Газификация угля - Coal gasification

Газификация угля это процесс производства синтез-газ - смесь, состоящая в основном из монооксид углерода (CO), водород (ЧАС₂), углекислый газ (CO₂), натуральный газ (CH₄ ) и водяного пара (H₂O) - из каменный уголь и воды, воздух и / или кислород.

Исторически уголь газифицировали для производства угольный газ, также известный 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 производство электроэнергии, или для производства химического сырья. Водород, полученный из угля газификация может использоваться для различные цели например, изготовление аммиак, питание водородная экономика, или улучшение ископаемого топлива.

В качестве альтернативы синтез-газ, полученный из угля, может быть преобразован в транспортное топливо, такое как бензин и дизель через дополнительное лечение, или в метанол который сам по себе может использоваться в качестве транспортного топлива или топливной присадки, или который может быть преобразован в бензин.

Природный газ от газификации угля можно охлаждать до разжижает для использования в качестве топлива в транспортном секторе.^[1]

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 вызывают повышенный интерес к технологиям "конверсии БТЕ", таким как газификация, метанирование и разжижение. В Synthetic Fuels Corporation финансируемая правительством США корпорация, созданная в 1980 году с целью создания рынка альтернатив импортируемым ископаемым видам топлива (например, газификации угля). Корпорация была прекращена в 1985 году.

Ранняя история добычи угольного газа путем карбонизации

Эта секция нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален (Август 2014 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Газовое освещение в историческом центре г. Вроцлав, Польша

Фламандский ученый Ян Баптиста ван Гельмонт использовал название "газ" в своем Истоки медицины (c. 1609), чтобы описать его открытие «дикого духа», который убежал из раскаленных дров и угля и который «мало чем отличался от хаос древних ». Подобные опыты были проведены в 1681 г. Иоганн Беккер из Мюнхен а в 1684 г. Джон Клейтон из Уиган, Англия. Последний назвал его «Дух угля». Уильям Мердок (позже известный как Мердок) открыл новые способы производства, очистки и хранения газа. Среди прочего, он осветил свой дом на Redruth и его коттедж в Сохо, Бирмингем в 1792 г. вход в Комиссары полиции Манчестера помещения 1797 г., внешний вид фабрики г. Бултон и Ватт в Бирмингем, и большой хлопковая фабрика в Salford, Ланкашир в 1805 году.^[2]

Профессор Ян Питер Минкелеерс осветил свою аудиторию в Лувенский университет в 1783 г. и Лорд Дандональд зажег свой дом в Калросс, Шотландия, в 1787 году газ в опломбированных 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 Лондонская и Вестминстерская газовая легкая и коксохимическая компания на улице Великого Петра в 1812 году прокладка деревянных труб для освещения Вестминстерский мост с газовые фонари в канун Нового года в 1813 году. В 1816 году Рембрандт Пил и четыре других учредили Газовая световая компания Балтимора, первая газовая компания в Америке. В 1821 г. натуральный газ использовался в коммерческих целях в Фредония, Нью-Йорк. Первый немецкий газовый завод был построен в Ганновере в 1825 году, а к 1870 году в Германии было 340 газовых заводов, которые производили городской газ из угля, древесины, торфа и других материалов.

Условия труда в Газовая легкая и коксохимическая компания 'Horseferry Road Works, Лондон, в 1830-х годах была описана французской посетительницей Флорой Тристан в ее Promenades Dans Londres:

Горели два ряда печей с каждой стороны; эффект не отличался от описания Вулкан кузница, за исключением того, что Циклопы были одушевлены божественной искрой, тогда как смуглые слуги английских печей были безрадостны, молчаливы и оцепенели ... Бригадир сказал мне, что кочегары были выбраны из самых сильных, но, тем не менее, все они стали чахотками через семь или восемь лет от тяжелого труда и умер от легочной чахотки. Этим объяснялись печаль и апатия на лицах и каждое движение несчастных мужчин.^[3]

Подача первого трубного газа общего пользования состоялась до 13 газовые лампы, каждый с тремя стеклянными шарами по длине Pall Mall, Лондон в 1807 году. В этом заслуга изобретателя и предпринимателя. Фредрик Винзор и сантехник Томас Сагг, кто изготовил и уложил трубы. Копать улицы, чтобы прокладывать трубы необходимое законодательство и это задержало развитие уличного освещения и газа для бытовых нужд. Тем временем, Уильям Мердок и его ученик Сэмюэл Клегг устанавливали газовое освещение на заводах и на рабочих местах, не встречая таких препятствий.

