ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

 

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті

 

 

 

 

 

Қорғауға жiберiлдi:

Кафедра меңгерушісі,

х.ғ.д, проф.                             ___________________           З.А. Мансұров

 

 

 

 

 

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

 

 

 

 

Қатты отындарды плазмохимиялық газификациясының кинетикалық модельдеу

 

мамандық 050606 – «Химия»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2011
РЕФЕРАТ

 

Бітіру жұмысының құрылымы мен көлемі: бітіру жұмысы кіріспеден,әдеби шолудан, есептеу-теоретикалық бөлімнен, тәжірибелік бөлімнен, нәтижелер мен оларды талдаудан, қорытындыдан және қолданылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Жұмыс 42 бетке жазылып, 8 кесте, 18 сурет және 37 қолданылған әдебиеттер тізімін қамтиды.

Түйін сөздер: Плазма, реактор, Көмір, Газификация, Синтез-ГАЗ, Кинетикалық Есептеу, Эксперимент

Зерттеу нысаны және пәні. Зерттеу нысаны ретінде қатты отынның плазмалық-ауа және плазмалық-бу газификация процестері болып табылады. Зерттеу пәні – күлділігі 48% төменгі сортты Кучекин тас көмірінің плазмалық газификациясының кинетикалық есептеу және экспериментік зерттеулер

Жұмыстың мақсаты: жоғары күлділікті энергетикалық көмірлердің кен қолдануы мәселесімен, дефицитті және қымбат сұйық және газ тәрізді отындардың бірге өртеудің және энергетикалық нысандарға жақын орналасқан экологиялық жағдайдың нашарлануынымен байланысты қатты отындарды плазмохимиялық газификациялау.

Практикалық маңызы. Зерттеу жұмысының нәтижелері жоғары техника-экономикалық деңгейі плазмалық газификаторда алынған синтез-газдың және табиғи газды дәстүрлі каталитикалық конверсия әдіспен алынатын бағаларың салыстыруымен расталады. Соңғы, көмірді плазмалық газификация арқылы алынатын синтез-газдың бағасына қарағанда, 7-10 % жоғары.

Жұмыс апробациясы мен жарияланғандығы. Жұмыстың нәтижелері 2011 жылы Халықаралық Жас ғалымдардың және студенттердің ғылыми-практикалық конференциясында баяндалып, баяндама бойынша 1 тезис жарыққа шықты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Обьем и структра и выпускной работы. Работа состоит из введения, обзора литературы, расчетно-теоретической части, экспериментальной части, анализа результатов экспериментальных исследований, заключения и списка использованной литературы. Материал работы изложен на 42 стр., содержит 8 таблиц,  18рисунков и насчитывает 37 источников информации.

Ключевые слова: Плазма, реактор, уголь, Газификация, Синтез-ГАЗ, КинетическИЙ РАСЧЕТ, Эксперимент

Объект и предмет исследования: Объектом исследования являются процессы плазменно-воздушной и плазменно-паровой газификации твердого топлива. Предметом исследования является кинтически расчеты и экспериментальные исследования плазменной газификации низкосортного Куучекинского каменного угля зольностью 48%.

Цель работы: Цель работы обусловлена проблемой все большего использования низкосортных энергетических углей с высокой зольностью, необходимостью совместного сжигания дефицитных и дорогостоящих жидкого и газообразного топлива и ухудшения в связи с этим экологической обстановки вблизи энергообъектов.

Практическое значение. Высокий технико-экономический уровень исследовательской работы подтверждается сравнением стоимости полученного в плазменном газификаторе синтез-газа со стоимостью его получения традиционным методом каталитической конверсии природного газа. Последняя на 7-10 % выше стоимости синтез-газа, получаемого плазменной газификацией угля.

Апробация и публикации по работе. Результаты работы в 2010 году доложены на Международной научно-практической конференции студентов  и молодых ученых и опубликовании 1 тезис докладов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛОССАРИЙ

 

Плазма – заттың төртінші күйі; толық немесе жартылай иондалған газ. 

Газификация – қатты отындардың органикалық массасынан жанғыш немесе басқа газ өңдеу үрдісі.

