Технологическое лидерство


Совершенствование современных технологий производства кокса

Коксовые батареи с печами большого объема (70,5 м3), с новыми техническими решениями

0110

Эта технология будет служить повышению эффективности двухслойного коксования благодаря:

  • уменьшению количества выдач кокса и загрузок печей и соответственно открытие печей и уменьшение длины уплотнительных поверхностей для закрытия печей, будет способствовать уменьшению выбросов во время коксования в окружающую среду;
  • сокращение инвестиции в земельные участки;
  • повышение производительности труда обслуживающего персонала;
  • равномерности обогрева угольной загрузки по высоте батарей с камерами коксования выше 7 м путем введения двухступенчатой ​​подачи воздуха на горение дополнительно к действующей рециркуляции продуктов горения. Это обеспечивает не только равномерное распределение температуры по высоте вертикали и однородную готовность кокса по высоте камеры коксования, но и решает вопрос снижения вредных оксидов азота (NОх).

По проектам ГП «ГИПРОКОКС» построены высокопроизводительные коксовые батареи с объемом камер коксования 41,3 и 51,0 м3 высотой 7 м, в перспективе – строительство коксовых батарей с печами объемом камер коксования 64,6 м3 и 70,5 м3, высотой 7,6 м со ступенчатым подведением воздуха.

В условиях возрастающих требований к защите окружающей среды вопрос разработки и внедрения мер, обеспечивающих снижение образования оксидов азота, стал актуальным в коксохимическом производстве, где основное количество оксидов азота выбрасывается с дымовыми газами коксовых батарей. Как свидетельствует мировой опыт, существенного уменьшения образования оксидов азота в отопительной системе коксовой батареи можно достичь совместным использованием рециркуляции и ступенчатого подведения воздуха в вертикалы. Ступенчатое подведение воздуха улучшает равномерность обогрева по высоте печи, стабилизирует и улучшает прочностные характеристики кокса по показателям М25 и М10.

Высокопроизводительные коксовые печи для технологии коксования предварительно уплотненной (трамбованной) шихты

0210

Технологию предварительного трамбования применяют при производстве кокса из шихт с увеличенным (до 65 %, традиционная технология – до 35 %) содержанием слабоспекающегося угля. Суть процесса состоит в сближении зерен угля при трамбовании, которое содействует улучшению спекания угля при коксовании и формированию «крепкого» кокса. В отличие от плотности загрузки печей насыпью 0,75 т/м3, плотность угольного «пирога» возрастает до 0,99 т/м3 (по сухой массе).
При проектировании ГП «ГИПРОКОКС» первой такой батареи на ПАО «Алчевсккокс» (батарея № 9-бис) для определения размеров коксовых печей с применением технологии трамбования были приняты решения, на основании опыта работы завода CKZ в Диллингене (Германия), ограничить высоту печи 5000 мм, ширину – 500 мм при конусности камеры 20 мм. Продолжительный опыт работы батареи № 9-бис, а в дальнейшем и батареи № 10-бис показал, что имеется резерв для увеличения полезного объема камеры коксования. Кроме того, были выполнены усовершенствования механизма трамбования.
При проектировании новых коксовых батарей с применением технологии трамбования принято решение увеличить высоту печей до 6250 мм, ширину до 550 мм. Соотношение высоты и ширины печей при этом составило 12,00, длина печей увеличена на 960 мм. Это позволило увеличить объем угольного «пирога», в сравнении с предыдущей модификацией печей, практически на 50 % – до 47,84 м3, разовая загрузка – до 44,5 т (по сухой массе).

Технология производства кокса в печах без улавливания химических продуктов коксования

0310

При развитии нефтехимического производства снизилась рентабельность получаемых при коксовании угля химических продуктов. Наряду с этим, усилились требования к экологической безопасности предприятий. Это стало основанием для возобновления производства кокса в печах со сжиганием всех выделяющихся при коксовании летучих продуктов, непосредственно внутри печей без улавливания химических продуктов.

Образующееся в процессе коксования избыточное тепло утилизируют для производства пара и выработки электроэнергии. Усовершенствованную конструкцию печей такого типа впервые стала широко применять компания Suncoke (США) в конце 1990х гг. Новая технология получила название коксования «без улавливания» (NR) или «с использованием тепла» (HR).

