Топливо для замещения потребления природного газа (стр. 1 )

Топливо для замещения потребления природного газа.

Необходимость замещения природного газа,  как  топлива.

Рост населения планеты и промышленного производства сопровождается проблемами с энергетическим обеспечением развития энергетики и промышленности. В настоящее время  требуемые для существующей энергетики первичные энергоресурсы обеспечиваются, в основной массе, за счёт роста объёмов добычи традиционных и применяемых ныне видов топлив. Существующая добыча промышленных углеводородов уже сегодня стала слишком дорогой для многих промышленных применений из-за роста стоимости добычи углеводородов на удалённых месторождениях и влияния рыночных спекуляций. 

Проходящий поиск  альтернативных видов топлив не дал, да и не мог дать промышленного эффекта. Альтернативой для промышленного применения не может принимать такое эффективное топливо, которое может быть использоваться в определённых условиях или  только для локального потребления. Возникает сомнение в такой постановке задачи, как поиск альтернативного вида топлива для промышленности и энергетики. На планете ещё недостаточно используются даже добываемые энергетические ресурсы, которые практически можно использовать, как неисчерпаемые источники  энергии даже в условиях роста промышленного производства и населения. Однако масштабные разработки в этом направлении не ведутся, хотя есть ряд организаций и отдельных лиц, которые, как бы бессистемно,  продолжают движение в данном направлении по собственной инициативе. 

Утверждение, что на планете недостаточно первичных энергоресурсов для развития потребления энергии, особенно с учетом роста населения, абсолютно не верно. Планета имеет практически неограниченные  энергетические ресурсы, которые не используются.

Внедрение использования, как минимум, энергии воды, которая достаточно равномерно размещена по планете, приводит к тому, что после сжигания водорода будет возвращаться ещё более чистая вода через кругооборот воды в природе. Выхлопные газы в виде пара из дистиллята вступают в кругооборот воды, что позволяет потреблять в дальнейшем более чистую воду, чем та вода, которая была в исходном состоянии. Это уже делает воду практически неисчерпаемым энергетическим ресурсом для дальнейшего развития. Энергетический ресурс в виде воды не требует затрат на её добычу, что приводит к удешевлению, а за счёт потребления происходит  самоочищение воды, подобно тому, как очищается от загрязнений атмосфера.

Ещё в 19 веке Жюль Верн предлагал водород использовать из воды, как топливо будущего. Озвученная идея замещения угля, как  основного топлива того времени на водород, который получается из воды при использовании электричества продолжала развиваться. Предполагалось, что электролитическим разложением воды можно получать водород, который и будет высококалорийным  топливом и в большом количестве. Именно это предположение в реальности препятствует промышленному развитию потому, что технологии базировались в основном за счёт электролиза и плазмохимии. Использование электролиза или плазмохимии привело к производству серийного оборудования для получения водорода. Получается водород, который слишком дорог для широкого применения, как в промышленности, так и в энергетике.

Существуют другие современные физические эффекты, которые позволяют получать из воды водород, но уже в промышленных объёмах, что делает реальным замещение традиционно используемых углеводородов, как в энергетике, так и в промышленности.

Замещения топлива в энергетике всегда связывалось с экономическими характеристиками. Так, например, внедрение пылеугольных и водоугольных технологий. Обосновывалось сначала оценками потерь от не полноты слоевого сжигания угля. В качестве меры сравнивалась стоимости затрат при эквивалентной калорийности  потребляемого  угля. 

В сегодняшних условиях, очевидно, что наиболее эффективным топливом может быть только топливо в виде газовой фазы. Поэтому необходимость фазового перехода стала очевидной как для твёрдых, так и жидких видов топлив. Это следствие опыта и удобства потребления природного газа. Более того, стало очевидным, что прямое сжигание суспензий, на базе угля, экономически проигрывают сжиганию синтез-газа, полученного из тех же суспензий. В результате теплота сгорания продолжает оставаться основной характеристикой в сравнениях видов топлив, а существующее оборудование для потребления природного газа становится практически не требующим модификации при замещении природного газа на синтетический газ. Становится важным только возврат к получению синтез-газа с использованием более современных физических эффектов и из более широкого вида сырья (чем уголь), которое называют как твёрдое топливо или углеродосодержащим сырьём. 

