную экологическую проблему, а затраты на очистку и восстановление часто высоки. Промышленные газовые заводы (MGP) обычно располагались рядом с водными путями, которые использовались для транспортировки угля и для сброса сточных вод, загрязненных смолой, аммиаком и / или капельными маслами, а также непосредственно отработанными смолами и смолисто-водными эмульсиями.

В первые дни эксплуатации MGP каменноугольная смола считалась отходами и часто выбрасывалась в окружающую среду на территории завода и вокруг него. В то время как использование каменноугольной смолы было разработано в конце 19 века, рынок смолы варьировался, и заводы, которые не могли продавать смолу в данный момент, могли хранить смолу для будущего использования, пытаться сжигать ее в качестве котельного топлива или сбрасывать смолу как отходы. . Обычно смолу удаляли в старые газгольдеры, штольни или даже шахты (если они есть). Со временем смолы из отходов разлагаются фенолами , бензолом (и другими моноароматическими соединениями - BTEX ) и полициклическими ароматическими углеводородами, выделяющимися в виде шлейфов загрязняющих веществ, которые могут улетучиваться в окружающую среду. Другие отходы включали " голубой билли ", который представляет собой соединение ферроферрицианида - синий цвет происходит от берлинской синевы , которая коммерчески использовалась в качестве красителя . Blue billy, как правило, представляет собой гранулированный материал и иногда продавался на местном уровне с надписью «гарантированное отсутствие сорняков». Присутствие голубого билли может придать отходам газовых растений характерный затхлый / горький миндальный запах или запах марципана , связанный с цианистым газом.

Переход на процесс карбюрирования водяного газа первоначально привел к снижению выхода водяной газовой смолы по сравнению с объемом каменноугольных смол. Появление автомобилей уменьшило доступность нафты для карбюраторного масла, поскольку эта фракция была желательна в качестве моторного топлива. MGP, которые перешли на более тяжелые сорта нефти, часто испытывали проблемы с производством эмульсий дегтя и воды, которые было трудно, долго и дорого ломать. (Причина изменения смолистых эмульсий в воде сложна и была связана с несколькими факторами, включая свободный углерод в карбюраторном масле и замену битуминозного угля в качестве сырья вместо кокса.) Производство больших объемов эмульсий смолы и воды, быстро заполняющихся доступную емкость для хранения на МГП, и руководство завода часто сбрасывало эмульсии в карьеры, из которых они могли или не могли быть позже извлечены. Даже если эмульсии были регенерированы, экологический ущерб от размещения смол в ямах без футеровки остался. Сброс эмульсий (и других смолистых остатков, таких как гудрон, днища резервуаров и некондиционные смолы) в почву и воду вокруг МГП является значительным фактором загрязнения, обнаруживаемого на бывших заводах по производству газа (известных как «FMGP» в экологическая реабилитация ) сегодня.

Загрязняющие вещества, обычно связанные с FMGP, включают:

  • BTEX
    • Рассеян из месторождений каменноугольных / газовых смол.
    • Утечки карбюраторного масла / светлого масла
    • Утечки из капельниц, собирающих конденсируемые углеводороды из газа.
  • Отходы / шламы каменноугольной смолы
    • Обычно встречается в отстойниках газгольдеров и сливных прудах.
    • Шлам каменноугольной смолы не имеет ценности при перепродаже и поэтому всегда сбрасывался.
  • Летучие органические соединения
  • Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)
    • Присутствует в каменноугольной смоле, газовой смоле и пеке в значительных концентрациях.
  • Тяжелые металлы
    • Свинцовый припой для газопроводов, свинцовых трубопроводов, угольной золы.
  • Цианид
    • Отходы очистителей содержат большое количество сложных ферроцианидов.
  • Lampblack
    • Встречается только там, где сырая нефть использовалась в качестве сырья для газификации.
  • Эмульсии дегтя

Каменноугольная смола и шламы каменноугольной смолы часто более плотные, чем вода, и присутствуют в окружающей среде в виде плотной жидкости в неводной фазе .

В Великобритании ряд бывших газовых заводов был перепрофилирован для жилищного и другого использования (в том числе « Купол тысячелетия» ), и они рассматриваются в качестве первоклассных земель для застройки в пределах городских границ. Такие возможности развития в настоящее время приводят к проблемам, связанным с планированием и режимом загрязненных земель, и недавно они обсуждались в Палате общин.

Влияние современной газификации угля на окружающую среду

Процессы газификации угля требуют мер контроля и предотвращения загрязнения для уменьшения выбросов загрязняющих веществ. Загрязняющие вещества или выбросы, вызывающие озабоченность в контексте газификации угля, включают, прежде всего:

  • Зола и шлак

Бесшлаковые газификаторы производят сухую золу, аналогичную той, которая образуется при традиционном сжигании угля, что может представлять опасность для окружающей среды, если зола (обычно содержащая тяжелые металлы) выщелачиваемая или едкая, и если золу необходимо хранить в золоотворениках. Газификаторы для шлаков, которые используются во многих основных областях газификации угля по всему миру, имеют значительное преимущество в том, что компоненты золы плавятся в стекловидный шлак, улавливая следы тяжелых металлов в не выщелачиваемой стеклообразной матрице, что делает материал нетоксичным. Этот неопасный шлак имеет множество полезных применений, таких как заполнитель в бетоне, заполнитель в асфальте для дорожного строительства, песок при абразивно-струйной очистке, кровельные гранулы и т. Д.

  • Углекислый газ (CO 2 )

CO 2 имеет первостепенное значение в глобальном изменении климата.

  • Меркурий
  • Мышьяк
  • Твердые частицы (ТЧ)

Зола образуется при газификации из неорганических примесей в угле. Некоторые из этих примесей реагируют с образованием микроскопических твердых частиц, которые могут быть взвешены в синтез-газе, полученном в результате газификации.

  • Диоксид серы (SO 2 )

Обычно уголь содержит от 0,2 до 5 процентов серы по сухому весу, которая превращается в H 2 S и COS в газификаторах из-за высоких температур и низкого уровня кислорода. Эти «кислые газы» удаляются из синтез-газа, производимого газификаторами, с помощью оборудования для удаления кислого газа перед сжиганием синтез-газа в газовой турбине для производства электроэнергии или перед его использованием в синтезе топлива.

  • Оксиды азота (NO x )

(NO x ) относится к оксиду азота (NO) и диоксиду азота (NO 2 ). Уголь обычно содержит от 0,5 до 3 процентов азота в пересчете на сухой вес, большая часть которого превращается в безвредный газообразный азот. Образуются небольшие количества аммиака и цианистого водорода, которые необходимо удалить в процессе охлаждения синтез-газа. В случае выработки электроэнергии NO x также может образовываться ниже по потоку в результате сгорания синтез-газа в турбинах.

Смотрите также

Рекомендации

 Эта статья включает материалы, являющиеся  общественным достоянием, с веб-сайтов или документов Министерства энергетики США .

Внешние ссылки