Отсутствие сложного химического крыла при производстве кокса оказалось привлекательным. В данной технологии кроме углеподготовки и коксовых печей применяют только энергетическое оборудование (котлы-утилизаторы, энергогенераторы) и установку очистки от двуокиси серы отходящих продуктов горения.

С экологической точки зрения технология NR/HR, в сравнении с традиционной, имеет следующие преимущества: коксование ведется в печах при разрежении (50 – 70 Па), отсутствует загрязнение сточных вод. Как промышленные отходы образуется гипс, имеющий сбыт.

Технология производства кокса без улавливания химических продуктов в последние 20 лет нашла в мире довольно широкое применение. До 2012 г. по этой технологии производили до 7 % всего мирового производства кокса на 62 коксовых предприятиях, в том числе: 45 в Китае, 10 в Индии, 5 в США и 2 в Бразилии.

Основное количество кокса, получаемого по технологии NR/HR, производится в широко-камерных печах с плоским подом и арочным подсводом.

В начале 2000-х гг. ГП «ГИПРОКОКС» разработал проект (основные технические решения) подовых (горизонтальных) печей для технологии без улавливания.

Проект печей выполнен для производственного модуля, состоящего из 2-х блоков по 16 печей (всего 32 печи) общей производительностью 200 тыс. тонн/год кокса, который предполагается использовать при выполнении конкретного проекта для предприятия заданной мощности. Размеры печей приняты из конструктивных соображений на основе зарубежного опыта. Полезный объем камеры коксования – 45,6 м3. Загрузка печи осуществляется угольным «пирогом», изготовленным на стационарном трамбовочном устройстве под угольной башней. Готовый «пирог» передается на поддоне на загрузочную машину и из нее – в камеру коксования. Период коксования принят 48 часов. Выдача готового кокса осуществляется другой машиной – коксовыталкивателем. Тушение кокса осуществляется в башне тушения, возможно сооружение установки сухого тушения. Горячие продукты горения отводятся в котел-утилизатор по лежаку ниже фундаментной плиты.

В настоящее время ГП «ГИПРОКОКС» выполняет доработку конструкции печи NR/HR с вертикальными камерами коксования.

Установки утилизации тепла дымовых газов коксовой батареи

0410

Для повышения конкурентоспособности коксохимических производств ГП «ГИПРОКОКС» уделяет большое внимание решению вопроса энергосбережения и повышения энергоэффективности производства.

В настоящее время дымовые газы от коксовой батареи с температурой 280 – 350 °С выбрасывают в атмосферу.

ГП «ГИПРОКОКС» прорабатывает различные варианты полезного использования теплового потенциала дымовых газов, в том числе с использованием современного оборудования – тепловых насосов и установок органического цикла Ренкина.

Одним из наиболее эффективных способов является сооружение установки теплового обезвреживания и утилизации тепла дымовых газов. В установке часть тепла, содержащегося в дымовых газах коксовой батареи, используется для производства пара необходимых параметров, выработки электроэнергии и технологических целей. Газы, выходящие из коксовой батареи и содержащие в своем составе загрязняющие вещества (СО, SO2, NOx, твердые суспендированные вещества), выбрасывают в атмосферу, поэтому целесообразно объединить процесс утилизации тепла с тепловым обезвреживанием дымовых газов.

Установка позволяет:

  • частично утилизировать тепло дымовых газов коксовой батареи;
  • уменьшить вредное влияние на окружающую среду;
  • снизить энергоемкость основного продукта.

Целесообразность сооружения установок по утилизации тепла определяется в каждом конкретном случае, в зависимости от конкретных условий производства.

Моноблочная установка сухого тушения кокса.

0510

Принцип тушения в установках сухого тушения кокса (УСТК) состоит в охлаждении горячего кокса инертными газами, циркулирующими в замкнутом контуре между камерой, наполненной горячим коксом, и котлом-утилизатором (теплообменником). Извлечение тепла из раскаленного кокса основано на теплообмене через прямой контакт циркулирующих инертных газов с раскаленным коксом, с последующей передачей этого тепла в котел-утилизатор.