 

 

 

 

 

МАЗМҰНЫ

 

 

КIРIСПЕ………………………………………………………………………….	6
1  ӘДЕБИ ШОЛУ……………………………………………………………….	8
1.1 Көмірдің газификациясының орнықтылығы………………………………..	8
1.2 Көмірдің құрылысы мен құрылымы……………………………………….	9
1.3 Қатты отындардың газификациясының қазіргі заманғы күйі…………..	13
1.4 Қатты отындарды плазмалық-ауа және плазмалық-бу газификациясы…	15
2 ЕСЕПТЕУ-ТЕОРЕТИКАЛЫҚ БӨЛІМ ………………………………………	17
2.1 Көмірлерді плазмохимиялық газификациясының кинетикалық есептеу үшін компьютерлік Плазма-Көмір бағдарламасының сипаттамасы…….17
2.2 Куучекин тас көмірдің плазма-ауа және плазма-бу газификациясының есептеу нәтижелері………………………………………………………………………………	18
3 ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ…………………………………………………………………………	25
3.1 Тәжірибелік қондырғының бейнелеуі және тәжірибелердің әдістемесі…	25
3.2 Газдарды талдау үшін газды хроматографиясының әдістемесі…………….	32
3.3 Қатты қалдықтағы көміртекті анықтау әдістемесі………………………………..	32
4 НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ……………………………………….	35
4.1 Есептеу және тәжірибелік нәтижелерді салыстыру………………………………	36
ҚОРЫТЫНДЫ…………………………………………………………………………………………	37
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТIЗIМI……………………………………………	38
ҚОСЫМША – Студенттік конференциясының тезис жинағы……………………	41

 

 

 

 

 

КIРIСПЕ

 

Қазіргі таңда жылу электрстанциялары (ЖЭС) 40% — ға жуық электр және жылу энергиясын өндіреді. Болжамдарға сәйкес [1] 2020 жылдарға қарай әлемдік отындық баланста көмір мөлшері 50% — ға жуық болады.

Қазақстандағы электр энергияның 85 %-ға жуығы шаңды көмірлі ЖЭС-да өндіріледі. Бұл жерде дәстүрлі көмірді мазутпен жағу тәсілі қолданылғандықтан, отынды пайдалану тиімділігінің төменуі мен ЖЭС-ның экологиялық-экономикалық көрсеткіштерінің нашарлануына алып келеді. Энергетикалық көмір сапасының төмендеуі жағдайды ушықтырады, бұл өз кезегінде қазандықтарды және шаңды көмірлі факельдерді жағу үшін шаңды көмірлі ЖЭС-ғы мазуттың шығынын көбейтуді талап етеді [2-5]. Қазандықтарды және шаңды көмірлі факельдерді жағуға Қазақстанда жылына 0,8 млн. т жуық мазут жұмсалады (әлемдік баға бойынша тоннасына 450 АҚШ долллары).

Шаңды көмірлі ЖЭС-да қолданылатын көмірді мазутпен жағу отынның толық жанбауы мен экран құбырларының коррозиясының едәуір жоғарлауына, қазандық КПД мен қазандық құрылғылары жұмысының сенімділігінің төмендеуіне, азот оксиді, күкірт және канцерогенді ванадий оксиді қалдықтарының жоғарлауына алып келеді. Осыған байланысты шаңды көмірлі ЖЭС-ның отын балансындағы мазуттың мөлшерін азайту керек.

Сұйық және газ тәрізді отынды жағуға қарағанда, дәстүрлі отынды жағу технологиясы зиянды қалдықтарды шығару деңгейі анағұрлым жоғары. ЖЭС-ның энергия балансындағы қатты отын мөлшерінің өсуі, көмірді толықтай немесе жартылай газификацияға негізделген және шаңды көмірлі факельдердің жану активациясының плазмалық технологиясын қосатын жаңа анағұрлым тиімді және экологиялық таза технологияларды шығару және оларды пайдалануды талап етеді [6-8].

Дәстүрлі отты әдіске қарағанда, электродоғалы плазмаларды қолдану едәуір тиімдірек [2, 4]. Жоғарғы концентрациялы энергиялы плазма химиялық белсенді атомдар, иондар, радикалдар мен электрондардың көп мөлшерінің болуымен сипатталады. Бұл көмір мен тотықтырғыштың термохимиялық айналуының бірнеше есе жылдамдауын және шаңды көмірлі факельдердің тез, толық жанып кетуін туындатады.