Ранняя история добычи угольного газа путем газификации

Эта секция нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален (Август 2014 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

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.^[4]

1860-е годы были золотым веком разработки угольного газа. Ученые любят Кекуле и Перкин раскрыл секреты органической химии, чтобы раскрыть, как производится газ и его состав. Благодаря этому появились лучшие газовые установки и пурпурные красители Perkin, такие как Mauveine. В 1850-х годах процессы изготовления Производитель газа и Водяной газ из кокса. Необогащенный водяной газ можно описать как голубой водяной газ (BWG).

Монд газ, разработанная в 1850-х годах Людвиг Монд, был производителем газа 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. Карбюраторный 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 карбюраторного водяного газа был улучшен за счет Таддеус С. К. Лоу в 1875 г. Газойль был зафиксирован в BWG посредством термокрекинга в карбюраторе и перегревателе генераторной установки CWG. CWG была доминирующей технологией в США с 1880-х до 1950-х годов, заменив газификацию угля. CWG имеет CV 20 МДж / м³ то есть чуть больше половины природного газа.

Развитие угольной газовой промышленности в Великобритании

Появление лампы накаливания на заводах, в домах и на улицах, заменяя масляные лампы и свечи с устойчивым ясным светом, почти в тон дневной свет своим цветом превратили ночь в день для многих, сделав ночь сменная работа возможно в отраслях, где свет был важен - в прядение, ткачество и шитье одежды и т. д. Социальную значимость этого изменения трудно оценить для поколений, выросших с освещением после наступления темноты, доступным одним нажатием переключателя. Не только ускорилось промышленное производство, но и стали безопасными улицы, облегчилось общение, 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. Изобретение счетчик газа и счетчик предоплаты в конце 1880-х годов сыграл важную роль в продаже городского газа бытовым и коммерческим потребителям.

1934 газовая плита в Англия

Образование и обучение большого числа сотрудников, попытки стандартизировать производственные и коммерческие практики и смягчение коммерческого соперничества между компаниями-поставщиками стали толчком к созданию ассоциаций менеджеров по газу, в первую очередь в Шотландия в 1861 г. А Британская ассоциация менеджеров по газу была образована в 1863 г. в Манчестер и это, после бурной истории, стало основой Институт инженеров-газовиков (ИГЭ). В 1903 году реконструирован Институт инженеров-строителей (ICE) инициировал курсы для студентов газового производства в Лондонский институт Сити и гильдий. ИГЭ получил Королевская хартия в 1929 году. Университеты не спешили реагировать на потребности отрасли, и только в 1908 году первая профессура угольной газовой и топливной промышленности была основана в Университет Лидса. В 1926 г. Газовая легкая и коксохимическая компания открыт Дом Уотсона рядом с Девять вязов Газовый завод.^[5] Сначала это был научная лаборатория. Позже в него был включен учебный центр. ученики но ее главный вклад в отрасль - это испытательные центры для газовых приборов, которые были доступны для всей отрасли, включая производителей газовых приборов.^[5] 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.

В течение Первая Мировая Война, побочные продукты газовой промышленности, фенол, толуол и аммиак и соединения серы были ценными ингредиентами для взрывчатка. Много каменный уголь Ведь газовая установка доставлялась морем и была уязвима для нападения противника. До войны в газовой промышленности было много служащих, в основном мужчин. Но появление печатная машинка и женщина машинистка внесла еще одно важное социальное изменение, которое, в отличие от занятости женщин в промышленности военного времени, имело долгосрочные последствия.

