Технологічне лідерство

Одним з основних напрямків підвищення ефективності шарового коксування є підвищення продуктивності за рахунок збільшення об’єму камер коксування. Очевидно, що зі збільшенням об’єму камер можна скоротити необхідну кількість батарей і печей в батареї, що в свою чергу дає наступні переваги:

• зменшення кількості видач і завантажень. Основна кількість викидів з коксових печей відбувається в той час, коли камери відкриті для видачі та завантаження, таким чином зменшення кількості печей скорочує загальну кількість викидів;
• зменшення довжини ущільнювальних поверхонь для закриття печі. Це сприяє зменшенню викидів під час коксування;
• менші розміри території для розміщення об’єктів, що скорочує кількість інвестицій в земельні ділянки;
• зменшення кількості комплектів коксових машин, вугільних башт, комплексів для гасіння коксу і коксових рамп. Це є одним із основних факторів, що скорочують інвестиційні витрати;
• підвищення продуктивності праці обслуговуючого персоналу, що є важливим фактором, який ефективно впливає на зменшення вартості виробництва.

За проектами Гипрококсу побудовані високопродуктивні коксові батареї з об’ємом камер коксування 41,3 і 51,0 м³ заввишки 7 м, в перспективі – будівництво коксових батарей з печами об’ємом камер коксування 64,6 м³ і 70,5 м³, заввишки 7,6 м із ступінчастим підведенням повітря.

В умовах зростаючих вимог до захисту навколишнього середовища питання розробки і впровадження заходів, що забезпечують зниження утворення оксидів азоту NОх, стали дуже актуальними в коксохімічному виробництві, де основна кількість оксидів азоту викидається з димовими газами коксових батарей. Суттєвого зменшення утворення оксидів азоту в опалювальній системі коксової батареї, як свідчить світовий досвід, можна досягти спільним використанням рециркуляції і ступінчастого підведення повітря в вертикали. Організація ступінчастого підведення повітря покращує рівномірність обігрівання по висоті печі, стабілізує і дещо покращує міцності характеристики коксу за показниками М₂₅ і М₁₀.

Технологія попереднього трамбування застосовується для виробництва коксу із шихт зі збільшеним вмістом слабкоспікливого вугілля в шихті до 65 % (традиційна технологія до 35 %). Суть процесу полягає у зближенні зерен вугілля при трамбуванні, що сприяє поліпшенню спікання вугілля при коксуванні і формуванню міцного коксу. На відміну від щільності завантаження печей насипом 0,75 т/м3, щільність вугільного пирога в печі зростає до 0,99 т/м3 (на суху масу). Ущільнення вугільного завантаження проводиться поза камери коксування у вигляді вугільного «пирога» з розмірами, відповідними геометричним розмірам камери. При визначенні розмірів коксових печей для технології з трамбуванням при проектуванні ГИПРОКОКСом першої такої батареї на ПАТ «Алчевськкокс» (батарея № 9 біс) було прийнято рішення, на підставі досвіду роботи заводу CKZ у Діллінгені (Німеччина), обмежити висоту печі 5000 мм, ширину – 500 мм при конусності камери 20 мм. Тривалий досвід роботи батареї № 9 біс, а в подальшому і батареї 10 біс показав, що є певні резерви для збільшення корисного об’єму камери коксування. Крім того було виконано удосконалення механізму трамбування. При проектуванні нових коксових батарей для технології з трамбуванням прийнято рішення збільшити висоту печей до 6250 мм, ширину до 550 мм. Співвідношення висоти і ширини печей при цьому складе 12,00, збільшиться також на 960 мм довжина печей. Обсяг вугільного пирога при цьому збільшився в порівнянні з попередньою модифікацією печей практично на 50 % – до 47,84 м3, разове завантаження – до 44,5 т (сух. маси).

У міру розвитку нафтохімічного виробництва знизилася рентабельність хімічних продуктів, одержуваних при коксуванні вугілля. Поряд з цим посилилися вимоги до екологічної безпеки підприємств. Це стало підставою для поновлення виробництва коксу в печах із спалюванням всіх летючих продуктів, що виділяються при коксуванні, безпосередньо всередині печей без уловлювання хімічних продуктів.

