Xreferat.com » Рефераты по биологии и химии » Производство водорода из твердых топлив

Производство водорода из твердых топлив

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

А.М. Дубинин, доктор техн. наук, Г.Р. Кагарманов, А.В. Финк, инженеры ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ», Екатеринбург

В настоящее время водород применяется в проходных металлургических печах для создания в них безокислительной среды. В будущем он будет использоваться как экологически чистое топливо, например, в двигателях внутреннего сгорания. Принципиальная схема производства водорода из твердого топлива приведена на рис. 1. Подготовленное твердое топливо (просушенное, размолотое и рассеянное) поступает через шлюзовой питатель 2 в газогенератор 1 с кипящим слоем и самообогревом [1]. Под кипящий слой подается насыщенный пар в соотношении с углеродом топлива 2 : 1. В газогенераторе протекает эндотермическая реакция (1) c увеличением объемов продуктов реакции в 2 раза.


C + 2H2O = H2O + CO + H2 (1)

Тепловой эффект этой реакции qx1 = 3146 кДж/кг пара. В верхнюю зону кипящего слоя вводится воздух, необходимый для сгорания части полученного продукта и обеспечения автотермичности процесса газификации по реакции (2), идущей с уменьшением объема продуктов в 1, 15 раза с экзотермическим тепловым эффектом qx2 = 14446 кДж/кг исходного водяного пара.


H2O + CO + H2 + (O2 + 3, 76N2) = CO2 + 2H2O + 3, 76N2, (2)

Оставшаяся часть продукта из газогенератора 1 по центральной трубе направляется в реактор 7, где на дисперсном железохромовом катализаторе протекает экзотермическая реакция (3) водяного газа [2] без увеличения объема продуктов с экзотермическим тепловым эффектом qx3 = 1140 кДж/кг пара.


H2O + CO + H2 = CO2 + 2H2 (3)

Далее из реактора 7 продукты поступают на разделение либо в абсорбер 8, либо в газовую центрифугу 10, где углекислый газ отделяется от водорода. Схема предусматривает полную утилизацию теплоты отходящих газов. Водород компримируют в компрессоре 19 и закачивают в баллоны 11 для дальнейшего использования.

Производство водорода из твердых топлив

Рисунок 1 - Принципиальная технологическая схема производства водорода из углей

1 - газогенератор с кипящим слоем и самообогревом; 2 - шлюзовый питатель; 3 - регулятор поддержания равенства давлений в камерах газификации и сгорания; 4 - выносной экономайзер кипящего типа парового котла 5; 6 - воздухоподогреватель; 7 - реактор с кипящим слоем катализатора; 8 - абосорбер; 9 - десорбер; 10 - центрифуга; 11 - баллоны для водорода; 12 - питательный насос; 13 - воздуходувка; 14 - гидрозатвор для вывода золы; 15 - циклоны для возврата уноса; 16 - холодильник; 17 - нагреватель (холодильник); 18 - теплообменник; 19 - компрессор; 20 - труба; I - подача угля; II - вывод золы; III - питательная вода; IV - подача воздуха

ВЫВОДЫ

Производство водорода по рассмотренной технологии происходит в три стадии:

1-я — в газогенераторе с самообогревом на никелевом дисперсном катализаторе с получением Н2О, СО и Н2 при температуре 650 °С;

2-я — в реакторе на железохромовом дисперсном катализаторе с получением на выходе СО2 и Н2 при температуре 400 °С;

3-я — разделение СО2 и Н2 в абсорбере или газовой центрифуге либо на адсорбенте при меняющемся давлении с последующим компремированием и закачиванием Н2 в баллоны.

Оптимальные параметры газогенератора с самообогревом: доля полезно отводимого продукта х — 0, 65, температура кипящего слоя — 650 °С, диаметр частиц угля — 4 мм, рабочая скорость продуктов газификации — 4, 6 м/с при рабочих параметрах на полное сечение газогенератора.

В газогенератор с самообогревом для обеспечения производительности реактора v — 0, 1 м/с следует подать 0, 039 кг/с угля с содержанием углерода 70 %, 0, 0825 кг/с водяного пара, 0, 242 кг/с воздуха в зону горения. Выход водорода из реактора (при rH2 = 66, 7 %) — 0, 0667 м3/с. Диаметр газогенератора в зоне ввода пара — 0, 39 м, патрубка для отвода полезного продукта — 0, 254 м, в зоне выхода продуктов сгорания — 0, 628 м, высота кипящего слоя — 1м. Диаметр реактора при рабочей скорости продуктов конверсии 0, 268 м/с и диаметре частиц железнохромового катализатора 0, 5 мм равен 1 м. Площадь поверхности пучка для отвода избыточной мощности и поддержания температуры в кипящем слое 400 °С равна 0, 5 м2, высота абсорбера — 4 м, диаметр — 0, 16 м, расход абсорбента (воды) — 0, 354 л/с, концентрация водорода на выходе из абсорбера — 94 %.

При разделении Н2 и СО2 в газовых центрифугах при производительности каждой по исходной смеси 1, 34 м3/ч потребуется 269 центрифуг. Концентрация Н2 на выходе из одной ступени — 88, 5 %. Потребляемая мощность одной газовой центрифуги при диаметре 0, 2 м, высоте 1 м и частоте вращения 1115с-1 равна 0, 16 кВт.

Список литературы

А.М. Дубинин, А.П. Баскаков, А.Г. Алексее / А.с. 1328296 АЛ. Газогененратор для газификации в кипящем слое. - Открытия. Изобретения, 1987, № 29.

Химические вещества из угля: Пер. с нем./Под ред. И.В. Калечица. - М.: Химия, 1980.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Похожие рефераты: