Подробиці Переглядів: 2993

ВОДЯНОЙ ГАЗ, коксовий газ, - газ, що виходить з коксу пропусканням через нього перегрітого водяної пари при температурі вище 1000 ° і складається приблизно з рівних обсягів СО і Н2 з домішкою невеликих кількостей СО2, Н2О, СН4 і N2.

Теорія. При пропущенні водяної пари над розпеченим вугіллям (коксом) останній окислюється за рахунок кисню води. Залежно від окислення може протікати по одному з наступних рівнянь. При низьких температурах (500-600 °):

При високих температурах (1000 ° і вище):

Рівняння (1) і (2) дають:

Останнє рівняння показує, що з підвищенням температури реакція протікає все більш і більш в напрямку правій частині, але продукт реакції завжди буде складатися з суміші всіх чотирьох газів. Їх співвідношення визначається рівнянням:

де р - парціальний тиск відповідного газу в суміші, а К - постійна рівноваги. Рівняння (4) називається рівнянням рівноваги водяного газу. До не залежить від тиску, але сильно зростає з підвищенням температури. Ган експериментально визначив До для ряду температур:

За теорією, при температурі близько 2800 ° К досягає вищого значення - 6,25; але внаслідок високої ендотермічну цієї реакції температура в генераторі швидко падає, що тягне за собою збільшення вмісту СО2, падіння вмісту СО і Н2 і зниження калорійності газу. Уникнути падіння температури в генераторі можна було б при перегріванні водяної пари до 2200 °, що технічно нездійсненно. Тому температуру в генераторі відновлюють за допомогою гарячого дуття. Для цього припиняють впуск пари і одночасно починають продувати повітря, який утворює з коксом генераторний газ.

Історія. Дія водяної пари на розпечене вугілля відкрив Феліче Фонтану, (1780 рік). Карбюрірованний нафталіном водяний газ для освітлювальних цілей вперше застосував Донован в Дубліні (1830 г.). Жіляр в 1849 р застосував продування генератора повітрям для відновлення температури. Керкгем (1852 г.) удосконалив конструкцію генератора і застосував тепло відхідних газів для отримання пара. Близько 1855 р водяний газ вперше застосували для міського освітлення у Франції (Нарбонна), приблизно у 1860 г. - в Німеччині, близько 1870 г. - в Англії і CША. У 1898 р Дельвік і Флейшер збільшили силу повітряного дуття і зменшили висоту шару палива, ніж скоротили тривалість гарячого дуття. У 900-х роках почалися досліди по застосуванню рухливих колосників для запобігання спікання нижнього шару шихти генератора. Штрахе (1906 г.) запропонував спосіб отримання т. Н. подвійного водяного газу, що дозволяє замість коксу застосовувати вугілля. Суспільство Дельвік-Флейшер (1912 г.) сконструювало генератор для потрійного водяного газу, що дає можливість отримувати з застосовуваного вугілля також і первинний дьоготь. В даний час в різних країнах ведуться роботи по автоматизації управління генераторами і збільшення їх потужності.

Класифікація водяного газу. Крім чистого водяного газу розрізняють ще карбюрірованний водяний газ і вже названі подвійною і потрійною водяний газ. Останні виробляються переважно в Німеччині і носять також назва угольноводних газів (Kohlenwassergase). До водяному газу треба віднести також полуводяной газ.

Виробництво водяного газу. Схема пристрою для отримання звичайного водяного газу зображена на фіг. 1.

Генератор 1 складається з залізного кожуха з внутрішньої шамотної обмурівкою. У нижній його частині знаходиться решітка. Нерухомі решітки - плоскі; рухливі будуються у вигляді опуклого догори, похилого конуса, ніж найкраще запобігає спікання шлаків. Дрібні генератори будують зовсім без решітки, з шамотною подом, а генератори з продуктивністю понад 1000 м3 газу на годину завжди забезпечуються рухомий гратами. Над ґратами перебувають герметично закриваються дверцята для спуску шлаку, під нею - такі ж дверцята для вигрібання золи. У зольнику поміщаються труби 2, що підводять повітря для гарячого дуття і пар для нижнього парового дуття і відводять газ верхнього парового дуття. У верхній частині генератора знаходяться: завантажувальний самоуплотняющийся люк, труба 3, що вводить пар верхнього дуття, і відвідні труби для газу нижнього парового дуття. Висота шару коксу в залежності від розмірів генератора коливається від 1,4 до 2,5 м. При металургійному коксі вона буває дещо більше, ніж при газовому. Завантаження проводиться через 30-60 хв. Пар виходить або шляхом уприскування води в пароперегрівники, викладені особливо стійким матеріалом (Термофікс), або, у великих установках, від особливого парового котла, для опалення якого зазвичай використовуються гази гарячого дуття. У великих установках для рівномірності дії пар вводиться одночасно знизу і зверху. Повітря, під тиском 300-600 мм водяного стовпа, вдувається воздуходувками по трубопроводу 5. Вони приводяться в дію паровими машинами або періодично працюють електромоторами. Тривалість гарячого дуття коливається від 3/4 до 2 хв., А парового - від 4 до 8 хв. При переході від одного дуття до іншого відповідні трубопроводи закриваються засувками. Щоб уникнути помилок управління зміною ходу зосереджується в одному механізмі 4, а в новітніх установках відбувається автоматично. Гази гарячого дуття в дрібних установках випускаються через вентиль 8 в димову трубу 9, а в великих - з додатковим повітрям допалюються в пароперегрівачах і служать для нагріву парових котлів, які обслуговують генератор. Механічний винесення накопичується в збірниках для пилу 7 за допомогою спеціальних пиловідокремлювачі 6 або ж затримується в наповнених коксом колонах, де відбувається і охолодження. Для відділення смоли водяний газ пропускають через гідравліку 10 і по трубопроводу 13 він надходить в газгольдер. Для харчування гідравліки водою служить трубопровід 12. Смола з гідравліки збирається в резервуарі 11.