Надлишкове тепло процесу коксування, що утворюється при цьому, утилізується для виробництва пари та електроенергії. Удосконалена конструкція печей такого типу вперше широко стала застосовуватися компанією SunCoke (США) наприкінці 1990-х рр. Нова технологія отримала назву коксування «без уловлювання» (NR) або «з використанням тепла» (HR).

Відсутність при виробництві коксу складного хімічного крила виявилося при здійсненні проектів привабливим. У цій технології крім вуглепідготовки і коксових печей застосовується тільки енергетичне обладнання (котли-утилізатори, енергогенератори) і установка очищення відхідних продуктів горіння від двоокису сірки.

З екологічної точки зору технологія NR/HR у порівнянні з традиційною має перевагу, оскільки коксування ведеться при розрідженні в печах (50 – 70 Па).

До переваг технології NR/HR слід віднести відсутність забруднених стічних вод. Як промислові відходи утворюється гіпс, який має збут.

Технологія виробництва коксу без уловлювання хімічних продуктів в останні 20 років знайшла в світі досить широке застосування. До 2012 р за цією технологією вироблялося до 7% усього світового виробництва коксу на 62 коксових підприємствах, у тому числі: 45 в Китаї, 10 в Індії, 5 в США і 2 в Бразилії.

Основна кількість коксу, одержуваного за технологією NR/HR, виробляється в ширококамерних печах з плоским подом і арковим підсклепінням.

З початку 2000-х рр. Гипрококсом був розроблений проект (основні технічні рішення) подових (горизонтальних) печей для технології без уловлювання.

Проект печей виконаний для виробничого модуля, що складається з двох блоків по 16 печей (всього 32 печі) загальною продуктивністю 200 тис. т/рік коксу, який передбачається використовувати при виконанні конкретного проекту для підприємства заданої потужності. Розміри печей прийняті з конструктивних міркувань на основі зарубіжного досвіду. Корисний об’єм камери коксування – 45,6 м³. Завантаження печі здійснюється виготовленим на стаціонарному трамбувальному пристрої під вугільної баштою вугільним пирогом. Готовий пиріг передається на піддоні на завантажувальну машину і з неї – в камеру коксування. Період коксування прийнятий 48 годин. Видача готового коксу здійснюється іншою машиною – коксовиштовхувачем. Гасіння коксу здійснюється в гасильний башті, можливо спорудження установки сухого гасіння. Гарячі продукти горіння відводяться в котел-утилізатор по лежаку нижче фундаментної плити.

В нинішній час Гипрококсом виконується опрацювання конструкції печі NR/HR з вертикальними камерами коксування.

Для підвищення конкурентоспроможності коксохімічних виробництв ДП «ГИПРОКОКС» приділяє велику увагу питанню енергозбереження та підвищення енергоефективності виробництва.

В нинішній час димові гази від коксової батареї, які мають досить високу температуру (280 – 350 °С), безповоротно викидаються в атмосферу. ГИПРОКОКСом опрацьовуються різні варіанти корисного використання теплового потенціалу димових газів, у тому числі з використанням сучасного обладнання – теплових насосів і установок органічного циклу Ренкіна.

Одним з найбільш ефективних способів є спорудження установки теплового знешкодження та утилізації тепла димових газів. В установці частина тепла, що міститься в димових газах коксової батареї, використовується для отримання пари необхідних параметрів для вироблення електроенергії та технологічних потреб. Гази, що виходять з коксової батареї, мають у своєму складі забруднюючі речовини (СО, SO₂, NO_x, тверді суспендовані речовини), що викидаються в атмосферу, тому доцільно поєднати процес утилізації тепла з тепловим знешкодженням димових газів.

Установка дозволяє:

• частково утилізувати тепло димових газів коксової батареї;
• зменшує шкідливий вплив на навколишнє середовище;
• знижує енергоємність основного продукту.

Доцільність спорудження установок з утилізації тепла визначається в кожному конкретному випадку окремо, залежно від конкретних умов виробництва.

Принцип гасіння в установках сухого гасіння коксу (УСГК) полягає в охолодженні гарячого коксу інертними газами, циркулюючими в замкнутому контурі між камерою, наповненою гарячим коксом, і котлом-утилізатором (теплообмінником). Витягання тепла із розпеченого коксу засноване на теплообміні через прямий контакт циркулюючих інертних газів з розпеченим коксом і передачі цього тепла в котел-утилізатор.