Межвоенные годы ознаменовались развитием непрерывного вертикальная реторта которые заменили многие горизонтальные реторты с периодической подачей. Были улучшения в хранении, особенно в безводном газгольдер, а распространение с появлением 2–4 дюймовые стальные трубы для транспортировки газа под давлением до 50 фунтов на квадратный дюйм (340 кПа) в качестве питающей магистрали по сравнению с традиционными чугунные трубы работает в среднем 2–3 дюймы водомер (500–750 Па ). Бензол в качестве автомобильного топлива и каменноугольная смола в качестве основного сырья для развивающихся органическая химическая промышленность обеспечил газовой отрасли существенные доходы. Нефть вытеснила каменноугольную смолу в качестве основного сырья в органической химической промышленности после Вторая Мировая Война и потеря этого рынка усугубила экономические проблемы газовой промышленности после войны.

На протяжении многих лет разрабатывались самые разные устройства и способы использования газа. Газовые пожары, газовые плиты, холодильники, стиральные машины, утюги, покеры для розжига угольных костров, газовые бани, дистанционно управляемые кластеры газовые фонари, газовые двигатели различных типов, а в последующие годы газовый теплый воздух и горячая вода центральное отопление и кондиционер, все из которых внесли огромный вклад в улучшение качества жизни в городах по всему миру. Эволюция электрическое освещение газовый свет погас, кроме случаев, когда применялось согласование цветов, как в галантерея магазины.

Процесс

Схема газификатора Lurgi

При газификации уголь продувается кислород и пар (водяной пар) при нагревании (а в некоторых случаях под давлением). Если уголь нагревается от внешних источников тепла, процесс называется «аллотермическим», в то время как «автотермический» процесс предполагает нагрев угля посредством экзотермических химических реакций, происходящих внутри самого газогенератора. Важно, чтобы подаваемого окислителя было недостаточно для полного окисления (сгорания) топлива. Во время указанных реакций молекулы кислорода и воды окислять уголь и произвести газовую смесь углекислый газ (CO₂), монооксид углерода (CO), водяной пар (ЧАС₂O), и молекулярный водород (ЧАС₂). (Некоторые побочные продукты, такие как смола, фенолы и т. Д., Также являются возможными конечными продуктами, в зависимости от конкретной используемой технологии газификации.) Этот процесс проводился на месте в пределах природных угольных пластов (называемых подземная газификация угля ) и на угольных заводах. Желаемый конечный продукт обычно представляет собой синтез-газ (т. Е. Комбинацию H₂ + CO), но полученный угольный газ также может быть дополнительно очищен для получения дополнительных количеств H₂:

3C (т.е. уголь) + O₂ + H₂O → H₂ + 3CO

Если переработчик хочет производить алканы (т.е. углеводороды, присутствующие в натуральный газ, бензин, и дизельное топливо ), 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 воздействию реакция конверсии водяного газа где больше водорода образуется в результате дополнительной реакции с водяным паром:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Хотя в настоящее время существуют другие технологии газификации угля, все они, как правило, используют одни и те же химические процессы. Для низкосортных углей (т.е. «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.

«Прямой обдув» предполагает, что уголь и окислитель подаются 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, запрещающую импорт нефти и природного газа. 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.

«Обратный обдув» (по сравнению с описанным ранее 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 CO₂ и H₂O, содержащийся в газе, дополнительно химически восстанавливается до CO и H₂. По сравнению с технологией «прямой продувки» в газе отсутствуют токсичные побочные продукты: они отключаются в зоне реакции. Этот вид 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 дальнейших попыток разработки не было. 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, известной сейчас 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 конкурентной рыночной ценой другого. Когда Советский Союз и его КАТЕКНИИУголь прекратили свое существование, эта технология была принята отдельными учеными, которые ее изначально разработали, и в настоящее время изучается в России и распространяется по всему миру. Сейчас известно, что промышленные предприятия, использующие его, работают в Улан-Батаре (Монголия) и Красноярске (Россия).