Жоғары температуралы екі фазалық ағындағы көмірдің термохимиялық айналу заңдылығы күрделі – олар ұшқыш өнімдер мен кокс пайда болатын көмірдің алғашқы ыдырауы кезеңін, газдың кокспен өзара әрекеттесу реакциясы мен газды фазадағы ұшқыш өнімдерді бөлетін реакция екінші кезеңін біріктіреді. Көмірдің плазма химиялық қайта өңделуі кезінде иондар мен электрондар қатысындағы реакциялар маңызды рөлге ие. Жылу немесе салмақ алмасу құбылысы процеске маңызды әсер етеді.

Болжауларға сүйенсек, 2020 жылға қарай энергетикалық, металлургиялық және химиялық кәсіпорындардың отын балансындағы көмірдің мөлшері 56 % дейін өседі. Бұл өсу негізінен төменгі сортты энергетикалық көмір мөлшерінің өсуі арқасында қамтамасыз етіледі. Осыған байланысты жылу энергетикада, металлургияда және химиялық өнеркәсіптегі төменгі сортты көмірдің жануын қамтамасыз ету үшін тапшы, әрі қымбат сұйық және газ тәрізді отынды пайдалану өсетін болады. Қатты, сұйық және газ тәрізді отынды бірге жағу зиянды қалдықтардың көптеп шығарылуына алып келеді, сәйкесінше, экологиялық жағдай да нашарлайды.

Төменгі сортты қатты отынның плазмалық газификация технологиясын қолдану, жоғарыда айтылған проблеманың перспективалы шешімі болып табылады. Органикалық шикізаттарды қайта өңдейтін плазмохимиялық процестердің көзге көрінетін ерекшелігі олардың жоғары селективтілігі болып табылады: толықтай бүтін өнімді алу барысында (синтез-газды, сутегіні) жағымсыз, қажетсіз заттар мен қоспалар аз бөлінеді. Бұл мұнай шикізаттарынан дәстүрлі түрде алынатын химиялық өнімдердің өндірісін қажетсінетін (мысалы, ацетилен, мотор отындары, винилхлорид) көмірлі аймақтарда плазмалық процестерді тиімді қолдануға мүмкіндік береді. 

 

 

1 Әдеби шолУ

 

• Көмірдің газификациясының орнықтылығы

 

Көмірді пайдалану 2000 жылмен салыстырғанда 2020 жылғы әлемдік отын энергетикалық баланстың (ОЭБ) ұзақ мерзімдік болжамы бойынша маңызды, қолжетерлік қайта жаңармайтын энергия көздерінің бірі болып 2050 жылға дейн қала бермек [1]. Мәліметтер бойынша [9] көмірдің әлемдік қоры 1 триллион тоннаға бағаланады. Көмірді пайдалану қазіргі деңгейде қала берсе, қор 250 жылға жетеді, салыстыру үшін: табиғи газ 65 жылға, мұнай 45 жылға жетеді. Көмірдің әлемдік пайдаланылуы жыл сайын шамамен 2 %-ға өсуде, осыған қарамастан мұнаймен, газбен салыстырғанда жоғарғы тұрақтылығымен еркешеленеді [1].

Көмір негізгі энергия көздерінің бірі болып табылады. Әлемдегі электр энергиясының 38 %-ын көмірден өндіреді. Тек АҚШ-тың өзінде шаңды көмірлі ЖЭС-нан өндірілетін энергия күші 250 миллион кВт құрайды [10]. 1998 жылы осы ЖЭС-да 854 млн. т. көмір жағылған, ал электр энергиясы өндірісіндегі көмірдің үлесі 57 %-ға жеткен. 1 кестесіндегі мәліметтерде [1] отынның әлемдік тұтыну балансы мен оның 2020 жылға дейінгі болжамы келтірілген.