Спосіб сухого гасіння дозволяє утилізувати близько 80 % тепла, що забирається коксом з печі, або близько 40 – 45 % тепла, що витрачається на коксування. З однієї тонни погашеного коксу отримується в середньому до 0,45 т пари енергетичних параметрів (в проектах Гипрококсу P = 3,9 МПа, t = 440 ºС). Залежно від конкретних умов пара використовується для отримання електроенергії та для технологічних цілей

Важливим аспектом використання сухого гасіння коксу є поліпшення механічних і фізико-хімічних властивостей виробленого металургійного коксу. В результаті стабілізації при ізотермічній витримці в камері накопичувачі і механічної обробки в процесі руху в камері гасіння поліпшується гранулометричний склад коксу, підвищується механічна міцність, поліпшуються показники реакційної здатності та післяреакційної міцності. Застосування сухого гасіння коксу може розглядатися як засіб, що дозволяє без погіршення якості коксу замінити в складі шихти для коксування частину добре спікливого вугілля (марки Ж і ОС) на слабкоспікливе (до 15 %)

Технологія сухого гасіння коксу в порівнянні з мокрим гасінням розглядається як один з важливих чинників підвищення екологічної безпеки коксового виробництва.

Сухе гасіння коксу слід також розглядати як технологію виробництва енергії без викиду в атмосферу парникового газу – CO₂. Ефективність, що досягається, оцінюється в порівнянні з роботою теплових агрегатів відповідної продуктивності, що працюють зі спалюванням твердого палива (вугілля).

Позитивні результати роботи установки стали підставою для широкого застосування УСГК як основного способу гасіння коксу. ДП «Гипрококс» виконав 34 проекти УСГК загальною кількістю 148 блоків. Реалізовано 10 ліцензій на технологію Гипрококсу по сухому гасінню коксу в Японію, Німеччину, Польщу, Італію та інші країни.

Склад і компоновка УСГК варіюються залежно від умов розміщення на конкретних виробничих ділянках, показників виробництва і переваг замовників. Побудовані УСГК включають від двох до п’яти блоків з продуктивністю одного блоку 50 або 70 т/год. Найбільш раціональним з точки зору виробничої надійності є чотириблокова УСГК: два блоки знаходяться в роботі, один блок – у гарячому резерві, один блок – у холодному резерві. При даному компонуванні УСГК гарантує безперебійне гасіння всього коксу, що надходить від батареї, дозволяє виконувати профілактичні роботи та ремонти у разі аварійних ситуацій.

Поряд з багатокамерними УСГК у світі відомі моноблокові УСГК з максимальною продуктивністю блоку до 180 – 250 т/год. Зі збільшенням габаритів камери гасіння виникає ряд нових проблем: збільшення висоти підйому коксу на верх камер, сегрегація коксу в камері, ускладнення розподілу газу по перетину камери гасіння, підвищені навантаження на кладку і обладнання тощо. Проте економічний ефект моноблокової УСГК перевершує показники установок з декількох блоків аналогічної сумарної продуктивності. Моноблокові УСГК доцільні для комплексів батарей продуктивністю не менше ніж 1 млн т коксу на рік.

Перевагами моноблокової УСГК є: менша капіталомісткість, менші терміни введення в експлуатацію, спрощення системи керування та обліку параметрів, компактне розміщення на території.

Однак для забезпечення безперебійного гасіння коксу з діючою батареї в період обов’язкових зупинок на ревізії та ремонти (річний фонд роботи котлів 330 діб) потрібно спорудження резервного комплексу мокрого гасіння та коксової рампи, що має бути враховано у вартість будівництва. Під час тривалої роботи з мокрим гасінням слід враховувати зміну характеру викидів в атмосферу, припинення виробництва пари, можливе змінення складу шихти, зміна якості коксу.

Необхідність у розробці проекту моноблокової УСГК великої продуктивності для Гипрококсу визначається запитами потенційних замовників.

Виробництво коксу з кам’яного вугілля супроводжується виділенням попутного продукту процесу коксування – коксового газу. Сирий коксовий газ, що виходить з коксових печей, містить у своєму складі певні хімічні речовини, які виділяються з газу і переробляються в товарну продукцію або утилізуються в хімічних цехах. До цих хімічних речовин відносяться: смола кам’яновугільна, бензольні вуглеводні, аміак, сірководень.