Технология газификации в слое сжатого воздуха, созданная в результате совместной разработки Wison Group и Shell (гибрид). 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 и 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

Подземная газификация угля (ПГУ) - это промышленный процесс газификации, который осуществляется в недобываемых угольных пластах. Он включает закачку газообразного окислитель, обычно кислород или воздух, и вывод полученного продукта газа на поверхность через добывающие скважины, пробуренные с поверхности. Продуктовый газ можно использовать как химический сырье или как топливо за выработка энергии. Этот метод может применяться к ресурсам, добыча которых в противном случае неэкономична. Он также предлагает альтернативу обычным добыча угля методы. По сравнению с традиционной добычей угля и газификацией, ПХГ оказывает меньшее экологическое и социальное воздействие, хотя экологические проблемы существуют, 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 традиционным сжиганием добытого угля, при котором CO₂ образующийся в результате сгорания, значительно разбавляется азотом и остаточным кислородом в выхлопных газах с давлением, близким к атмосферному, что делает улавливание CO относительно трудным, энергоемким и дорогостоящим.₂ (это известно как «дожигание» CO₂ захватывать).

В газификация с другой стороны, кислород обычно подается в газификаторы, и сжигается ровно столько топлива, чтобы обеспечить теплотой для газификации остального; кроме того, газификация часто проводится при повышенном давлении. Получаемый синтез-газ обычно находится под более высоким давлением и не разбавляется азотом, что позволяет намного проще, эффективнее и дешевле удалять CO.₂. Уникальная способность комбинированного цикла газификации и интегрированной газификации легко удалять CO₂ из синтез-газа до его сжигания в газовой турбине (так называемый «предварительное сжигание» CO₂ улавливание) или его использование в топливе или синтезе химикатов - одно из его значительных преимуществ перед традиционными системами утилизации угля.

CO₂ параметры технологии захвата

Все процессы конверсии на основе газификации угля требуют удаления сероводорода (H₂S; кислый газ) из синтез-газа как часть общей конфигурации установки. Типичные процессы удаления кислого газа (AGR), используемые при проектировании газификации, представляют собой либо систему химического растворителя (например, аминовая очистка газа системы на основе MDEA, например) или системы физических растворителей (например, Ректизол или же Селексол ). 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 H₂S из потока синтез-газа. Для значительного улавливания CO₂ от газификационной установки (например,> 80%) CO в синтез-газе сначала должен быть преобразован в CO₂ и водород (H₂) через водогазовая смена (WGS) шаг вперед по течению от завода AGR.

Для приложений газификации или интегрированного комбинированного цикла газификации (IGCC) модификации установки, необходимые для добавления возможности улавливания CO₂ минимальны. Синтез-газ, производимый газификаторами, необходимо обрабатывать с помощью различных процессов для удаления примесей, уже присутствующих в газовом потоке, поэтому все, что требуется для удаления CO₂ заключается в добавлении к этой технологической линии необходимого оборудования, абсорбера и регенератора.

При сжигании необходимо внести изменения в выхлопную трубу из-за более низких концентраций CO.₂ Присутствие в выхлопных газах требует обработки гораздо больших объемов всего газа, что требует более крупного и дорогостоящего оборудования.

IGCC (Интегрированный комбинированный цикл газификации) на базе проектов в США с CO₂ захват и использование / хранение

Миссисипи Пауэрс Кемпер Проект был спроектирован как установка IGCC на лигнитном топливе, вырабатывающая 524 МВт электроэнергии из синтез-газа, при этом улавливая более 65% CO₂ генерируется с использованием Селексол процесс. Технология комплексной газификации транспорта (TRIG) на предприятии Kemper была разработана и лицензирована KBR. Сотрудничество₂ будут отправлены по трубопроводу на истощенные нефтяные месторождения в Миссисипи для повышенная нефтеотдача операции. 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.