 

1 кесте

 

Отынның әлемдік балансы

 

Жылдар Отын	Шартты отынның миллион тоннасы
	1990	2000	2010	2020
Көмір	3142	3610	4199	5645
Мұнай	4582	5455	6346	7665
Табиғи газ	2422	2605	2813	4035
Басқалары	1767	1650	1533	1629
Барлығы	11913	13320	16803	21466

 

Отын балансындағы көмір үлесінің өсуі өз кезегінде энергетикалық тиімді және экологиялық таза технологияларды шығаруды, ендіріді және оларды қолдануды талап етеді. Қазіргі қатты отындар мен олардың қосылыстарын термиялық қайта өңдеу және жағу технологиялары отынды пайдаланудың тиімділігін жоғарылату және энергетикалық нысандардың экологиялық-экономикалық көрсеткіштерін қамтамасыз етудегі қазіргі талаптарды толығымен қанағаттандырмайды. Отынның төменгі сапалылығы жану процесі сипатына кері әсер ететіндіктен, шаңды көмірлі қазандықтарда төменгі сортты көмірді жағу айтарлықтай қиындықтарды туындатады, сонымен қатар ЖЭС-ның экологтялық-экономикалық көрсеткіштерін едәуір төмендетеді, бұл зиянды газдар (NO_x, SO_x, CO) мен ұшқыш күлдердің көптеп шығуына алып келеді [11].

Қазандықтарды, жалындарды жағу және сұйық шлақтардың шығуын тұрақтандыру үшін шаң көмірлі ЖЭС-да пайдаланылатын энергетикалық көмір сапасының төмендетуі мазут пен табиғи газ шығынын көбейтуді талап етеді [12, 13]. Мысалы, Ресей, Қазақстан, Украина сияқты мемлекеттерде жыл сайын шаң көмірлі ЖЭС-да 15 млн. т. мазут жұмсалады, бұл экономикалық тиімсіз болып табылады.

Сондай-ақ, ресурс қорының азаюы байқалып отырған, ең алдымен көмірсутек отын түрі – мұнай мен газға деген әлемдік энергия тұтыну өсуінің жалғасуы, ғалымдарды көмірді жылу энергетикасы мен химия өндірісінің жетекші шикізат көзі ретінде қарастыруға итермелейді. Отын-энергетикалық баланстағы төменгі сортты отындар үлесінің күрт өсуі әлемдік тенденция болып табылады, бұл біздің республикамызда да анық байқалуда. Қазақстан арзан ашық әдіспен өндіретін энергетикалық көмірдің үлкен қорына ие, мысалы Екібастұз тас көмір алабы ашық әдіспен өндіру үшін қолайлы, сәйкесінше көмір өндірудің өзіндік құны төмен, орасан зор қалыңдықтағы қорға ие (алап бойынша 8000 млн. т.) [14].

Қазіргі таңда Қазақстанның және ТМД елдерінің көптеген ЖЭС-да ашық әдіспен өндірілетін төменгі сортты, күлі көп көмір негізгі отын болып табылады. Олар жоғары күлділікке, ылғалдылыққа және ұшқыш заттардың шығуының төмен болуына ие. Жаққыш құрылғыларда мұндай көмірді жағу отынның жануының нашарлауы мен зиянды шаңды газды қалдықтардың (күл, азот және күкірт оксидтері) көбеюіне алып келеді.

Шаңды көмірлі факельдің мазутты тұрақтануы кезінде тапшы сұйық отынның көп көлемі жұмсалады (ТМД-да шамамен 25 млн. т/жыл ), шаңды көмірлі ЖЭС-ның жылу күшінің 12 % құрайды [19; 20].

Алайда, қымбат, әрі жоғары күкіртті мазутты мұндай масштабта қолдану отынды пайдалану тиімділігін жоғарылату мәселесін шешпейді. Мұнай мен табиғи газбен салыстырғанда көмірдің болашақтағы маңызының жоғарылауын химиялық заттардың, сондай-ақ минералдық заттардың бай көзі болып табылуымен байланыстырады. Оның кешенді қайта өңдеуіндегі өнімдердің потенциалды спектрі жылу энергетикасында, металлургияда, химия және құрылыс өндірісінде кең қолданысқа ие [13].

Осылайша, отынды пайдаланудың тиімділігін арттырудың бар әдістері негізінен өзін сарқыды. Қазіргі таңда жаңа, прогессивті, экологиялық анағұрлым таза технологиялар игерілуде. Көмірді жағуға дайындаудың термохимиялық процестері кең таралымға ие болды, сонымен қатар, жоғарғы өнімділікпен, экологиялық таза және салыстырмалы түрде өзіндік құны арзан құрылғыларға ие плазмалық технологиялар [21-23].