Необхідність очищення коксового газу від хімічних речовин диктується також умовами використання його як технологічне та енергетичне паливо.

Нижче наводиться опис перспективних проектних робіт, що виконуються Гипрококсом по хімічних цехах коксохімічного виробництва.

1. Традиційні технологічні схеми виділення з коксового газу аміаку і сірководню передбачають роздільні процеси з використанням хімічних реагентів і отриманням товарних продуктів.

Для видалення аміаку з коксового газу використовується сатураторний або безсатураторний метод із застосуванням 3-12%-вого розчину сірчаної кислоти (H₂SO₄) і отриманням готового продукту – сульфату амонію (NH₄)₂SO₄, який є добривом.

Для видалення сірководню з коксового газу використовується вакуум-карбонатний або моноетаноламіновий метод із застосуванням соди (Na₂CO₃) або моноетаноламіну технічного (CH₂CH₂OH)NH₂ з отриманням, як правило, сірчаної кислоти, яка потім направляється на виробництво сульфату амонію.

Комплексне очищення коксового газу від аміаку (NH₃) і сірководню (H₂S) круговим методом, що розробляється ДП «ГИПРОКОКС», є високоефективним технічним рішенням, що дозволяє об’єднати два технологічних процеси (виділення аміаку і виділення сірководню) в один. При цьому аміак уловлюється циркулюючою водою, а сірководень з газу витягується насиченою аміаком водою. У цій технології не застосовуються спеціальні хімічні реагенти. Очищення коксового газу забезпечується до необхідних нормативних показників: аміаку – до 0,03 г/нм³, сірководню – до 0,5 г/нм³.

2. Традиційні технології забезпечують норматив 0,5 г/нм³ сірководню в очищеному газі, що відповідає чинним в Україні нормам і правилам.

На вимогу деяких українських і закордонних металургійних підприємств, що використовують коксовий газ як енергетичне паливо, коксохімічні виробництва повинні забезпечити його чистоту за вмістом сірководню < 0,5 г/нм³.

ДП «Гипрококс» розроблена і удосконалюється технологія глибокого очищення коксового газу від сірководню до 0,05 г/нм³.

Обидві описані вище технології (1 і 2) відносяться до заходів охорони навколишнього повітря від забруднень.

3. У хімічних цехах коксохімічних виробництв використовується різне обладнання: скрубери (абсорбери), газові холодильники трубчасті і холодильники безпосередньої дії, механізовані освітлювачі для води і смоли, електрофільтри для очищення газу від смоли, резервуари, ємності та багато іншого обладнання, яке відноситься до обладнання індивідуального виготовлення.

ДП «Гипрококс» розробляє технічні проекти такого нестандартного обладнання для можливості подальшого його виготовлення машинобудівними заводами України. Останні розробки ДП «Гипрококс» по окремих видах обладнання спрямовані на підвищення одиничної продуктивності технологічних апаратів із забезпеченням технологічних норм і безпеки експлуатації.

В даний час розробляється документація на скрубери (абсорбери) для очищення коксового газу від аміаку, сірководню, бензольних вуглеводнів продуктивністю
до 160 тис. нм³/год. для єдиного газового потоку. Виконуються проекти іншого обладнання. Розробка устаткування підвищеної одиничної потужності дозволяє скоротити територію забудови, зменшити кількість обслуговуючих майданчиків, а відповідно і витрату матеріалів на їх виготовлення та монтаж, знизити експлуатаційні витрати.

Процеси виробництва генераторного газу для технологічних та енергетичних цілей з твердих горючих корисних копалин (кам’яного і бурого вугілля, лігнітів, торфу), промислових та побутових відходів, біоресурсів  займають у світовій практиці достойне місце: вони добре розроблені і широко використовуються в різних країнах (США, Китай, Індія тощо). Для України в даний час – в умовах дефіциту природного газу та наявності достатніх запасів кам’яного та бурого вугілля – питання про відродження промислової газифікації вугілля також є дуже актуальним. ДП «Гипрококс» протягом тривалого часу здійснює розробку оптимальних схем газифікації вугілля і впровадження в промисловість газифікаторів невеликої продуктивності з метою заміщення природного газу генераторним, отриманим з місцевих покладів кам’яного і бурого вугілля (мал. 7.1).

