Топливо для замещения потребления природного газа (стр. 2 )

При охлаждении полученного синтез-газа до уровня атмосферной температуры обнаруживается нарушение баланса по теплоте сгорания между левой и правой частью в уравнении (1).

Из 1 кг углерода получается  2,332 кг  СО и  0,167 кг Н2, которые при атмосферной температуре имеют стабильную теплоту сгорания, соответственно, 2413 Ккал/кг для СО  и  33860 Ккал/кг для Н2, т. е. низшая суммарная теплота сгорания газов в правой части равенства (1) превышает  11280 Ккал/кг. 

Прямое сжигание 1 кг углерода в составе ВУС, обеспечено в левой части равенства (1) только с максимальной теплотой сгорания в 7859 Ккал/кг и используемые при этом 1,5 литра не горючей воды не изменяет теплотворность левой части равенства (1).

Это похоже на нарушение закона сохранения энергии или второго закона термодинамики. Объяснение такого факта только на уровне молекулярного равенства не возможно потому, что природа явления значительно сложнее описания, представленного в равенстве (1). Не правомерно рассматривать при этом и как только рекомендуемые для реакций термические условия.

Реально углерод, являющийся реагентом, представляющим твёрдое вещество со сжатой внутренней кристаллической структурой из атомов. Дезинтеграция любого твердого вещества происходит не только за счёт создания известных термических условий для уравнения газификации углерода (1). Термические условия являются не причиной, а следствием дезинтеграции твёрдого вещества. Например, разрушение твёрдого тела под воздействием колебаний индукционного поля. Изменения только связей электронов в молекулах не дают дополнительной энергии. Особенная роль изменения энергии связана с дезинтеграцией на уровне ядер атомов углерода. Дезинтеграция ядра атомов углерода сопровождается дополнительным потоком положительно заряженных частиц несущих энергию, приводящую к изменению фазового состояния. В современной, но не классической физике, любая дезинтеграция объясняется, как появление потока из малых (менее электронов) положительно заряженных частиц, которые называют электрино, которые несут дополнительную энергию. Они обеспечивают фазовый переход, при котором насыщаются энергией молекулы полученных газов. Обеспечение положительной энергией от потока электрино, образующихся при дезинтеграции ядер углерода-реагента, должно вызывать повышение энергии в получаемых и необратимых газах. Охлаждение до атмосферной температуры газов тогда не сопровождается нарушением теплового баланса в правой части равенства (1), где не учитывается влияние дезинтеграции и появление электрино на уровне кристаллической решетки твёрдого тела и ядер. 

Реагент-углерод удобен ещё и тем, что получающийся от реакций с углеродом  углекислый газ, который необходим для существования жизни на планете, хотя бы по причине того, что углекислый газ обеспечивает фотосинтез и рост растений, т. е. основы твёрдого топлива. Рост растений из углекислого газа не только вырабатывает кислород, но и обеспечивает планету древесиной. Древесина представляет собой основу для образования месторождений из твёрдых видов топлив (торфа, бурых и каменных углей). Углерод при его потреблении становится элементом кругооборота в природе, который подобен кругообороту воды. Поэтому без кругооборота углерода не возможно существование животных и людей на планете. Однако, озабоченность общественности "излишками" выработки стабильного к разложению углекислого газа можно снять,  превратив их в вид соли, а в будущем использовать, как реагент для разложения воды подобно тому, как сегодня можно использовать углерод.

Уровень теплоты сгорания полученного горючего газа сегодня,  возможно, использовать в реакции газофазного взаимодействия в момент получения монооксида углерода (СО) с избыточными остатками перегретого пара, когда имеется превышение количества воды для реакции (1) в составе ВУС. Образующийся перегретый пар, при наличии избытка воды в исходном ВУС более 60%, вступает в газофазную реакцию с полученным в реакции (1) СО (монооксид  углерода), что отражается в уравнении (2).

СО + Н2О = СО2 + Н2 ↑  (2) 

Результат реакции замещения СО на Н2 (2) приводит к существенному повышению суммарной теплоты сгорания полученного горючего газа, особенно при удалении из состава газа стабильного к разложению СО2 и излишков пара вместе с другими видами балласта, что повышает и экономическую эффективность газификации ВУС. Такой механизм обеспечивает возможность задания параметров получаемого газа, начиная с уровня приготовления суспензии. Это обеспечивается путём превышения количества используемой воды для производства ВУС.

Соотношения между СО и Н2 особенно важны в процессах получения синтетических видов топлив.

Создавая соотношения угля с водой можно управлять и процессом получения синтез-газа с заданной калорийностью, когда требуется теплотворность, например, с  высшей теплотой сгорания, которая может быть сколь угодно близкой к уровню теплоты сгорания водорода.