Способ сухого тушения позволяет утилизировать около 80 % тепла раскаленного кокса или около 40 – 45 % тепла, которое тратится на коксование. В проектах ГП «ГИПРОКОКС» из одной тонны погашенного кокса производят в среднем до 0,45 т пара энергетических параметров (давлением 3,9 МПа, температурой 440 ºС). В зависимости от конкретных условий пар используют для выработки электроэнергии и технологических целей.

Важным аспектом использования способа сухого тушения является улучшение механических и физико-химических свойств получаемого кокса. В результате стабилизации, при изотермической выдержке в камере накопителе и механической обработке в процессе движения в камере тушения, улучшается гранулометрический состав, повышается механическая прочность, улучшаются реакционная способность и после-реакционная прочность кокса. Применение способа сухого тушения может также рассматриваться как средство, позволяющее заменить в составе шихты для коксования часть хорошо спекающегося угля (марки Ж и ОС) на слабо-спекающийся (до 15 %) без ухудшения качества кокса.

Технология сухого тушения кокса, в сравнении с технологией мокрого тушения, рассматривается как один из важных факторов повышения экологической безопасности коксового производства.

Технологию сухого тушения кокса следует также рассматривать, как технологию производства энергии без выброса в атмосферу парникового газа – CO2. Достигаемая эффективность оценивается в сравнении с работой тепловых агрегатов соответствующей производительности, работающих со сжиганием твердого топлива (угля).

Положительные результаты работы УСТК стали основанием для ее широкого применения. ГП «ГИПРОКОКС»» выполнил 34 проекта УСТК общим количеством 148 блоков. Реализовано 10 лицензий на технологию ГП «ГИПРОКОКС» по способу сухого тушения кокса в Японии, Германии, Польше, Италии и других странах.

Состав и компоновку УСТК варьируют в зависимости от условий размещения на конкретных производственных участках, показателей производства и преимуществ заказчика. Построенные УСТК включают от 2-х до 5-ти блоков с производительностью блока 50 или 70 т/ч. Наиболее рациональной, с точки зрения производственной надежности, является 4-х блочная УСТК: 2 блока находятся в работе, 1 блок – в горячем резерве, 1 блок – в холодном резерве. Такая компоновка гарантирует бесперебойное тушение всего кокса, поступающего от батареи, а также позволяет выполнять профилактические и ремонтные работы.

Наряду с многокамерными УСТК в мире известны моноблочные УСТК с максимальной производительностью блока до 180 – 250 т/ч. Увеличение габаритов камеры тушения требует решения ряда вопросов, связанных с увеличением высоты подъема кокса наверх камер, сегрегацией кокса в камере, осложнением распределения газа по сечению камеры тушения, повышением нагрузки на кладку, оборудование и т.п. Однако, экономический эффект моноблочной УСТК превосходит показатели установок из нескольких блоков аналогичной суммарной производительности. Моноблочные УСТК целесообразны для комплексов батарей производительностью не менее, чем 1 млн т/г. кокса.

Преимуществами моноблочной УСТК являются: меньшая капиталоемкость, меньшие сроки введения в эксплуатацию, упрощение системы управления и учета рабочих параметров, компактное размещение на территории. Однако, для обеспечения бесперебойного тушения кокса в ходе работы коксовой  батареи в период обязательных остановок на ревизии и ремонты (годовой фонд работы котлов 330 суток) необходимо сооружение резервного комплекса мокрого тушения и коксовой рампы, что должно быть учтено в стоимости строительства. Во время продолжительной работы с использованием способа мокрого тушения следует учитывать изменение характера выбросов в атмосферу, прекращение производства пара, возможное изменение состава шихты, изменение качества кокса.

Необходимость разработки проекта моноблочной УСТК большой производительности для ГП «ГИПРОКОКС» определяют запросы потенциальных заказчиков.

Перспективные проектные работы по химическим цехам коксохимических производств

0610

Производство кокса из каменного угля сопровождается выделением попутного продукта процесса коксования – коксового газа. Коксовый газ, выходящий из коксовых печей, содержит в своем составе определенные химические вещества, которые выделяют и перерабатывают в товарную продукцию или утилизируют в химических цехах. Данными химическими веществами являются: смола каменноугольная, бензольные углеводороды, аммиак, сероводород.

Необходимость очистки коксового газа от химических веществ определяется также условиями его использования, как технологического и энергетического топлива.

Перечень перспективных проектных работ по химическим цехам коксохимического производства ГП «ГИПРОКОКС» приведен ниже.