Теоретично 1 кг вуглецю і 1,5 кг водяної пари повинні дати 4 м3 водяного газу (приведеного до 0 ° і 760 мм ртутного стовпа), т. е. для отримання 1 м3 водяного газу потрібно 0,25 кг вуглецю і 0,375 кг водяної пари. Практичні виходи водяного газу і витрата пара коливаються в залежності від вмісту вуглецю в коксі і від конструкції установки. Внаслідок втрат вуглецю при гарячому дуття в шлаках і в механічному віднесенні вихід водяного газу на 1 кг міститься в коксі вуглецю знижується в середньому до 2,2 м3 і не перевищує 2,8 м3. Внаслідок неповного розкладання пара витрата його на 1 м3 газу коливається від 0,6 до 1,0 кг. Витрата енергії для повітродувок коливається від 10 до 30 Wh, а витрата води для охолодження і промивки - від 5 до 10 л, вважаючи все на 1 м3 водяного газу. Для характеристики теплового балансу виробництва водяного газу можуть служити результати випробувань, проведених двома науковими установами (табл. 1).

Про розміри установок дозволяють судити дані заводу Франке Верке (Бремен), наведені в табл. 2.

Для обслуговування одного генератора досить одного робітника. Додатковий персонал необхідний для розвантаження від шлаків, а в великих генераторах і для завантаження коксу. Поряд з усталеними типами генераторів йде розробка нових типів з метою автоматизації і більш досконалого використання тепла. Фіг. 2 зображує автоматичну установку для отримання карбюрірованного водяного газу з дуже досконалим використанням тепла, виконану в 1926/27 році фірмою Гемфріз (Глазго, Лондон) для Societe d'Eclairage, Chauffage et Force Motrice в Женевільере.

Генератор А оточений водяним контуром В, з'єднаної з паровим котлом низького тиску С, службовцям для утилізації тепла, випромінюваного генератором. При гарячому дуття повітря надходить в генератор знизу. Вихідні зверху гази надходять у верхню частину карбюратора F, де згоряють з додатковим повітрям і нагрівають карбюратор. Поступаючи в пароперегреватель G знизу, вони у верхній його частині остаточно допалюються з новою порцією додаткового повітря і надходять в робочий котел Н, а звідти, через пиловідокремлювачі J, в димову трубу К. Гази як нижнього, так і верхнього парового дуття надходять у верхню частину карбюратора, змішуються з парами вводиться туди масла і карбюріруются. Якщо в карбюрації немає потреби, гази, минаючи карбюратор, також надходять під котел за особливою трубі для теплообміну. Спікання шлаків зменшується введенням обертається колосникових грат Е. Продуктивність кожного генератора досягає 80000 м3 карбюрірованного газу на добу; вся установка повинна давати 600000-800000 м3 на добу. Комплект з трьох таких генераторів обслуговується трьома наглядачами робочими і одним - для прибирання шлаків.

Т. к. Необхідність користуватися коксом для отримання водяного газу сильно обмежує поширення газу, то Штрахе запропонував застосовувати вугілля в генераторах особливої ​​конструкції. Генератор Штрахе для отримання «подвійного газу» (фіг. 3) являє собою з'єднання генератора 1 з подобою коксової реторти 6 в його верхній частині.

