ТЕХНОЛОГИЯ ПИРОГЕНЕТИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

ГАЗИФИКАЦИЯ ДРЕВЕСИНЫ

Газификация есть процесс превращения органической части твердого, а иногда и жидкого топлива в газообразное состояние. Главными составными частями полученного генераторного газа являются СО, Н2, СН4 и тяжелые углеводороды.

Газообразное топливо в технике находит весьма широкое при­менение вследствие ряда преимуществ.

Для газификании, с получением газа высокой калорийности, могут быть использованы разное малоценное твердое топливо и его отбросы.

Газы можно сжигать при незначительном избытке воздуха с предварительным его подогревом теплотой отходящих продуктов горения; при сжигании газов развивается высокая температура (1500--1900е), вследствие чего коэффициент полезного действия печи или другого нагревательного аппарата получается высоким н возрастает производительность печи.

Предоставляется возможным получать газы на центральной газогенераторной станции.

При сжигании газов достигается удобство обслуживания печей, простота конструкции горелок, возможность точного регулирова­ния процесса горения.

Твердое топливо, превращенное в газообразное состояние, мо­жет быть использовано как хорошее и экономически выгодное горючее для двигателей внутреннего сгорания.

Но наряду с большими достоинствами генераторный газ при применении его как горючего имеет и недостатки, к числу кото­рых следует отнести дополнительные капиталовложения на уста­новку газогенераторов и потерю физического тепла генераторного таза при охлаждении его в процессе очистки.

Однако вследствие весьма больших преимуществ газообраз­ного топлива все крупные современные заводы, имеющие много печей и других нагревательных устройств, расположенных на большой площади, имеют свои центральные газогенераторные станции.

На уральских металлургических заводах и на стеклоплавиль­ных заводах во многих районах СССР газогенераторные уста­новки работают на древесном топливе. За последние годы при­обрели большое значение газогенераторные установки на автомо­билях и тракторах, работающие на древесных чурках.

Генераторный газ быв я воздушны и, с меша нны и, к од я но и 11 оксигаз.

Получение воздушного газа достигается продуванием сухого воздуха через слой раскаленного топлива. Смешанный газ полу­чают продуванием смеси воздуха и водяного пара через слой рас­каленного топлива. Водяной газ можно получить пропусканием через слой раскаленного топлива паров воды и воздуха при пе­риодической подаче то водяных паров, то воздуха. Получение окси - газа достигается пропусканием через слой раскаленного топлива паров воды в смеси с кислородом.

Воздушный газ. При интенсивной подаче воздуха через слой раскаленного топлива получается воздушный газ. При его обра­ботке развивается очень высокая температура (1400—1500°). являющаяся крайне нежелательной, так как вызывает шлакова­ние в газогенераторе, вследствие чего нарушается нормальный его ход.

Смешанный газ. Способ газификации, при котором получается смешанный генераторный газ, является наиболее приемлемым для промышленности, так как позволяет использовать для разложе­ния паров воды тот избыток тепла, который получается при об­разовании воздушного газа. Водяной пар вводится одновременно с воздушным дутьем.

Соотношение между количеством воздуха и паров воды уста­навливается опытным путем, причем оно должно быть таково, чтобы генератор чрезмерно не остывал и не шлаковался. О со­держании влаги, вводимой с дутьем, судят по температуре паро­воздушной смеои, которую обычно измеряют термометром, пока­зывающим точку росы подаваемой паровоздушной смеси. Эта тем­пература обычно держится в пределах 38—52°.

Водяной газ. В связи с развитием синтеза аммиака, метанола, жидкого топлива и других веществ, находит большое применение водяной газ. Его используют в смеси со светильным или другим высококалорийным газом и снабжают им население для исполь­зования, как горючее.

В состав водяного газа входят в основном СО и Н: при неболь­шом содержании СО^, N2 и СН4.

Водяной газ в промышленном масштабе можно получать пу­тем накопления тепла в газогенераторе (первый способ) или под­водом тепла в газогенератор с газифицирующей парогазовой смесью (второй способ).

Процесс получения водяного газа по первому способу, т. е. по способу накопления тепла в газогенераторе, состоит в том, что через раскаленный слой кокса или древесного угля снизу шахты газогенератора продувается воздух; слой топлива постепенно разо­гревается, а получающийся газ при этом выбрасывается обычно в атмосферу. Как только температура в зоне газификации повы­сится до 1100—1200°, доступ воздуха прекращают и пускают перегретый пар сверху вниз. Водяные пары, проходя через раска­ленный слой топлива, разлагаются по указанным ниже реак­циям, давая водяной газ, направляемый к потребителю.

Процесс разложения водяных паров есть процесс эндотерми­ческий; поэтому температура в шахте газогенератора постепенно падает. После понижения температуры до известного предела (800°) подачу пара прекращают и в шахту снова подают воздух. Обычно работу ведут так, что в течение 10 минут вдувают воз­дух, а затем в течение 5 минут — пары воды.