а) Традиционные технологические схемы выделения из коксового газа аммиака и сероводорода, предусматривающие раздельные процессы с использованием химических реагентов и получение товарных продуктов.

Для удаления аммиака из коксового газа используют сатураторный или безсатураторный метод с применением 3-12 % раствора серной кислоты и получением готового продукта (удобрения) – сульфата аммония .

Для удаления сероводорода из коксового газа используют вакуум-карбонатный или моноэтаноламиновый метод с применением соды или моноэтаноламина с получением, как правило, серной кислоты, которую направляют на изготовление сульфата аммония.

Комплексная очистка от аммиака и сероводорода коксового газа круговым методом, который в настоящий момент разрабатывает ГП «ГИПРОКОКС», является высокоэффективным техническим решением, позволяющим объединить два технологических процесса в один. При этом аммиак улавливается циркулирующей водой, а сероводород вытягивается из газа насыщенной аммиаком водой. В этой технологии не применяют специальные химические реагенты. Очистка коксового газа обеспечивается до необходимых нормативных показателей: содержание аммиака – до 0,03 г/нм3, сероводорода – до 0,5 г/нм3.

б) Традиционные технологии, обеспечивающие содержание сероводорода в очищенном газе до 0,5 г/нм3, что соответствует действующим в Украине нормам и правилам.

По требованию некоторых украинских и заграничных металлургических предприятий, использующих коксовый газ в качестве энергетического топлива, коксохимические производства должны обеспечить его чистоту по содержанию сероводорода – до 0,5 г/нм3.

В ГП «ГИПРОКОКС» разработана и совершенствуется технология глубокой очистки, обеспечивающая содержание в коксовом газе сероводорода до 0,05 г/нм3.

в) Применение оборудования индивидуального изготовления.

В химических цехах коксохимических производств используют различное оборудование индивидуального изготовления: скрубберы (абсорберы), газовые холодильники (трубчатые и непосредственного действия), механизированные осветители для воды и смолы, электрофильтры для очистки газа от смолы, резервуары, емкости и многое другое.

ГП «ГИПРОКОКС» разрабатывает технические проекты такого нестандартного оборудования для возможности дальнейшего его изготовления машиностроительными заводами Украины. Например, в настоящее время разрабатывается документация на скрубберы (абсорберы) для очистки коксового газа от аммиака, сероводорода, бензольных углеводородов производительностью до 160 тыс. нм3/ч для единого газового потока. Недавние разработки по отдельным видам оборудования направлены на повышение единичной производительности технологических аппаратов, обеспечение технологических норм и безопасности эксплуатации. Разработка оборудования повышенной единичной мощности позволяет сократить территорию застройки, уменьшить количество обслуживающих площадок, а соответственно, и затрату материалов на их изготовление и монтаж, снизить эксплуатационные затраты.

Перспективные проектные работы по химическим цехам коксохимических производств

0710

Процессы производства генераторного газа для технологических и энергетических целей из твердых горючих полезных ископаемых (каменного и бурого угля, лигнитов, торфа), промышленных и бытовых отходов, биоресурсов широко используют в США, Китае, Индии и других странах. Для Украины, в условиях дефицита природного газа и наличия каменного и бурого угля, вопрос возрождения промышленной газификации угля является актуальным. ГП «ГИПРОКОКС» на протяжении длительного времени осуществляет разработку схем газификации угля и внедрение в промышленность газификаторов небольшой производительности с целью замещения природного газа генераторным, полученным из местных залежей каменного и бурого угля (рис. 7.1).

Рисунок 7.1 – Схема процесса газификации: 1 – газификатор; 2 – паровой барабан;
3 – смолоотделитель; 4 – охладитель; 5 – пылеотделитель; 6 – циклон; 7 – теплообменник;    

8 – воздушный охладитель; 9 – питательные насосы; 10 – вентиляторы; 11 – насосы фенольной воды; 12 – насос оборотной воды; 13 – смола; 14 – компрессоры; 16 – сепаратор; 17 – башня десульфурации.

Оптимальным, с экономической и экологической точек зрения, является использование двухступенчатых газификаторов угля с производством генераторного газа, в которых процесс газификации протекает в недвижимом слое угля с автотермическим способом подвода тепла в условиях атмосферного давления. В качестве окислителей применяют воздух и водяной пар.