  Замещение на синтез-газ (СГ) эффективно и, потому, что замещающий синтез-газ доступнее по объёмам применения на производственных предприятиях и в энергетике. Кроме того, синтез-газ  имеет более низкую стоимость при той же калорийности в сравнениях с природным газом.  Горючий газ, называемый синтез-газом,  представляет собой газовую смесь, состоящую как из горючих газов (водорода - Н2 и угарного газа - СО), так и из негорючих элементов, называемых балластом. При этом каждый компонент из состава горючих газов в смеси может быть необходимым в промышленном применении. Задаваемые пропорции смесей из горючих газов позволяют использовать синтез-газ не только в больших объёмах, что требуется, например, в энергетике, но и в разных соотношениях между компонентами газа при промышленном применении в других отраслях промышленности. Например, синтез-газ нужен как в  чёрной и цветной металлургии, при производстве губчатого железа или при производстве губчатых цветных металлов, так и для получения синтетических видов топлив (дешёвого метилформиата с высоким уровнем выхода готовой продукции, высокооктанового бензина, керосина, солярки и т. д.).

Со времён , синтез-газ из угля уже считался перспективным. В сегодняшних  условиях можно за счёт современных физических эффектов тоже получать тот же генераторный или водяной синтез-газ, но без паровоздушного дутья через раскалённый уголь. Более того, водород, из состава суспензии, можно уже получать и без потери угля на создание термических условий (в среднем достигают 60%), что приводит к получению промышленных объёмов синтез-газа. 

Синтез-газ из исходных суспензий можно получать в потоке совместно с поточной очисткой от балласта. 

2. Оценка по калорийности топлива.

Теплота сгорания водорода не только превышает теплотворность любого другого вида органического топлива, но и имеет стабильные теплотворные характеристики, которые невозможно получить, пример, при сжигании угля даже одной марки или в виде водоугольного топлива (ВУТ). 

Множество  людей, в том числе специалистов в физики и химии, продолжают искать решения, по Жуль Верну, т. е. получение водорода из воды на базе электролиза и плазмохимии. Представляется более эффективным использование не электролиза или плазмохимии, а других современных физических эффектов: ударной волны, кавитации, ультразвука, индукционного нагрева и электроимпульсной дезинтеграции. В существующих условиях перспективным становится тот подход, который обеспечивает оптимальные физико-химические условия для реакций газификации суспензий, где углерод должен полностью используется, как реагент в реакциях. Отличие от традиционных способов газификации суспензий состоит в целевом использовании влияний современных эффектов ударной волны, колебаний  индукционного поля, кавитации и ультразвука.

Предложенное решение базируется на опыте работ, с водоугольным топливом (ВУТ). На сегодня технология прямого сжигания ВУТ перестала быть перспективной. Непосредственное сжигание капель воды с встроенными в них частицами мелкодисперсного угля (ВУТ), по отношению к другим способам прямого сжигания, пока многие продолжают считать перспективным. Однако прямое сжигание ВУТ значительно уступает сжиганию высокоэнергетического газа, получаемого из суспензий потому, что синтез-газ из тех же суспензий имеет большую теплотворность и стабильность в сравнениях характеристик по теплоте сгорания. Дополнительное преимущество сжигания высокоэнергетического газа  связано с улучшением экологических характеристик сжигания при сравнении с теми же характеристиками прямого сжигания ВУТ (ЭКОВУТ или КАВУТ).

Потребление углерода (из угля без учёта других примесей) с водой  по теплоте сгорания  всегда соответствовало уравнению газификации углерода (1), которое на молекулярном уровне соответствует любому принципу газификации углерода с водой:

С + Н2О = СО↑ + Н2↑  (1).

Традиционное получение синтез-газа (генераторного и водяного) описывается тоже тем же  уравнением  (1) и без учёта балласта в углях. При этом  более половины углерода уходит на термические условия для реакции (1). При этом из 1 кг углерода объём выработки оценивается в 1,71 м3 по горючему газу (известные эмпирические и справочные данные). Процесс получения промышленного синтез-газа из ВУТ чаще всего применяется как процесс газификации в предтопках или в Шкипящих слояхШ, где практически не возможна дешевая очистка синтез-газа от балласта. По этой причине теплота сгорания ВУТ примерно соответствует  теплотворности генераторного или водяного газа, т. е. реально среднему уровню в 2500 Ккал отнесенных к 1 кг или литру суспензии.

Возможность получения существенно большего по объёму синтез-газа следует из уравнения (1), когда углерод (С) полностью используется в реакции (1) как реагент, который не должен расходоваться на создание термических условий реакции. При этом вода (Н2О) в левой части равенства (1) применяется, как газифицируемый агент, т. е. из которого и "добывается" водород.

Расчёт максимальной полноты в реакции газификации показывает на потребность наличия в левой части равенства (1) не менее 60% воды в составе подготавливаемой для газификации суспензии. Такое соотношение воды в ВУС делает ВУС практически не приемлемым для прямого сжигания, которое применяется с водоугольным топливом.

По расчётным оценкам полученный синтез-газ из такой суспензии будет иметь объём уже в средних пределах 3,72 м3 из каждого килограмма углерода.