Технология использования сжатых газов (стр. 23 )

3 Газогенератор представляет собой вертикальный, полый цилиндрический или прямоугольного сечения аппарат, условно разделенный на следующие зоны:

- бункер для загрузки и хранения щепы и подачи её в зону горения. Периодически в бункер загружается вручную или механическим образом щепа. В бункере производится сушка щепы и испарение летучих веществ;

- зона горения, в которую из атмосферы через фурмы подаётся воздух в дозированном количестве для обеспечения неполного сгорания древесины и максимального получения окиси углерода. Вместе с воздухом в зону горения может подаваться водяной пар, обеспечивающий образование водорода, в зоне высокой температуры образуется частично метан и расщепляются летучие смолы.

Из зоны горения выходят генераторный газ и зола, зола падает в сборник, из которого она периодически удаляется. Горячий газ с температурой 300-500оС поступает на охлаждение.

4 Охлаждение газа производится с целью использования его тепла, а также конденсации паров воды и смол. Охлаждение генераторного газа производится в радиаторе с оребренными трубами и обдуваемом вентилятором газопоршневом двигателе, нагретый воздух обдува труб радиатора направляется на сушку щепы, а охлажденный до 70-80оС генераторный газ направляется на сепарацию.

5 Сепарация газа. Массообменный сепаратор обеспечивает смешение неочищенного газа с размельченной до микронного уровня дисперсности жидкостью, контакт капель жидкости с механическими и смолообразными примесями и их отделение вместе с каплями жидкости в центробежной секции сепаратора.

6 Адсорбционная очистка. При необходимости генераторный газ подвергается очистке на твердом носителе. Твердый носитель или адсорбент имеет большую удельную поверхность и насыпается в цилиндрический полый аппарат, который герметично закрывается и подсоединяется к газовому потоку. Оставшиеся в генераторном газе частицы смолы прилипают к поверхности адсорбента, очищенный газ направляется в газовую топливную линию газопоршневого электроагрегата, а твердый адсорбент по мере потери активности ( забивки смолой ) меняется на свежий.

7 Газопоршневой электроагрегат – газопоршневой двигатель внутреннего сгорания, сочлененный с электрическим генератором, вырабатывающим электрический ток.

Очищенный и охлажденный генераторный газ поступает в качестве топлива в газопоршневые электроагрегаты. Электроагрегаты изготавливаются с использованием базовых двигателей, максимально приспособленных к реальным условиям работы на генераторном газе. Основная масса газопоршневых двигателей создается с использованием простых надёжных и хорошо проверенных двигателей Минского и Ярославского, а также Первомайского (Украина) моторных заводов.

Контрольные вопросы к теме 7

1 Что такое горючие газы и какие они бывают?

2 Какие основные характеристики горючих газов?

3 Поясните физикохимические основы горения газов.

4 Что такое коэффициент избытка воздуха?

5 Какик потери тепла при горении? к. п.д. тепловой установки.

6 Шкала пределов опасных концентраций природного газа.

7 Назовите способы получения искусственных газов.

8 Классификация искусственных газов в зависимости от метода получения жаропроизводительности.

9 В чем заключается процесс газификации твердых топлив?

10 Начертите схему газогенератора для твердого топлива.

11 В чем заключается метод подземной газификации углей?

12 Способ получения и состав коксового газа.

13 Расскажите о способе получения нефтезаводских газов.

14 Каковы основные свойства и состав нефтезаводских газов?

15 В чем состоят преимущества от применения горючего газа, полученного газификацией древесины?

16 Опишите принципиальную схему энергетической установки, работающей на древесных отходах.

Список литературы

1.  Гуськов промышленных предприятий/ и др.– М.: Недра, 1982.

2.  Шишаков производства горючих газов/ . – М.-Л.: Химия, 1998.

3.  Смидович переработки нефти и газа, 4.2. крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов – М.: химия, 1980. – 328 с.

Тема 8 СЖИЖЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДНЫЕ ГАЗЫ (СУГ)

8.1  Общие сведения о СУГ

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) – состоят из углеводородных соединений, являющихся органическими веществами, содержащими в своем составе два химических элемента: углерод и водород.

СУГ – смесь газов, которые при нормальных условиях (p=1атм; t=0°C) являются газами, а при некотором повышении давления переходят в жидкое состояние. Сжижение газов – переход вещества из газообразного в жидкое состояние при охлаждении его до температуры ниже температуры насыщения при данном давлении. Для газов, имеющих очень низкие температуры насыщения, применяют криогенные технологии. Для СУГов эти температуры уместные.

В состав СУГ входят т. н. предельные (насыщенные) углеводороды - алканы. Их общая химическая формула СН2n+2.