В частности, установка газификации с двумя газификаторами, прорабатываемая для одного из заводов Украины, обладает следующими техническими характеристиками:

  • затрата угля: 3,6 – 4,6 т/ч;
  • выход генераторного газа: 12 000 – 15 000 нм3/ч (эквивалент ~ 2 – 2,5 тыс. нм3/ч природного газа);
  • теплота сгорания газа: около 6000 кДж/нм3.

Благодаря применению для охлаждения газа замкнутого цикла и охладителя косвенного действия выпуск сточных вод полностью отсутствует. Количество выбросов вредных веществ от сжигания синтез-газа хотя и превышает по некоторым показателям количество выбросов от сжигания природного газа, однако, остается в пределах, установленных законодательством Украины норм.

В сформировавшихся рыночных условиях срок окупаемости строительства газогенераторной установки составляет ориентировочно 2 года, продолжительность строительства – около 6-ти месяцев, что делает данную систему энергоснабжения привлекательной для многих предприятий Украины, являющихся потребителями природного газа.

Промышленное производство синтетического моторного топлива из каменного и бурого угля; использование продуктов переработки каменного и бурого угля при производстве губчатого железа

0810

В мировой практике накоплен значительный опыт переработки твердого топлива в синтетическое газообразное и жидкое топливо, а также в различные химические продукты с применением процессов газификации, гидрогенизации, пиролиза и т.п. В последние годы наблюдается расширение сфер применения термохимических технологий для переработки твердых органических материалов. В основном, это различные технологии газификации угля (60 %), переработки промышленных и бытовых отходов (30 %), переработки биомассы и т.п. Учитывая, что коммерческая привлекательность проектов газификации непосредственно зависит от рыночной цены конечного продукта, ГП «ГИПРОКОКС» рассчитано, что максимальная прибыль от проекта достигается при производстве бензина и использовании синтез-газа для прямого восстановления железа.

ГП «ГИПРОКОКС» на протяжении десятилетий (с конца 1980-х гг.) осуществляет исследование в сфере газификации угля. Выполнено несколько научно-исследовательских и проектных работ, конечной целью которых является получение моторного топлива, водорода и восстановительного газа (применяемого при производстве губчатого железа) путем переработки угля.

В настоящее время ГП «ГИПРОКОКС» разрабатывает «Инвестиционный проект высокотехнологического комплекса по производству синтетического моторного топлива». Для участия в разработке проекта приглашен широкий круг проектных, исследовательских институтов и организаций. Ведутся переговоры относительно привлечения ряда зарубежных компаний (Siemens, Thyssenkrupp, Air Liquide, Haldor Topsoe). Целевым продуктом проекта является синтетическое моторное топливо. Газификация будет осуществляться по известной парокислородной технологии с получением синтез-газа, который будет использован для производства бензина и дизельного топлива путем синтеза по методу MTG.

На рис. 8.1 приведена схема реактора для парокислородной газификации с получением синтез-газа требуемого состава.

Рисунок 8.1 – Схема парокислородного реактора-газификатора

Основными энергоресурсами, потребляемыми в процессе производства синтез-газа, являются: измельченный уголь, кислород, водяной пар и электроэнергия. Для обеспечения кислородом необходимо строительство воздухоразделительной станции, паром –использование тепла технологического процесса и строительство теплоэлектростанции.

На первом этапе реализации проекта предполагается использование, в качестве сырья для газификации, угля Львовско-Волынского бассейна. Не исключена возможность применения угля Павлоградского месторождения. Переработка 4800 тыс. т/год угля обеспечит получение около 1500 тыс. т/г. бензина и дизельного топлива.

На втором этапе реализации проекта предполагается разработка Ново-Дмитриевского месторождения бурого угля в Харьковской области и строительство перерабатывающего комплекса.

