Контактный телефон для консультаций: +38 (044) 206 52 28
ТЭЦ на коксовом газе (Italiana Coke)
Тип установки: когенерация с парогазовым циклом Топливо: коксовый газ Оборудование: 8 × TBG 2032 V16, 1 × TCG 2032 V16 (Σ = 25 МВт эл.) + паровая турбина на выхлопе
С 2000 года на итальянском коксовом заводе Italiana Cocke работает самая большая теплоэлектростанция в Лигурии, работающая на коксовом газе. Ведущая итальянская компания Italiana Coke SpA, местоположение — San Giuseppe di Cairo (северо-западное направление от Генуи) ежегодно вырабатывает около 500 000 тонн кокса. При этом образуется около 38 400 кубометров коксового газа с минимальной калорийностью 4200 ккал/нм 3 и концентрацией водорода равной 60%.
Этот газ используется наполовину для подогревания коксовых печей, а остальная часть идет на газопоршневые двигатели MWM (DEUTZ Power Systems) для выработки тепла и электричества. Восемь агрегатов, оснащенные 16-цилиндровыми двигателями серии TBG 632 (единичная мощность на коксовом газе — 2700 кВт, 1000 оборотов/мин.), девятый агрегат оборудован двигателем следующего поколения этой же серии — TCG 2032 (единичная мощность на коксовом газе — 3000 кВт, 1000 об./мин.). Электрическая общая мощность всех агрегатов составляет 25 МВт, при чем последний агрегат предназначен для собственного энергоснабжения предприятия, а остальные восемь машин передают электричество в сеть.
Отходящее тепло двигателей используется для выработки пара, который далее направляется, в частности, на паровую турбину. Установленная паровая турбина вырабатывает дополнительно 1 МВт электрической энергии. Агрегаты уже наработали более 300 000 часов с учетом коэффициента использования 98,5%. Тем самым превысив изначальные параметры экономической окупаемости. Компания MWM является единственным производителем двигателей в мире, обладающим обширным опытом по эксплуатации газопоршневых двигателей на коксовом газе.
MWM GmbH является лидером энергетических проектов в коксохимической промышленности.
Коксовый газ: состав, применение, производство
Давным-давно коксовый газ считался побочным продуктом в процессе создания кокса, поэтому зачастую он даже выводился в атмосферу (что очень зря!). Позднее газ стал применяться с целью отопления коксовых печей, а уже сегодня в полной мере он отдается посторонним потребителям для бытового использования и для иных нужд. Каким же образом получают коксовый газ и каков его состав? В данной статье рассмотрены все аспекты вопроса и приведены конкретные примеры использования газа.
Исторический аспект
История коксового газа началась еше в конце 19 – начале 20 века. Уже тогда его применяли в целях освещения, обогрева и, соответственно, для приготовления пищи и в иных бытовых делах. В то время разразилась промышленная революция и урбанизация. Производство продуктов побочного характера, каменноугольные смолы и аммиак стали служить важнейшими составляющими, а именно сырьем, в изготовлении красителей химического состава и в химической промышленности в целом. Таким образом, абсолютно все виды красителей искусственного характера изготавливались из смолы и коксового газа.
Кроме того, коксовый газ стал широко использоваться в печах для изготовления промышленной продукции, в двигателях газового типа функционирования и, конечно же, в роли сырья при производстве химических продуктов.
Получение коксового газа
Получение коксового газа происходит одновременно с выработкой кокса на заводах коксохимического направления путем сухой перегонки каменного угля. Важно отметить, что данный процесс должен в обязательном порядке протекать при температуре 900-1200 градусов. Как отмечалось выше, на начальных этапах зарождения газ считался продуктом побочного характера, поэтому зачастую он выходил в атмосферный воздух. Немного позднее посредством коксового газа стали отапливаться коксовые печи. Так, расходование газа на личные нужны претерпело значительное сокращение (практически до 60 %), остальное же количество принадлежало уже иным категориям потребителей, к примеру, в целях отопления печей металлургического производства, температура которых предельно высока, или же для бытовых дел. На сегодняшний день абсолютно весь газ принадлежит посторонним потребителям. Почему? Дело в том, что коксовый газ очень калорийный, а значит, есть возможность использовать для отопления печей более дешевый газ. Ярким примером таковому может служить сжиженный газ. Кстати, основой его служит пропан-бутановая смесь.
Коксовый газ: состав
Как выяснилось, из множества газов искусственного происхождения рассматриваемый в статье и получаемый в процессе коксования угля газ отличается огромным значением. Следует заметить, что с практической точки зрения его состав претерпевает значительные колебания. Это зависит, как правило, от исходного сырья, которое используется в качестве топлива, от различия в режимах деятельности, от физического состояния коксовых печей и так далее. Его теплота сгорания лежит в пределах 15-19 Мдж/м3. Если рассматривать составляющие данного газа в процентном соотношении к объему, то формируется следующая картина:
Важно отметить, что коксовый газ (формула: Н2CH4NH3C2H4) имеет плотность при температуре ноль градусов от 0,45 до 0,50 кг/м3, теплоемкость приравнивается к 1,35 кдж/(м3·К), а температура, сопутствующая процессу воспламенения, достигает 600-650 градусов.
Формула вещества
Как выяснилось выше, в состав коксового газа входят такие вещества, как водород (Н2), метан (CH4), аммиак (NH3) и этилен (C2H4). В качестве примера целесообразным будет привести следующий состав очищенного коксового газа:
Важно отметить, что состав рассматриваемого газа строго входит в зависимость от температурного режима процесса коксования и его продолжительности. Также огромную роль играет качество угля, подвергаемого переработке. Таким образом, чем выше температурный режим процесса коксования, тем больше уровень разложения углеводородов, а значит, и выше содержание в газе водорода и окиси углерода. Соответственно, содержание двуокиси углерода, наоборот, будет ниже.
Необходимость очистки коксового газа
На сегодняшний день достаточно остро стоит проблема необходимости очистки коксового газа, ведь данный состав неблагоприятно влияет на экологический аспект жизнедеятельности. Таким образом, современное общество стремится к усовершенствованию соответствующих технологий. Очистка коксовых газов необходима для эффективности деятельности заводских механизмов, потому что цианид водорода, содержание которого в коксовом газе достаточно велико, служит основной причиной коррозии профессионального оборудования. Кроме того, при образовании коксового газа в обязательном порядке выделяется аммиак. Данное вещество предельно пагубно воздействует не только на трубопроводы, но и на окружающую среду, ибо в конечном итоге попадает именно туда. Результатом рассмотренных операций является высокий уровень потери продуктов химического происхождения для того или иного завода, а также значительная степень выброса газов и отходов жидкого происхождения в атмосферу.
Процесс очистки коксового газа
Как выяснилось, производство коксового газа влечет за собой ряд проблем, что в полной мере аргументирует необходимость его очистки. На сегодняшний день наиболее действенным методом является описанное в данной главе изобретение, которое широко применяется в коксохимической промышленности. В первую очередь необходимо промыть газ с помощью раствора фосфатов аммония в абсорбере, который в обязательном порядке должен быть оборудован тарелками. Далее следует обработать коксовый газ до того, как он поступит в тарельчатую область абсорбера, данным раствором. При этом удельный расход циркулирующего раствора должен составлять 1,0-1,2 л/м3 газа, тогда его плотность будет приравниваться к 1,195-1,210 кг/л. Этот метод очистки коксового газа, как отмечалось выше, сегодня зачастую используется в соответствующей области промышленности, ибо является самым эффективным.
Коксовый газ: применение
На сегодняшний день коксовый газ весьма широко и благополучно используется в обществе в качестве топлива на заводах металлургической направленности, а также в коммунальной хозяйственной деятельности и в роли сырья для производства. Как выяснилось, из коксового газа выделяют водород, который просто необходим для синтеза аммиака посредством известного способа конденсации функционирования при условии низкого температурного режима. В итоге данной операции формируется фракция, служащая качественным сырьем для различного рода синтезов. Следует отметить, что примесь в коксовом газе сероводорода совершенно нежелательна в любом случае (и когда коксовый газ применяется как топливо, и когда он служит сырьем для производства химической продукции). Именно поэтому так необходим процесс очистки, в полной мере рассмотренный в предыдущей главе.
Свойства газа
В заключение целесообразным будет рассмотреть физические свойства коксового газа . Таким образом, теплотворная мощность его составляет от 3600 до 3700 ккал/м3, удельный вес в составе вещества варьируется от 0,45 до 0,46 кг/м3 (что практически в три раза легче, чем воздух), максимальный температурный режим его горения приравнивается к 2060 градусам, а сам процесс сопровождается пламенем красного цвета.
Важно отметить, что рассматриваемый газ взрывоопасен, если совместить его с воздухом. Более того, предел взрываемости нижнего уровня по объему составляет 6 процентов газа(остальное — воздух), а верхний уровень взрываемости достигает 32 процентов газа (остальное — воздух). Температурный режим воспламенения приравнивается к 550 градусам, а для сжигания 1 кубического метра газа необходимо приблизительно 5 кубических метра воздуха. Коксовый газ не наделен цветом и вкусом, однако он имеет терпкий запах нафталина, тухлых яиц, что можно объяснить содержанием в его составе сероводорода.