CH4 – метан

С2Н6 – этан

С3Н8 – пропан газы при нормальных

С4Н10 – бутан условиях

С5Н12 – пентан - жидкость

В последние десятилетия СУГ нашли широкое применение в качестве горючих газов и моторных топлив в силу ряда преимуществ:

- СУГ имеют высокую теплоту сгорания и большую концентрацию тепловой энергии в единице объема;

- СУГ транспортабельны на большие расстояния (в баллонах, цистернах, судах, по трубам);

- высокоэкономично их использование: по сравнению с сетевым газом в 3 раза уменьшается металлоемкость и в 2,5 раза – капиталовложения на создание систем.

СУГ применяются как моторные топлива для автомобильного транспорта. Для этих целей установлены марки СУГ:

ПБА – пропан-бутан автомобильный;

ПБА – пропан автомобильный.

СУГ применяется также для коммунально-бытовых нужд, его марки:

ПБТЗ – пропан-бутан технический зимний;

ПБТЛ – пропан-бутан технический летний;

БТ – бутан технический.

СУГ могут быть переведены в газообразное состояние – регазификация.

8.2 Свойства СУГ

СУГ в условиях транспортировки, хранения, регазификации всегда находятся в виде двухфазной системы жидкость–пар.

Основные свойства пара: высокая плотность, медленная диффузия, низкая температура воспламенения, способность образовывать кристаллогидраты, токсичность, содержание опасных примесей.

8.2.1 Свойства жидкой фазы

Свойства жидкой фазы: способность к сильному объемному сжатию и расширению, малая относительная плотность, охлаждающая способность при регазификации.

Плотность составляющих углеводородного газа при нормальных условиях:

Метан 0,72 кг/м3

Этан 1,36 кг/м3 Для сравнения: плотность

Пропан 2,00 кг/м3 воздуха при н. усл. 1,293кг/м3.

Бутан 2,7 кг/м3

Средняя плотность газовой смеси равна

,

где r1, r2, rn - плотность компонентов смеси,

n1, n2, …nn – объемное содержание их в смеси, %.

Поскольку паровая фаза сжиженного газа имеет плотность большую, чем плотность воздуха, то она долго не рассеивается, а стелется по земле или полу помещения, долго сохраняет способность воспламенения и взрыва, т. е. плохая диффузия.

Смесь паров СУГ воспламеняется при 510°С, т. е. даже от тлеющей спички. Распространение пламени очень быстрое, при этом сильно возрастает давление – происходит взрыв.

Все сжиженные углеводородные газы взаимно растворяются друг в друге.

В летнее время и в отапливаемых помещениях (t=20-25°С) следует применять смесь из 50 % пропана и 50 % бутана, в этом случае упругость паров (давление, при котором при данной температуре пар находится в состоянии насыщения) равна
5 кгс/см2.

В зимнее время t < 0 следует увеличить содержание пропана, или пользоваться только пропаном, т. к. упругость паров снижается (для пропана при t = -15° С, p = 3,2 кгс/см2).

8.2.2 Критические параметры

Все газы можно перевести в жидкость, уменьшая их температуру или повышая давление. Для каждого газа существует температура, выше которой газ не может быть превращен в жидкость повышением давления – критическая температура. Давление, требуемое для сжижения, – критическое давление. Чем легче газ, тем ниже критическая температура и выше давление:

Метан: tкр = -82 ° С, pкр = 45,8 атм;

Бутан: tкр = 153° С, pкр = 35,7 атм.

Плотность пара над жидкостью в критическом состоянии равна плотности жидкости.

Критические параметры смеси газов лежат между самыми высокими и низкими значениями для составляющих газов.

8.2.3 Токсичность СУГ

Токсичность СУГ объясняется тем, что, попадая в воздух, газы вытесняют кислород, это приводит к кислородному голоданию - удушье, головокружение, потеря сознания. Существуют нормы предельно допустимой концентрации – не более 300 мг/м3.

Опасные примеси – сероводород в смеси с водой приводит к коррозии поверхностей металлических сосудов, труб – расслоение металла. Должно быть не более 5 мг H2S /100 м3.

Сернистые соединения, находящиеся в газе, вызывают сильную коррозию латунных и алюминиевых деталей. Может образовываться серная кислота.

8.2.4 Объемное сжатие и расширение СУГ

Принято считать, что жидкости, например вода, не сжимаемы, т. е. под действием давления их объем не изменяется. Но это не так даже для воды. А СУГ – особенно! Например, сжимаемость пропана в 16 раз выше, чем у воды! При повышении температуры жидкой фазы ее объем сильно увеличивается. При изменении температуры пропана от -15 ° до 25°С его объем увеличивается на 11%. Поэтому сосуды надо рассчитывать на самые тяжелые условия – максимальную температуру. При 100% загрузке сосуда СУГ произойдет его разрыв при повышении температуры. Максимально допускается налив на 85 % емкости.