Водородная энергия Калифорния (HECA) будет мощностью 300 МВт, работающей на угле и нефтяном коксе и работающей на полигенерации IGCC (производящей водород как для выработки электроэнергии, так и для производства удобрений). Девяносто процентов CO₂ произведенные будут захвачены (с использованием Ректизол ) и транспортируется на нефтяное месторождение Элк-Хиллз для повышения нефтеотдачи пласта, что позволяет извлекать дополнительно 5 миллионов баррелей отечественной нефти в год. 4 марта 2016 года Энергетическая комиссия Калифорнии распорядилась прекратить рассмотрение заявки HECA.

Саммита Техасский проект чистой энергии (TCEP) будет угольным проектом мощностью 400 МВт / полигенерацией на базе IGCC (также производящим карбамидные удобрения), который будет улавливать 90% углекислого газа.₂ в предварительном сжигании с использованием Ректизол процесс. Сотрудничество₂ не используемые в производстве удобрений, будут использоваться для увеличения нефтеотдачи Пермского бассейна Западного Техаса.

Такие растения, как Техасский проект чистой энергии которые нанимают улавливание и хранение углерода рекламируются как частичное или временное решение проблем изменения климата, если их можно сделать экономически жизнеспособными за счет улучшения конструкции и массового производства. Регулирующие органы и налогоплательщики столкнулись с противодействием из-за увеличения затрат; и от экологов, таких как Билл Маккиббен, которые считают любое продолжающееся использование ископаемого топлива контрпродуктивным.^[6]

Побочные продукты

Побочные продукты производства угольного газа включают: кокс, каменноугольная смола, сера и аммиак; все полезные продукты. Красители, лекарства, в том числе сульфамидные, сахарин поэтому многие органические соединения получают из угольного газа.

Кокс используется как бездымное топливо и для производства водяной газ и производитель газа. Каменноугольная смола подвергается фракционная перегонка для восстановления различных продуктов, в том числе

• деготь, для дорожного покрытия
• бензол, моторное топливо
• креозот, консервант древесины
• фенол, используется при изготовлении пластмассы
• крезолы, дезинфицирующие средства

Сера используется в производстве серная кислота и аммиак используется в производстве удобрения.

Коммерциализация

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.^[7]

По состоянию на 2017 год крупномасштабное расширение отрасли газификации угля происходило только в Китае, где местные органы власти и энергетические компании продвигают отрасль, обеспечивая рабочие места и рынок для угля. По большей части предприятия расположены в отдаленных, 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.^[8]

Воздействие на окружающую среду

Воздействие промышленной угольной промышленности на окружающую среду

Газометр в Вест Хэм, объединенное Королевство

С момента первоначальной разработки до широкого внедрения природного газа в стране существовало более 50 000 заводов по производству газа. Соединенные Штаты один. В процессе производства газа обычно образуются побочные продукты, загрязняющие газ. почва и грунтовые воды внутри и вокруг завода-изготовителя, поэтому многие бывшие городские газовые заводы являются серьезным относящийся к окружающей среде Затраты на очистку и восстановление часто бывают высокими. Промышленные газовые заводы (MGP) обычно располагались рядом или рядом с водными путями, которые использовались для транспортировки угля и для сброса сточных вод, загрязненных смолой, аммиаком и / или капельными маслами, а также непосредственно сточными смолами и водно-смоляными 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 XIX века, рынок смолы был разнообразным, 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 отход . Обычно отходы гудрона утилизировали в старых газгольдерах, штольнях или даже шахтах (если они есть). Со временем смолы разлагаются. фенолы, бензол (и другие моноароматические соединения -BTEX ) и полициклические ароматические углеводороды выбрасывается в виде шлейфов загрязняющих веществ, которые могут выбрасываться в окружающую среду. Включены прочие отходы "синий Билли ",^[9] который является соединением ферроферрицианида - синий цвет от Берлинская лазурь, который в коммерческих целях использовался как краситель. Blue billy, как правило, представляет собой гранулированный материал и иногда продавался на местном уровне с надписью «гарантированное отсутствие сорняков». Наличие синего билли может придавать отходам газовых заводов характерный затхлый / затхлый цвет.горький миндаль или же марципан запах, который связан с цианид газ.