Коксовый газ
Одним из наиболее эффективных видов газообразного топлива является коксовый газ. Изначально коксовый газ считался побочным продуктом, который при производстве кокса выбрасывался в атмосферу.
Позже коксохимические заводы стали использовать его в целях обеспечения работы оборудования, а в настоящий момент коксовый газ применяется как топливо в различных областях промышленности и бытовом газоснабжении.
Производство коксового газа
Коксовый газ – продукт термического разложения молекул угля, получают его одновременно с коксом при перегонке угля в камерных печах. Данный процесс осуществляется при температуре 900-1200 С. При этом количество произведенного газа напрямую зависит от установленной температуры и продолжительности цикла. При высокотемпературной переработке, продолжительностью 13-14 часов, в зависимости от исходных особенностей угля, производится примерно 74-78 % твердого кокса, 15-18 % газа.
Получение и применение коксового газа
Основным потребителем коксового газа является металлургия, преимущественное большинство коксохимических заводов расположено на металлургических предприятиях или вблизи них. В данной отрасли 50-60% от всего поставляемого объема задействовано в мартеновских цехах.
Применяется данное топливо также в керамической и стекольной отрасли. Используется в виде топлива для паровых котлов и на предприятиях нарезки металла. Во многих городах России коксовый газ используется в городском газоснабжении.
Широкое распространение коксовый газ получил в виде транспортного топлива для автомобилей и железнодорожного транспорта.
Состав и свойства коксового газа
Состав и свойства коксового газа могут незначительно отличаться в зависимости от условий коксования и качества исходного материала.
Примерный состав:
водород Н2 – 50-60%;
метан СН4 – 20-30%;
оксид углерода СО – 5-7 %;
диоксид углерода СО2 – 2-3 %;
азот N2 – 2 — 3,5 %.
Свойства:
плотность при температуре 0 °C и атмосферном давлении 760 мм.рт ст.: 0,45 — 0,50 кг/м3;
теплоемкость: 1,35 кДж;
теплота сгорания: 17,5 мДж/м3;
температура воспламенения: 600 – 650 °C.
Коксовый газ токсичное и взрывоопасное вещество. Концентрация взрывоопасных веществ от 6 до 30 %.
Очистка от коксового газа
Коксовальный газ, выводимый из печей (прямой газ), непригоден к использованию. После производства, газ поставляется на химический завод, где подлежит очистке и улавливанию продуктов сухой перегонки угля и влаги.
Прямой коксовый газ до улавливания содержит примерно 300-500г/нм3 водяных паров, 100-125г/нм3 смолы, 30-40г/нм3 бензольных углеводородов, 7-1 г/нм3 аммиака, 5-20г/нм3 сероводорода и частичные вкрапления сероуглерода, окислы азота, циана.
От излишней влаги и некоторой доли смолы коксовый газ очищается путем конденсации или вымораживания. Остатки смолы осаживаются на электрофильтрах.
Бензол поглощается каменноугольным или соляровым маслом. Аммиак и сера улавливаются из газа для дальнейшей переработки в лекарственные препараты.
Улавливание остальных примесей в первую очередь обусловлено сохранением оборудования и газопроводов, так как излишнее содержание данных веществ может стать причиной выхода оборудования из строя, забивания труб и гидравлических ударов.
Горение и сжигание коксового газа
Коксовый газ обладает высокой теплотворной способностью, характеризующейся в 14-18 МДж/м3, что делает его наиболее эффективным газообразным топливом.
Объемная доля горючих компонентов в составе газа составляет 93%, что обусловливает высокие показатели КПД.
Преимущества использование коксового газа в виде топлива:
сгорание топлива без остатков;
не требует использования тяговых устройств;
простой контроль и регулировка процессов;
легкий запуск и остановка процессов.
Нагнетатели коксового газа
Нагнетатели коксового газа используются для преодоления сопротивления аппаратуры при подаче газа от коксовых печей для его дальнейшей обработки и транспортировки.
Бывает два вида нагнетателей:
с электроприводами;
с паровым турбопроводом.
Чаще всего коксохимические предприятия оснащены нагнетателями с электроприводами в целях экономии ресурсов, однако, паровые нагнетатели имеют более совершенную систему отсасывания.
Газопровод коксового газа
Использование газа в различных отраслях требует его бесперебойной поставки, поэтому система газопровода полностью автоматизирована и оснащена газгольдерами, которые поддерживают необходимое давление и распределяют газ по сети с учетом потребности.
Газгольдеры делятся на два вида: низкого давления (используются для подачи переменного объема) и высокого давления (обеспечивают постоянный объем подаваемого газа).