Получаемый при этом синтез-газ называют высокоэнергетическим газом потому, что даже его низшая теплота сгорания превышает теплоту  природного газа по ГОСТу в 1,4 раза, а высшая теплота сгорания  превышает теплоту сгорания природного газа,  более чем в 4 раза, т. е. приближается по  теплотворности к водороду.

Существует процессы, в которых был использован опыт на базе работ с водоугольным топливом (ВУТ) на основе энергетических каменных углей, что позволяет начать работы по внедрению технологии высокоэнергетического газа с уровня разработки конструкторской документации (КД).

Остаются нужными исследования для получения водорода и снятия теплотехнических характеристик для ВУС, получаемого на основе, как бурых углей, так и торфа.

3. Реализуемость получения высокоэнергетического газа из ВУС.

  Энергетики могут заявить, что получение топлива для промышленного  замещения на сегодня является фантастикой. По этой причине возможность получения топлива замещения для гарантированного использования на объектах теплоэнергетики для них не очевидна.

Возникает необходимость представлять всем, каким образом можно получать высокоэнергетический газ из водоугольных суспензий, например, из энергетического каменного угля, а из полученного газа получить высокоэнергетический газ с заявленными характеристиками.

  По этой причине рассмотрим получение высокоэнергетического газа на основе энергетических каменных углей, что использует опыт работ с ВУТ и схемные реализации на базе существующих серийно выпускаемых устройств.

На Фиг.1 представлена функциональная схема из заявки на изобретение способа получения потока высокоэнергетического газа, название которого приведено в правой верхней части на фиг.1. Схема базируется в основном на применении функционально-законченных серийных устройств, что накладывает ряд ограничений.

На схеме имеются следующие функционально-законченные устройства: 

1. Накопительная ёмкость с ВУС

2. Насос для  подачи ВУС под давлением в 10 атм.

3. Жаротрубный теплообменник

4. Индукционный нагреватель (устанавливаемый интервал с 20 до 800оС)

5. Ультразвуковой смеситель

6. Жаротрубный теплообменник

7. Индукционный реактор-газификатор (нагрев до 1400оС)

8. Циклон для очистки от золы

9. Охладитель

10. Фильтр химической очистки

11. Осушитель

12. Газгольдер для высокоэнергетического газа

Из газгольдера высокоэнергетический газ может использовать следующим потребителям:

13. Паровые ТЭЦ или паровых мини-ТЭЦ.

14. Мини-ТЭЦ – ГПУ (газопоршневые устройства).

15. Мини-ТЭЦ – ГТУ  (газотурбинные устройства).

16. Производителям синтетических моторных топлив.

Суть в том, что высокоэнергетический газ получается из воды, находящейся в составе потока суспензии. Поток суспензии подаётся под исходным давлением в 10 атм (бар). В результате реакции (1), без доступа воздуха или других окислителей, получается поток с задаваемыми параметрами для получаемого горючего газа. Поток с суспензией  нагревается до уровня перегретого пара в индукционном нагреваили в стационарном режиме в жаротрубных теплообменниках (3) и (6) с дополнительным перемешиванием пароугольной взвеси в ультразвуковом смесиДалее пароугольная взвесь, включая часть синтез-газа,  образующегося из мельчайших частиц угля, в виде аэрозоля поступает в реактор-газификатор (7), который в результате доступа к максимально большим поверхностям мелкодисперсных частиц угля производит в потоке синтез-газ совместно с балластом.  В реакторе-газификаторе крупные из мелкодисперсных частиц золы, которые не образуют при такой температуре слипшихся агломератов, отделяются в бункер, для её дальнейшей переработки. Окончательная очистка от самой мелкодисперсной золы происходит в циклоне или батареи циклонов (8), которые отделяют до 99,8% зольных частиц в контейнер и подлежат  дальнейшем  полной утилизации.  После очистки полученного газа от балласта на аппаратуре для переработки нефтяных газов  известными способами. Следовательно, на существующей серийной аппаратуре получается поток высокоэнергетического газа без балластных включений, который поступает под давлением порядка 30 атм (бар), что связано с фазовым переходом из состояния жидкости в состояние газа.

Запуск такой выработки высокоэнергетического газа обеспечивается при использовании индукционного нагрева. Стационарный режим сопровождается с утилизацией в нагрев части тепла отходящих газов, что позволяет перейти потоку с суспензией и паровую взвесь со снижением затрат на электрическую энергию. Завершается процесс газификации ВУС в реакторе-газификаторе (7), который проектируется по рассчитываемым  характеристикам. Реактор (7) представляет собой устройство конструктивно подобное циклонному типу, но с индукционным нагревателем. Реактор изготавливается из стали и металлокерамики. В реактор поступает поток аэрозоля, который на начальной стадии состоит из пара, мелкодисперсных частиц угля и, частично, из синтез-газа. В реакторе обеспечивается завершение полной газификации за счёт индукционного нагрева.