Переход на процесс карбюрирования водяного газа первоначально привел к снижению выхода смолы водяного газа по сравнению с объемом смол каменного угля. 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 сложно, долго и дорого ломать. (Причина образования эмульсий смоляной воды 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 наполнилось имеющаяся емкость для хранения на MGP, и руководство завода часто сбрасывало эмульсии в карьеры, из которых они могли быть или не могли быть позже извлечены. Даже если эмульсии регенерировались, экологический ущерб от размещения смол в ямах без футеровки сохранялся. Сброс эмульсий (и других смолистых остатков, таких как гудрон, дно 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 восстановление окружающей среды ) сегодня.

Загрязняющие вещества, обычно связанные с FMGP, включают:

• BTEX
  • Распространяется из месторождений каменноугольных / газовых смол
  • Утечки карбюраторного масла / светлого масла
  • Утечки из капельниц, собирающих конденсируемые углеводороды из газа.
• Каменноугольная смола отходы / шлам
  • 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 плотны, чем вода, и присутствуют в окружающей среде в виде плотная неводная фаза жидкости.

В Великобритании ряд бывших газовых заводов были перепрофилированы для жилищного и другого использования (в том числе Купол тысячелетия ), которая рассматривается как первоклассный участок земли под застройку в пределах городских границ. Такие возможности развития в настоящее время приводят к проблемам, связанным с планированием и режимом загрязненных земель, и недавно^{[когда? ]} обсуждался в Палате общин.

Влияние современной газификации угля на окружающую среду

Процессы газификации угля требуют мер контроля и предотвращения загрязнения для уменьшения выбросов загрязняющих веществ.^{[10][11][нужен лучший источник ]} Загрязняющие вещества или выбросы, вызывающие озабоченность в контексте газификации угля, включают, прежде всего:^{[нужна цитата ]}

• Зола и шлак

Бесшлаковые газификаторы производят сухую золу, аналогичную той, которая образуется при обычном сжигании угля, что может представлять опасность для окружающей среды, если зола (обычно содержащая тяжелые металлы) является выщелачиваемой или едкой, и если зола должна храниться в зольных резервуарах. Газификаторы шлака, 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.^[12]

• Двуокись углерода (CO₂)

CO₂ имеет первостепенное значение в глобальном изменении климата.

• Меркурий
• Мышьяк
• Твердые частицы (PM)

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

• Диоксид серы (SO₂)

Обычно уголь содержит от 0,2 до 5 процентов серы по сухому весу, которая превращается в H₂S 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_Икс)

(НЕТ_Икс) относится к оксиду азота (NO) и диоксиду азота (NO₂). 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 НЕТ_Икс также может образовываться ниже по потоку при сгорании синтез-газа в турбинах.

Смотрите также

• История производимого газа
• Процесс Фишера-Тропша
• Завод газификации угля в Джорджтауне
• Сасол
• Secunda CTL
• Электростанция Эдвардспорта
• Кемпер проект

Рекомендации

Эта статья включаетматериалы общественного достояния с веб-сайтов или документов Министерство энергетики США.

внешняя ссылка

• Gasifipedia, всеобъемлющая онлайн-коллекция ресурсов для лучшего понимания технологии газификации (с упором на газификацию угля), разработанная и поддерживаемая Национальной лабораторией энергетических технологий (NETL) Министерства энергетики США.
• Программа систем газификации Национальной лаборатории энергетических технологий Министерства энергетики США (NETL)
• «Практический опыт, полученный в течение первых двадцати лет эксплуатации завода по газификации Великих равнин, и его значение для будущих проектов» (PDF-3.1MB), Управление ископаемой энергии Министерства энергетики США, май 2006 г.