 

• Көмірдің құрылысы мен құрылымы

 

Көмірді тиімді қолдану үшін оның химиялық құрылысын білу және ескеру қажет.

Белгілі, көмір органикалық заттардың, негізінен өсімдіктердің табиғи жағдайда баяу ыдырауынан пайда болған табиғи [24]. Көмірдің жасы оның метофоризм дәрежесімен анықталады, ол мына қатар бойынша өседі: торф → қоңыр көмір → жалынды көмір → газ жалынды көмір → газды көмір → майлы көмір  → ұста көмір → азған көмір → антрацит.

Көмірдің басты химиялық элементтері көміртегі, сутегі, оттегі, кұкіріт және азот. Сонымен қатар көмірді келесі құрама бөліктер бойынша көрсетуге болады: Байланысқан көмір (С) + Күлділік (А^с) + Ұшқыш заттар (V) + ылғалдық (W) = 100 %. 1 кестеде қатты отынның органикалық массасының элементтік құрамы көрсетілген [25].

 

2 кесте

Қатты отынның құрамы

 

Көмірдің тұрі	Элементтік құрамы, %							W, %	Aс, %
	С	Н	О	N		S
Торф	49-60	5-8	28-48	1-4		0,1-1		80-92	70-80
Қоңыр көмір	65-75	5-8	12-30	0,5-2		0,5-3		8-63	43-60
Жалынды көмір	75-81	5,8-6,6	>9,8	1-1,5		0,5-1,5		4-8	40-45
Газ-жалынды  көмір	81-85	5,6-5,8	7,3-9,8	1-1,8		0,6-1,8		2,5-4	35-40
Газды көмір	85-87,5	5,0-5,6	4,5-7,3	1-1,8		0,6-1,8		1,2-2,5	25-28
Майлы көмір	87,5-89,5	4,5-5,0	3,2-4,5		1-1,8		0,6-1,8	0,8-1,2	19-28
Ұста көмір	89,5-60,5	4,0-4,5	2,8-3,2		1-1,7		0,6-1,7	<1	19-24
Азған көмір	90,5-91,5	3,75-4,0	2,5-2,8		1-1,7		0,6-1,7	<1	12-14
Антрацит	>91,5	<3,75	<2,5		1-1,7		0,6-1,7	<1	10-12

 

Көмір — күрделі табиғи қосылыс, сондықтан оның қасиеті толықтай теориямен анықталмайды, тек эмпирикалық тұрғыдан сипатталады. Қазіргі уақытта көмірдің элементарлы құрамы мен жылу техникалық қасиетін анықтайтын әдістер бар.

Көмірдің жану жылуын белгілі Менделеев формуласымен анықтауға болады [26]:

 

,                                          (1)

 

мұнда C, H, O, S, W – көмірдің жұмысшы салмағындағы көміртегінің, сітегінің, оттегінің, күкірттің, ылғалдылықтың сәйкесінше шамасы (%).

Көмірдегі көміртегінің шамасы оның метаморфизм деңгейінің көбеюімен жоғарылайды: қоңыр көмірде 65 %-дан антрацитте 91 %-ке дейін. Сутегінің шамасы бұл кезекте төмендейді 8 %-дан  4 %-ға дейін, ал оттегі 30 %-дан 2 %-ға дейін. Азот пен күкірттің шамасы сәйкесінше 0,5 – 2 %  және 0,5 – 3 %-ға дейін өзгереді, ал минералдар бірнешеден ондаған пайызға өзгереді.

Көмірдің органикалық заттары битум, гумин қышқылы және қалдықты көмір түрінде көрінеді. Битумдер көмірден еріткіштер экстракциясы жолымен ажыратылады. Гумин қышқылдары сілтімен ерітіледі. Қалдықты көмір экстракцияланбайды және сілтіде ерімейді. Қоңыр көмірде гумин қышқылының шамасы жоғары болады. Тас көмірде олар іс жүзінде болмайды.

