Альтернативная энергетика

Биомасса

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Очистка газа. В зависимости от назначения газ очищается от части содержащейся в нем серы. Очистка газа от серы может быть осуществлена различными способами, например с помощью таких растворителей, как углеводы и амины, или путем охлаждения газа до 130-150°С на выходе из газификатора. Последний способ используется в тех случаях,

-          газ содержит небольшие количества смол и(или) нефтяных фрак

ций, и, следовательно, его тепло может быть использовано, или необхо

димо отделить конденсирующиеся материалы (в противном случае они

будут загрязнять оборудование);

-          конденсат, образующийся при охлаждении неочищенного газа, должен быть обработан для отделения органических веществ, аммиака

-          в котельной, работающей на отходящем тепле, может быть получен насыщенный (и, возможно, перегретый) пар ловой баланс при 30°С (или более высоких температурах, при которых достигается необходимая разность температур для отделения газов от воды) будет определяться расходом пара и его параметрами.

Выбор способа очистки газа от H2S зависит от заданной глубины очистки, давления газа и других факторов []. В основе химического способа (с применением углеводных и аминовых растворителей) лежит обратимая химическая реакция H2S и С02 с полярной группой растворителя; регенерация растворителя происходит в замкнутой системе десорбцией паром при низком давлении. В процессах гидроочистки в нефтеперерабатывающей промышленности для этих целей широко используются растворители диизопропил- и метилэтиламин. Вообще говоря, может быть достигнуто 99%-ное удаление H2S. Количество удаляемых COS и С02 зависит от отношения парциальных давлений H2S/C02, природы растворителя и других факторов.

Органические растворители при высоких давлениях поглощают кислые газы (H2S и С02); растворители регенерируются испарением при резком понижении давления. Многие системы основаны на различной растворимости H2S и С02 или на селективной абсорбции H2S.

После очистки от H2S газ направляется на установку по извлечению серы, что отвечает требованиям предохранения от загрязнения окружающей среды. Однако большая часть биомассы содержит тельное количество серы, и поэтому использование установки влечения серы вряд ли оправданно.

Если сырье, подаваемое на установку по очистке серы, содержит более 10-15 мол. % H2S, то для ее извлечения могут использоваться обычные установки Клауса. Если же концентрация H2S ниже 10%, то приходится использовать более дорогой способ очистки Стретфорда [16]. На установках Клауса обычно извлекают до 95-91% серы, связанной в газовом потоке с H2S. Выход серы зависит от концентрации H2S в потоке сырья, количества выбранных ступеней адсорбционной очистки и других факторов.

Одна треть поступающего H2S окисляется с образованием S02, при взаимодействии которого с остаточным H2S образуется сера. Реакция обратима и ограничивает конверсию H2S в серу на 95-97%. Для более полной очистки газов используют способ, описанный в работе, или способ, разработанный фирмой Shell

При необходимости получения большего количества водорода вводится дополнительная низкотемпературная ступень реакции при 200-400°С. Многие промышленные низкотемпературные катализаторы изготовляются на медной основе. Поскольку они теряют активность в присутствии серы, работе на них должна предшествовать очистка кислого газа. Даже при использовании низкотемпературных стойких к сере катализаторов типа SSK, изготовляемых фирмами Haldor Topsoe A/S и Exxon Research and Engineering, технологический газ должен иметь определенную минимальную концентрацию серы для поддержания активности катализатора в сульфидизированном состоянии. Целесообразность применения катализатора типа SSK в процессе газификации биомассы зависит от экономических и других факторов, в том числе и от содержания в газе H2S. В любом случае после низкотемпературного процесса с применением катализатора, стойкого к сере, по-видимому, необходима дополнительная ступень удаления кислого газа.

При составлении теплового и материального баланса процесса с измененной конверсией используются таблицы констант равновесия для уравнения или номограммы для бимолекулярных реакций с информацией относительно энтальпии

Дополнительная переработка. Из синтез-газа, состоящего в основном из Н2 и СО, для получения которого обычно требуется газификация с применением кислородного дутья, с помощью катализаторов можно получить ряд продуктов, в том числе метан (синтетический природный газ), метанол, водород и аммиак.

При получении из синтез-газа синтетического природного газа, метанола и аммиака обычно используется технология со стационарным катализатором, рециркулирующими потоками и охлаждением для отвода экзотермического тепла реакции. Для достижения желательной конверсии реагирующих компонент к рециркулирующему синтез-газу добавляют свежий газ. Увеличение температуры в слое катализатора устанавливается с учетом изменения его активности и возможности спекания, а также удлинения срока его службы. Для обычного процесса с рециркуляцией составляют тепловой и материальный баланс. Тепло подводится с сырьем и паром (если он требуется), подача и рециркуляция сырья осуществляются компрессором, отвод тепла происходит с потоком продуктов.

Заменитель природного газа получается путем метанизации

В отличие от уравнения константа равновесия для реакции метанизации чувствительна к давлению, поскольку в реакции участвуют три моля водорода. Примеры последовательных расчетов реакции метанизации можно найти в отчете Управления энергетических исследований и разработок, подготовленном фирмой Braun&Со. Промышленные катализаторы для реакции метанизации чувствительны к сере, и поэтому синтез-газ должен быть предварительно очищен от H2S.

Заменитель природного газа может быть получен с помощью комбинированного процесса метанизации, проходящего в адиабатических трубчатых реакторах. На таких установках можно получать перегретый пар высокого давления. В процессе по реакции Будуара возможно и образование свободного углерода. Для того чтобы предотвратить образование углерода, требуется подвод достаточного количества пара (для  расчетов  можно  воспользоваться диаграммами  С-Н-О) 

Образованию метанола благоприятствуют низкие температуры и высокие давления. Для получения синтез-газа соответствующего состава к нему добавляется избыточный водород до соотношения

Применение активных катализаторов на медной основе (чувствительные к сере) позволяет проектировать установки по производству метанола под давлением 50-150 атм и температурой слоя в пределах 250-380°С. При этом значительное внимание уделяется эффективному использованию тепла реакции.

Фирма Electric Power Research осуществляет разработку синтеза метанола в жидкой фазе . В систему с «кипящим» слоем катализатора, псевдоожиженного инертным, несмешивающимся углеводородом, вводится свежий синтез-газ (к рециклу). Благодаря поглощению метанола растворителем достигается его высокий выход. Улучшается возможность регулирования температуры реакции. Предварительные данные теплового и материального баланса этого технологического процесса приводятся в работе. Молярное отношение Н2 и СО в синтез-газе устанавливается равным 2/1.

Фирма произвела оценку стойкого к сере катализатора для синтеза метанола.

Аммиак. Синтез аммиака осуществляется в соответствии с реакцией

ЗН2   +  N2  ->  2NH3 и протекает при давлении 17 200-24100 кПа. Если требуется получение жидкого аммиака, следует предусмотреть его охлаждение. Более подробное описание этого процесса содержится в работе.