В настоящее время ГП «ГИПРОКОКС» совместно с Харьковским национальным университетом радиоэлектроники (ХНУРЕ), Национальным научным центром «Харьковский физико-технический институт» (ХНЦ ХФТІ) и др. изучает вопрос производства высококачественного бензина и дизельного топлива из водоугольного топлива путем использования плазменной переработки и технологии гидрогенизации. Конструктивное объединение в одном реакторе двух фундаментальных технологических процессов (газификация угольного сырья и получение топливных дистиллятов – бензина и дизельного топлива) позволяет значительно снизить капитальные и технологические (эксплуатационные) затраты и максимально повысить энергетическую эффективность, обеспечивая процесс гидрогенизации самосинтезируемым катализатором. Для получения синтез-газа и катализатора в реактор загружается рядовой (без предварительного обогащения) уголь (I тип), а для осуществления гидрогенизации и получения дистиллятов в среднюю часть реактора загружается обогащенный уголь (II тип), что обеспечивает больший выход водорода при переработке.

В данном случае, в технологических газовых выбросах полностью отсутствуют оксиды азота, канцерогены, а количество выброса диоксида углерода в разы меньше, чем при применении классических схем газификации угля. Именно эта особенность оборудования позволит нашей стране принимать участие в продаже квот на выбросы парниковых газов в рамках Киотского протокола.

Проектом также предусмотрена технологическая генерация электрической энергии из остатков обедненного синтез-газа (отобранный для гидрогенизации водород с большим остатком СО) с использованием комплекса высокоскоростных газотурбинных генераторов.

Единственным существенным отходом при применении данной технологии является практически готовый к технологическому использованию горячий клинкер, который может быть использован при изготовлении асфальтобетона из местного сырья. Так же имеет место излишек низко-потенциального тепла, что позволяет дополнить промышленную площадку тепличным (до десяти гектаров) хозяйством и фрукто-овощехранилищами с искусственной газовой средой.

Технологическая схема плазмохимической переработки угля с объединенными процессами гидрогенизации и газификации представлена на рис. 8.2. В основу данной разработки заложены патенты ГП «ГИПРОКОКС» и ряда авторов из других предприятий.


Рисунок 8.2 – Технологическая схема установки плазмохимической переработки угля

ГП «ГИПРОКОКС» разработал бизнес-проект по организации производства губчатого железа с использованием восстановительного газа, получаемого из бурого угля Александрийского месторождения Кировоградской области. Использование губчатого железа (в виде металлизированных окатышей) дает возможность при производстве стали не использовать доменный процесс.

Для возобновления добычи бурого угля из Александрийского месторождения необходимо восстановить работу угледобывающего комплекса (в том числе обеспечить откачку воды из затопленного карьера, принять меры относительно обеспечения техникой, транспортными средствами). Согласно расчетам в состав промышленного комплекса будут входить объекты по термохимической переработке бурого угля в синтез-газ, установка по производству губчатого железа, энергетический блок для выработки тепловой и электрической энергии, кислородная станция.

Внедрение технологий парокислородной и плазмохимической газификации для получения синтетического моторного топлива и губчатого железа позволит эффективно использовать разные виды угля, которые добывают на территории Украины, освоить не используемые на данный момент месторождения бурого угля, обеспечить большое количество новых рабочих мест и повысить энергонезависимость страны.

Получение синтез-газа из угля плазмохимическим методом

0910

В настоящее время технологически развитые страны все большее внимание уделяют использованию плазменных технологий для осуществления газификации различных углеродных материалов. Например, компания Westinghouse Plasma Corp (США) предлагает использовать технологию плазменной газификации для переработки различного вида отходов (промышленных, бытовых, медицинских, биомасс, автомобильных шин и т.п.) в синтез-газ с дальнейшим получением жидкого топлива, химических продуктов для выработки электроэнергии и т.п. Недавно в Великобритании был введен в эксплуатацию завод по переработке бытовых отходов Air Products Tess Vallery. Характеристика завода: мощность – 350 тыс. т/г. отходов; производство синтез-газа – 6500 нм3/ч; размеры газогенератора: высота – 25 м, ширина – 9 м, вес 204 т. По проектам компании Westinghouse ведется строительство подобных заводов в Индии и Китае.

Основные преимущества использования технологии плазменной газификации:

  • мгновенная скорость протекания реакций;
  • высокая пространственная энергия процесса и высокий химический потенциал получаемого продукта;
  • протекание процесса практически без инерционного регулирования;
  • технология исключает применение дорогих установок разделения воздуха для получения кислорода для газификации;
  • меньшие капитальные и суммарные эксплуатационные затраты, в сравнении с другими технологическими процессами газификации угля.