Көмірдің органикалық қосылыстары негізінен жоғарғы молекулярлы болып табылады. Қоңыр көмір көп алифатты бірліктерден тұрады, тас көмір керісінше негізінен байланысқан ірі молекулалы ароматты құрылымнан тұрады.

1 суретте көмірдің органикалық массасыны құрлымының үлгісі көрсетілген [28]. Көмірдің шынайы молекуласында мұндай фрагменттер мыңнан асады.

 

 

1 Сурет – Көмір молекуласының химиялық құрылысы

 

Көмірдің органикалық заты битум, гуминдік қышқылдар және қалдық көмірден тұрады. Битумдар көмірден еріткіштермен экстракцияланады. Гуминдік қышқылдар сілтілерде ериді. Қалдық көмір экстракцияланбайды және сілтілерде ерімейді. Гуминдік қышқылдардың ең жоғары мөлшері қоңыр көмірде болады. Тас көмірде олар тәжірибе жүзінде болмайды.

Көмірдің құрылысын зерттеу кезінде фенолды гидроксильды топтарды, эфирлы байланыстарды, алифатты құрылысы бар заттарды анықтайтын химиялық әдістер қолданылады. Көмірдің құрылысы туралы ақпаратты гидролиз (су буымен өңдеу), галогендеу, тотықтыру және көмірді термиялық деструкциялау кезіндегі өнімдердің құрамын зерттеген кезде алады. Одан басқа рентгеннің құрлымдық анализі, электронды-парамагниттік резонанс (ЭПР), ядро-магниттік резонанс (ЯМР), инфрақызыл спектроскопия (ИҚ), масс-спектроскопия және басқада физикалық, физика-химиялық анықтау әдістері қолданылады. Соңғы кезге дейін көмірдің құрылысын зерттеуде ЯМР әдісі көмірден экстракция, пиролиз және гидрлеу арқылы алынған сұйық фракциялар үшін қолданылды. Бұл зерттеулер көмірдің құрылысы туралы жанама ақпарат береді. Соңғы жылдары арнайы қондырғы табылып ¹H және ¹³C-тің ЯМР спектрі алынды. ЯМР әдісімен ¹³C әртүрлі көмірлер үшін ароматтық сақинаға кіретін көміртектің жалпы көміртекке қатынасы анықталады (С_{ароматты}/С_жалпы). ЯМР спектроскопиясы ¹H бергені бойынша α- және β-алифаттық көміртектердің қатынастары анықталады[6, 35].

Көмірдің қатты үлгілерін зерттеу үшін, соның ішінде гидроксилды, алифатты және ароматты сутектің атомдарын анықтау үшін Фурье қайта түзілумен жүретін ИҚ-спектроскопия әдісі қолданылады [6, 35]. Жүргізілген зерттеулердің негізінде көмірдің химиялық құрылысы туралы келесі мәліметтер алынды: көмірдің органикалық массасының негізгі бөлігін тұрақты емес үш өлшемді қатты полимерлер құрайды. Одан басқа онда қозғалғыш мономолекулалы және аз полимерленген заттар бар. олар полимерлы каркасты, донорлы-акцепторлы байланыспен байланысқан немесе ұяшықтармен иммобилизденген. Көмірдің қатты және қозғалғыш фазасы өзара алифатты, эфирлы, тиоэфирлы, иминді көпірлермен жалғасқан бөліктерден құралған. Көмір молекуласының болжамды құрылысы 1 суретте көрсетілген.

Осы сурет көмір молекуласының бір бөлігі болып, көмір құрылысының күрделілігінің бір шетін көрсетеді. Шынайы көмір молекуласында мұндай бөліктер мыңнан асады. Әр бөлік ароматты ядро және алифатты периферирлы бөліктен құралған. Ароматты ядроға кіретін ароматты сақиналардың саны көмірдің көміртектену дәрежесіне байланысты көмірде көміртек 78% болса, онда ароматты сақина саны екі, егер 82% болса үш, 90 %-да төртке тең, антрацитте ол он екіге дейін өседі. Ароматты сақинада оттек, күкірт және азот болуы мүмкін әрбір фрагменттің алифатты бөлігі тізбектермен, көпіршелерден тұрады. Кейбір ароматты сақиналар гидрленген және гидроароматты құрылым түзеді. CH₃ тобының саны CH₂-ден аз, соңғысына қарап ароматты емес С және H атомдары негізінен гидроароматты құрылыстардан тұрады. Көмірдегі этиленды қос байланыстарда R₁R₂C=CR₃R₄-тен басқалары жоқ, мұнда R_i — көміртек радикалдары.