Оптимальним з економічної та екологічної точок зору є використання двоступінчастих газифікаторів вугілля з виробленням холодного генераторного газу, в яких процес газифікації відбувається в нерухомому шарі вугілля з автотермічним способом підводу тепла в умовах атмосферного тиску. Як окислювачі у даному випадку застосовуються повітря і водяна пара.

Малюнок 7.1 – Схема процесу газифікації:1 – газифікатор; 2 – паровий барабан;
3 – смоловідділювач; 4 – охолоджувач; 5 – оливовіддільник; 6 – циклон; 7 – теплообмінник; 8 – повітряний охолоджувач; 9 – живильні насоси; 10 – вентилятори; 11 – насоси фенольної води; 12 – насос оборотної води; 13 – смола; 14 – компресори; 16 – сепаратор; 17 – башта десульфурації

Зокрема, установка газифікації з двома газифікаторами, що опрацьовується для одного із заводів України, має такі технічні характеристики:

• витрата вугілля – 3,6 – 4,6 т/год.;
• вихід генераторного газу – 12 000 – 15 000 нм³/год. (еквівалент ~ 2 – 2,5 тис. нм³/год. природного газу);
• теплота згоряння газу – близько 6000 кДж/нм³.

При виробництві генераторного газу практично повністю відсутні шкідливі викиди в навколишнє середовище. Завдяки застосуванню для охолодження газу замкнутого циклу і охолоджувача непрямої дії випуск стічних вод повністю відсутній. Викиди шкідливих речовин при спалюванні отриманого синтез-газу з димових труб паливовикористовуючих агрегатів за деякими показниками хоча й перевищують викиди при спалюванні природного газу, проте все ж залишаються в межах, встановлених нормами законодавства України.

У сформованих на даний момент ринкових умовах термін окупності будівництва газогенераторної установки орієнтовно складає два роки, тривалість будівництва – близько шести місяців, що робить дану систему енергопостачання привабливою для багатьох підприємств України, які є споживачами природного газу.

У світовій практиці накопичено значний досвід переробки твердого палива в синтетичне газоподібне та рідке паливо, а також у різні хімічні продукти із застосуванням процесів газифікації, гідрогенізації, піролізу тощо. Причому останні роки позначаються навіть розширенням сфери застосування термохімічних технологій для переробки твердих органічних матеріалів. В основному це різні технології газифікації вугілля (60 %), переробки промислових та побутових відходів (30 %), переробки біомаси тощо. Враховуючи, що комерційна привабливість проектів газифікації безпосередньо залежить від ринкової ціни на кінцевий продукт, спеціалістами ДП «ГИПРОКОКС» визначено, що максимальний прибуток від проекту досягається при виробництві бензину і використанні синтез-газу для прямого відновлення заліза.

ДП «ГИПРОКОКС» вже декілька десятиліть (з кінця 1980-х) здійснює дослідження у сфері газифікації вугілля. Було виконано кілька науково-дослідних і проектних робіт щодо переробки вугілля з метою видобутку з нього моторного палива, отримання водню, відновного газу, який застосовуються при виробництві губчастого заліза. В даний час Гипрококс розробляє «Інвестиційний проект високотехнологічного комплексу з виробництва синтетичного моторного палива». Для участі в розробках запрошено широке коло проектних, дослідних інститутів і організацій. Ведуться переговори щодо залучення до роботи низки зарубіжних компаній (Siemens, ThyssenKrupp, Air Liquide, Haldor Topsoe). Цільовим продуктом за даним проектом є  синтетичне моторне паливо, оскільки саме його виробництво є найбільш затребуваним і економічно виправданим. Газифікація буде проводитися за відомою парокисневою технологією з отриманням  синтез-газу, який буде використано для виробництва бензину та дизельного палива шляхом синтезу за методом MTG.

На мал. 8.1 наведена схема реактора для парокисневої газифікації с отриманням синтез-газу потрібного складу.