Главнейшее преимущество плазменной газификации состоит в оптимальном составе получаемого синтеза-газа. Содержание СО + Н2 в общем объеме синтетического газа, полученного в процессе плазменной газификации, составляет (на основе данных разных источников) от 97,5 до 99,2 %. Теплота сгорания такого газа составляет приблизительно 10,5 – 12,5 МДж/м3. В технологическую схему плазменной газификации угля (рис. 9.1), для получения синтез-газа с последующим его применением для производства синтетического моторного топлива, входят такие основные системы: система подготовки и подачи угля на газификацию; газификатор с плазмотроном (газовой горелкой); система питания плазмотрона электроэнергией; система подготовки воды и производства пара. К началу реализации проекта для решения ряда конструкторских и технологических задач, а также оптимизации режимов работы планируется создание лабораторной установки. На данный момент разработана компоновочная схема лабораторной установки.

Рисунок 9.1 - Технологическая схема предприятия плазменной газификации угля

Утилизация излишка коксового газа

1010

Решение вопроса экономии энергоносителей на всех этапах производства, в связи с неуклонным ростом цен на природный газ и другие энергоносители, особенно важно для энергоемкой и стратегически важной для Украины области – черной металлургии. При этом, в результате деятельности коксохимических предприятий, выделяется большое количество вторичного топлива – коксового газа. Несмотря на дефицит электроэнергии собственного производства и повышенные требования к энергосбережению, часть коксового газа в настоящее время сжигается на газо-сбрасываемых устройствах.

Коксовый газ может быть использован для выработки электроэнергии по паротурбинному циклу. Электрический КПД такого цикла составляет 25 – 30 %. С целью эффективного использования потенциала вторичных газов ГП ««ГИПРОКОКС» разрабатывает различные направления использования излишков коксового газа.

Одним из таких направлений является производство пара и выработка электроэнергии за счет использования коксового газа в газотурбинной установке (ГТУ), работающей по когенерационному циклу (рис. 10.1). ГТУ – это комплекс оборудования, предназначенный для выработки электроэнергии и тепла, основным элементом которого является газотурбинный двигатель. Электрический КПД такой установки достигает 50 %, что превышает КПД паротурбинной установки (до 30 %).

Рисунок 10.1 – Принципиальная схема газотурбинной установки с котлом-утилизатором

Кроме газотурбинного цикла возможно использование коксового газа в газопоршневых двигателях. При сгорании газовоздушной смеси в цилиндрах газопоршневых двигателей происходит расширение продуктов сгорания, приводящее в движение поршни двигателя. В настоящее время газопоршневые двигатели MWMTCG 2032 общей мощностью 24 МВт успешно эксплуатируют на заводе Italianacoke (Италия). Следует отметить, что газопоршневой двигатель, в отличие от газовой турбины, способен работать на газе низкого давления.

Для строительства установки на конкретных коксохимических предприятиях необходимо привести в соответствие требования по допустимому содержанию примесей в коксовом газе. При необходимости ГП «ГИПРОКОКС» может разработать проект доочистки коксового газа до необходимых значений. Выхлопные газы (после двигателя) можно использовать для производства пара или подогрева воды.

С точки зрения защиты окружающей среды газотурбинные и газопоршневые двигатели являются источниками выбросов вредных веществ (NOх, СО). Количество выбросов NOх двигателей превышает количество выбросов при сжигании коксового газа в котлах, однако не превышает количество предельно допустимых выбросов, установленных законодательством Украины.

Согласно технико-экономическому анализу различных способов использования коксового газа замена природного газа коксовым является наиболее выгодной. В случае, когда излишки коксового газа не использованы полностью на территории коксохимического предприятия или когда экономически целесообразно использование коксового газа на другой промышленной площадке, коксовый газ может быть подготовлен и передан конечному потребителю на значительное расстояние для замены природного газа. ГП «ГИПРОКОКС» разработал технические решения по доочистке и компримированию коксового газа для условий газопередачи на большое расстояние.

В настоящее время ГП «ГИПРОКОКС» осуществляет поиск и разработку новых технологий, позволяющих использовать коксовый газ как энергетическое топливо, сырье для производства моторного топлива, восстановительного газа для технологии прямого восстановления железа, для вдувания в доменные печи и др.