Второй способ получения водяного газа, т. е. путем подвода тепла в газогенератор с газифицирующей парогазовой смесью, является более новым; он может быть осуществлен двояко: либо смесью кислорода с водяным паром, либо смесью водяного пара с циркуляционным газом, предварительно нагретой до высокой температуры.

Второй способ получения водяного газа имеет перед первым то преимущество, что при нем процесс ведется непрерывно, при постоянном режиме работы газогенератора.

Аппараты, в которых газифицируется топливо, называются газогенераторами.

В качестве топлива для газификации служит кокс, каменный уголь, торф, дрова и др. Мы рассмотрим лишь газогенераторы, ра­ботающие на древесном топливе.

Топливо поступает в шахту газогенератора сверху и, спускаясь вниз навстречу нагретому газовому потоку, постепенно превра­щается в парогазовые продукты.

В низ шахты газогенератора (рис. 44) под колосниковую ре­шетку, при получении смешанного газа, подводят воздух и водя­ной пар, которые, поднимаясь вверх, проходят сначала через слой шлака (зона V), за счет теплоты которого они несколько подогре­ваются, и затем — через слой раскаленного горючего, вступая в реакцию с его углеродом. В зоне IV горения (в кислородной зоне) получается и С02, и СО; пары воды частично реагируют с угле­родом.

Образовавшаяся в зоне горения (кислородной зоне) СОг и неразложившиеся пары воды, поднимаясь выше и проходя через слой раскаленного углерода топлива, восстанавливаются с обра­зованием СО и Н2.

Слой топлива, в котором происходит образование СО и Н2, называется зоной восстановления (зона III). В составе газового потока на выходе из зоны восстановления преобладает СО, но не С02.

Обе зоны, кислородная и восстановления, обычно называются зонами газификации.

Выше, непосредственно над зоной восстановления ///, нахо­дится зона II сухой перегонки. В этой зоне происходит выделение

/—зона сшкн; //—зона сухой перегонки: ///- зона восстановления: VI—Зона горения (кислородная); V—зона шлака-, /—шахта газогенера­тора; 2-фартук шахты-, 3—загрузочное устройство; -^-колосниковая решетка; 5—вращающаяся чаша; 6—подвижные опоры чаши; 7—привод чашн-, 8— шлаковый нож; У— шуровочное отверстие; 10—выводной пат­рубок; 11—воздо-.опронод-, 12—дутьевая камера; 13—Нижний гидравли­ческий затвор; 14—люк для розжига

Летучей парогазовой смеси, в состав которой входят неконден­сирующиеся газы, кислоты, спирты, смолы и другие парообразные органические вещества.

В верху шахты газогенератора, в зоне /, происходит сушка топ­лива.

Зона II сухой перегонки и зона I сушки топлива носят назва­ние зоны подготовки топлива.

ОСНОВНЫЕ РЕАКЦИИ ГАЗИФИКАЦИИ

В кислородной зоне. По вопросу взаимодействия углерода с кислородом существуют три гипотезы.

1. Редукционная гипотеза предполагает, что в результате взаимодействии углерода и кислорода образуется непосредственно С02 по уравнению:

TOC o "1-3" h z С - 02 = CO., ; Q, (97)

Причем наличие в вышележащих зонах СО по этой гипотезе рас­сматривается, как результат восстановления С02 раскаленным углеродом топлива по реакции:

CO.. С = 2СО - Q. (98)

2. Гипотеза первичного образования СО предполагает, что к результате взаимодействия С и (): образуется сначала СО но уравнению:

2С а ::СО -Q, (99)

Которая потом может окисляться по уравнению:

2С0--0, = 2С02 Q. (100)

3. Гипотеза комплекса предполагает, что сначала образуется сложный углеродно-кислородный комплекс, а затем из него обра­зуется С02 и СО по реакциям:

Л-С -^-0, = Cr0v (10!)

И

CxOv = mCO, л СО. (102

Наиболее вероятной нз указанных грех гипотез в настоящее время считается третья гипотеза.

В зоне восстановления. Она начинается там, где исчезают по­следние следы кислорода. В зоне восстановления имеют место сле­дующие эндотермические реакции:

А) взаимодействия С с С02:

С CO., —- 2СО; (103)

Б) взаимодействия водяных паров с раскаленным углеродом топлива:

С 211 О - CO. 2Н, (104

И

С - !1<> С> Н.. (105)

Возможно, что частично эти две последние реакции проте­кают и в кислородной зоне. При температурах выше 900° преоб­ладает вторая из этих двух реакций, а ниже 900° — первая.

Процессы восстановления успевают достаточно полно пройти, если высота восстановительной зоны составляет 12—15 диамет­ров кусков угля.

Таким образом высота слоя топлива в газогенераторе является основным конструктивным размером.