Основними енергоресурсами, споживаними в процесі виробництва синтез-газу, є подрібнене вугілля, кисень, водяна пара і електроенергія. Для виробництва кисню необхідне будівництво повітророздільної станції, для забезпечення парою передбачається використання тепла технологічного процесу і будівництво теплоелектростанції.

У зазначеному проекті на першому етапі передбачається використання у якості сировини для газифікації енергетичного вугілля Львівсько-Волинського басейну. Не виключається можливість застосування вугілля Павлоградського родовища. Переробка 4800 тис. т/рік енергетичного вугілля забезпечить отримання близько 1500 тис. т/рік бензину і дизельного палива.

На другому етапі реалізації проекту передбачається розробка Ново-Дмитрівського родовища бурого вугілля у Харківській області та будівництво переробного комплексу.

Плазмохімічна технологія. Гідрогенізація

У даний час ДП «ГИПРОКОКС» разом з іншими організаціями (у тому числі з Харківським національним університетом радіоелектроніки (ХНУРЕ), Національним науковим центром «Харківський фізико-технічний інститут» (ХНЦ ХФТІ), тощо вивчає питання виробництва високоякісного бензину і дизельного палива з водовугільного палива шляхом використання плазмової переробки і технології гідрогенізації.

Конструктивне поєднання в одному реакторі двох фундаментальних технологічних процесів (газифікація вугільної сировини та одержання паливних дистилятів – бензину і дизельного палива) дозволяє значно знизити капітальні та технологічні (експлуатаційні) витрати і максимально підвищити енергетичну ефективність, забезпечивши процес гідрогенізації каталізатором, що сам синтезується.

У зазначений один технологічний апарат завантажується для одержання синтез-газу і каталізаторів рядове (без попереднього збагачення) вугілля (вугілля першого типу), а для здійснення гідрогенізації та одержання дистилятів у середню частину апарату завантажується вугілля другого типу (збагачене вугілля), що забезпечує більший вихід водню при переробці.

У даному випадку в технологічних газових викидах повністю відсутні оксиди азоту, канцерогени, а викид діоксиду вуглецю у рази менший, ніж при застосуванні класичних схем газифікації вугілля – ця особливість устаткування дозволить нашій країні брати участь у продажі квот на викиди парникових газів у рамках Кіотського протоколу.

Також проектом передбачається технологічна генерація електричної енергії із залишків збідненого синтез-газу (відібраний для гідрогенізації водень із великим залишком СО) із використанням комплексу високошвидкісних газотурбінних генераторів.

Єдиними суттєвими відходами при застосуванні даної технології є практично готовий до технологічного використання гарячий клінкер, здатний забезпечити одержання з місцевої сировини сірчистого асфальтобетону, стійкого до тривалих водних низькотемпературних впливів.

Так само має місце надлишок низькопотенційного тепла, що дозволяє (після додаткового узгодженням) доповнити промисловий майданчик тепличним (до десяти гектарів) господарством і фрукто- та овочесховищами із штучним газовим середовищем.

Технологічну схему плазмохімічної переробки вугілля з об’єднанням процесів гідрогенізації і газифікації вугілля наведено на мал. 8.2. В основу розробки цього комплексу закладено патенти ДП «ГИПРОКОКС» і низки авторів з інших підприємств.

Малюнок 8.2 – Технологічна схема установки плазмохімічної переробки вугілля

Виробництво губчастого заліза

У якості цільового продукту, крім моторного палива, спеціалісти ДП «ГИПРОКОКС» розглядали і губчасте залізо, яке можливо виробляти із залізорудних окатишів методом прямого відновлення з використанням у якості відновника синтез-газу, отриманого у процесі газифікації бурого вугілля. Підприємством було виконано бізнес-проект щодо організації виробництва губчастого заліза з використанням відновного газу, одержаного з бурого вугілля Олександрійського родовища Кіровоградської області. Використання губчастого заліза (у вигляді металізованих окатишів) дає можливість виробляти сталь в електросталеплавильних печах, минаючи доменний процес.

Для поновлення видобутку бурого вугілля з Олександрійського родовища необхідно відновити роботу вуглевидобувного комплексу (у тому числі забезпечити відкачку води з затопленого кар’єру, вжити заходів щодо забезпечення технікою, транспортними засобами). За розрахунками ДП «ГИПРОКОКС» до складу промислового комплексу будуть входити об’єкти з термохімічної переробки бурого вугілля в синтез-газ, установка з виробництва губчастого заліза, енергетичний блок для вироблення теплової та електричної енергії, киснева станція.