Завантаження туди вугілля обігрівається газами гарячого дуття, що проходять в кільцевому просторі навколо ретортной частини генератора. Продукти сухої перегонки по трубі 13 йдуть в водяній регулюючий клапан 5 і трубу 14. У разі проникнення туди також і газів гарячого дуття контрольна пальник, поєднана з трубою 14, гасне, і тоді необхідно підвищити опір клапана. При гарячому дуття повітря по повітропроводу 8 надходить знизу; гази гарячого дуття надходять через вентиль 2 в пароперегреватель 3, де і спалюються з додатковим повітрям, підведеними через канал 12, і йдуть через вентиль 10 в димову трубу 11. При паровому дуття (пар надходить з 4) закривають вентилі 2, 9 і 10 і впорскують в верхню частину пароперегрівача воду. Пар через канал 12 надходить в нижню частину генератора. Утворився водяний газ в суміші з продуктами коксування (подвійний газ) залишає генератор через трубу 13. Для чищення служить люк 7. Потрійний газ являє собою суміш водяного газу з генераторним і продуктами сухої перегонки застосованого вугілля.

Властивості водяного газу. Теоретично водяний газ повинен представляти суміш рівних обсягів СО і Н2. Такий газ (при 0 ° і 760 мм) має питому вагу (по відношенню до повітря) 0,52; його вища теплотворна здатність на 1 м3 дорівнює 3070 Cal, нижча - не перевищує 2800 Cal; температура полум'я 2160 °; суміші з повітрям підривають при утриманні водяного газу від 12,3 до 66,9%. Практично склад і властивості водяного газу відхиляються від виведених теоретично. Середній склад і властивості різних видів водяного газу характеризуються табл. 3 (по де-Граля).

Властивості карбюрірованного газу залежать від способу і ступеня карбюрації. Газ збагачується метаном (до 15%) і важкими вуглеводнями (до 10%); його теплотворна здатність підвищується до 5000 Саl / м3.

Очищення водяного газу проводиться в залежності від його призначення. Газ для освітлення і технічних цілей очищається, як і світильний газ. Так як водяний газ володіє отруйними властивостями, але в той же час не має ні кольору, ні запаху, то з обережності до нього домішують пари сильно пахнуть речовин (меркаптани, карбіламін). Останнім часом, у зв'язку із застосуванням водяного газу для каталітичних цілей, потрібна була ретельна очистка його від присутніх в ньому отруйних домішок, отруйних каталізатори. З них у водяному газі знаходяться сірководень, сірковуглець і оксисульфід вуглецю. Для видалення їх Ф. Фішер пропонує наступний спосіб, що дає разом з тим можливість виділити і утилізувати міститься в них сірку. Сірковуглець і оксисульфід вуглецю відновлюються каталитически воднем водяного газу при температурі 350-400 ° (в залежності від каталізатора). Каталізатори: Сu, Pb, Bi, CuPb, Сг2O3і ін. При цьому сірка цих з'єднань кількісно дає сірководень H2S і його солі, які окислюються до S за такою реакції:

(Реакція йде в присутності карбонатів або бікарбонатів); K4Fe (CN) 6 на нікелевому аноді окислюється до K3Fe (CN) 6 з виходом по току в 100%. На 1 кг отриманої S витрачається 3 kWh.

Застосування водяного газу. Найбільше застосування водяний газ знаходить в освітленні; але з огляду на те, що він горить не світяться полум'ям, його карбюріруют: гарячим способом - нафтовими маслами, холодним способом - бензолом , Легкими нафтовими і т. П. Погонами - або домішують до Світильня газу. Гаряче карбюрірованіе поширене в США., Де карбюрірованний водяний газ становить близько 75% усього виробленого светильного газу. Примішування водяного газу до кам'яновугільного Світильня газу поширене в 3ападной Європі, де майже кожен газовий завод має установку для водяного газу. Тут водяний газ становить від 5 до 8% усього виробленого кількості светильного газу. Водяний газ широко поширений в металургійній і скло-порцелянової промисловості з причини високої температури його полум'я і можливості попереднього підігріву. Водяний газ застосовується для отримання водню і, замість водню, в ряді відновних процесів: для Свинцювання жерсті (по мілин і Шанкенбергу), для отримання NО (по Гейсер), для отримання S з SО2 (по Тельде, Зульману і Пікару). Останнім часом водяний газ почали застосовувати для виготовлення штучного рідкого палива і синтетичного метилового спирту. У зв'язку з цим зводяться потужні генератори (Вінклер) для газування до 1000 т коксу і напівкоксу на добу, причому тут застосовують спосіб прискорення реакції при пульсації порошкоподібного палива під дією дуття повітря і пара.

У 80-х рр. минулого століття водяний газ називали «паливом майбутнього», але потім інтерес до нього зменшився внаслідок ряду непереборних труднощів. В останні роки, завдяки можливості при виробництві водяного газу доцільного використання самого низькосортного (порошкоподібного, високозольного) сировини як в якості палива, так і для хімічних реакцій, до водяного газу знову прокинувся інтерес.

Джерело: Мартенс. Технічна енциклопедія. Том 4 - 1928 р