Впровадження технологій парокисневої і плазмохімічної газифікації для одержання синтетичного моторного палива і губчастого заліза дозволить максимально ефективно використовувати різні види вугілля, що видобуваються на території України, освоїти ті родовища бурого вугілля, які на даний момент не використовуються, забезпечити велику кількість нових робочих місць і підвищити енергонезалежність країни.

Сьогодні найбільш технологічно розвинені країни все більше уваги приділяють використанню плазмових технологій для здійснення газифікації різних вуглецевих матеріалів. Наприклад, компанія Westinghouse Plasma Corp (США) пропонує використовувати технологію плазмової газифікації для переробки різного виду відходів (промислових, побутових, медичних, біомас, автомобільних шин тощо) в синтез-газ з подальшим одержанням з нього рідкого палива, хімпродуктів залучення для виробництва електроенергії тощо. Нещодавно у Великобританії було введено в експлуатацію завод з переробки побутових відходів Air Products Tess Vallery, що характеризується такими параметрами: потужність переробки – 350 тис. т/рік відходів; виробництво синтез-газу – 6500 нм³/год.; розміри газогенератора: висота – 25 м, ширина – 9 м, вага 204 т. За проектами компанії Westinghouse ведеться будівництво подібних заводів в Індії та Китаї.

Основні переваги використання технології плазмової газифікації такі:

• миттєва швидкість протікання реакцій;
• висока просторова енергетичність процесу і високий хімічний потенціал отримуваного продукту;
• протікання процесу практично без інерційного регулювання;
• технологія виключає застосування дорогих установок розділення повітря для отримання кисню для газифікації;
• менші капітальні та сумарні експлуатаційні витрати у порівнянні з іншими технологічними процесами газифікації вугілля.

Однак найголовніша перевага плазмової газифікації полягає в оптимальному складі одержуваного синтез-газу. Вміст СО + Н₂ в загальному обсязі синтетичного газу, отриманого в процесі плазмової газифікації, становить (на основі даних різних джерел) від 97,5 до 99,2 %. Теплота згоряння такого газу складає приблизно 10,5 – 12,5 МДж/м³.

До технологічної схеми плазмової газифікації вугілля для отримання синтез-газу з наступним його застосуванням для виробництва синтетичного моторного палива входять такі основні системи (мал. 7.3.9.1): система підготовки та подачі вугілля на газифікацію; газифікатор з плазмотроном (газовим пальником); система живлення плазмотрона електроенергією; система підготовки води та виробництва пари.

До початку реалізації проекту для вирішення ряду конструкторських та технологічних проблем, а також оптимізації режимів роботи планується створення лабораторної установки. На даний момент розроблено компонувальну схему лабораторної установки.

Малюнок 9.1  – Технологічна схема підприємства плазмової газифікації вугілля

Питання економії енергоносіїв на всіх етапах виробництва у зв’язку з неухильним зростанням цін на природний газ та інші енергоносії особливо важливе для енергоємної і стратегічно важливої для України галузі – чорної металургії. При цьому в результаті виробничої діяльності коксохімічних підприємств виділяється велика кількість вторинного палива – коксового газу. Незважаючи на дефіцит електроенергії власного виробництва і підвищені вимоги до енергозбереження, частина коксового газу в нинішній час спалюється на газоскидних пристроях.

Коксовий газ може бути використаний для вироблення електроенергії за паротурбінним циклом. Однак електричний ККД такого циклу становить лише 25 – 30 %. З метою максимально ефективного використання наявного потенціалу вторинних газів ДП «ГИПРОКОКС» розробляє різні напрями використання надлишків коксового газу.

Одним з таких напрямів є вироблення пари та електроенергії за рахунок використання коксового газу в газотурбінній установці (ГТУ), що встановлюється на заводі, яка працює за когенераційним циклом (мал. 10.1). Газотурбінна установка – це комплекс обладнання, призначений для вироблення електроенергії та тепла, основним елементом якої є газотурбінний двигун. Електричний ККД такої установки досягає 50 %, що набагато більше ніж ККД паротурбінної установки (до 30 %).