Оттек негізінен фенол гидроксилді, карбонилді және карбоксилді топтарға кіреді. Фенол гидроксилді топтардың концентрациясы көмірдегі көміртек мөлшерінің артуымен кемиді және көміртек 89 % болған кезде өте аз мәнді құрайды.

Көмірде күкірт әдетте темір дисульфиді FeS₂ (пиритті күкірт ) және органикалық күкірт түрінде болады. Органикалық күкірттің мөлшері жалпы күкірттің 30-50%-ын құрайды. Күкіртті Сульфаттың мөлшері әдетте 0,1 масс. %-дан артпайды. Дисульфидтер негізінде пиритпен (FeS₂), ал сульфаттар — кальций сульфаты (CaSO₄) және темір сульфатымен (Fe₂SO₄) көрсетілген.

Көмірдің органикалық бөлігіне кіретін күкірт әдетте оның пиролиз және гидрлеу өнімдер арқылы айтуға болады. Негізгі күкірт қосылыстары көмір пиролизінің сұйық өнімдері ретінде тиофендер (C₆H₅SH), ал газ тәрізді – күкіртсутек (H₂S), меркаптандар (RSH) және сульфидтер (MeS) жатады. Көмірдің гидрлеу өнімдері ретінде тиофендер және күкіртсутек жатады. Битумды көмірлердің тиофенды құрылысында 40-70%-ға дейін органикалық күкірт болып табылады. Қалған күкірт арилсульфидтер, циклды және алифатты сульфидтердің құрамында шамамен 3:2:1 ара-қатынасы арқалы көрсетіледі. Лигниттерде меркаптан және дисульфидтер құрылыстарымен көрсетіледі.

Көмір пиролизының сұйық өнімдерінің температурасы 770-1370 К болса, пиридин (C₅H₅N) мен оның туындылары- анилин, пиррол (C₄H₅N), нитрилдер (RCN), карбозолдар, хинолиндер, акридин, индол және газ тәрізділерден – аммиак (NH₃), ол аминды орын басқан аминды топтардың пиролизі кезінде түзіледі. Мәліметтер бойынша [6, 35], көмірді гидрлегенде азоттың көп бөлігі негізінен гетероциклды сақиналарда немесе екі карбоциклды көпіршіктердің арасында орналасады.

Көмір құрылысының негізгі ерекшелігі – олардың ұяшықты құрылысының болуында [35]. жұмыстың негізінде көмірде үш түрлі ұяшық бар: микро ұяшық (0,0012 — 0,03 мкм), аралық ұяшық (0,03 — 0,3 мкм) және макро ұяшық (0,3 — 3,0 мкм). Микро ұяшықтар үлкен бетті қамтиды, қыздырғанда соның ішінде деструкция өнімдерінің көп бөлігі түзіледі және реакция мен адсорбция жүрген кезде реагенттер диффундирленеді. Аралық ұяшықтар реагенттер мен өнімдердің газды фазаға шығуының негізгі жолы. Макро ұяшықтар аз кездеседі, олар тек бөлшектің диаметрін азайтуға қатысады. себебі, бос масса алмасуға кедергі болмайды.

 

• Қатты отындарды газификациясының қазіргі заманғы күйі

 

Қатты отындарды газификация әдістері бірқатар принциптер бойынша жүйеленеді. Газификатордағы отынның күйіне байлансты газификацияды негізгі үш түрге бөледі: қозғалмайтын (тығыз) қабатта — Лурги әдісі; қайнап тұрған қабатта — Копперс-Тотцек әдісі; отынның шаң тәрізді ағынында — Винклер әдісі. Газификаторға жылуды беру тәсіліне қарай автотермиялық және аллотермиялық әдістері болады [36-41]. Автотермиялық әдістерде эндотермиялық реакциялар үшін қажетті жылуды газификаторға енгізілген қатты отынның бір бөлігін оттек құрамды газификацияшы реагентер (су буы, оттек, ауа) жағумен алады, шамамен көмір жағу режиміне 35-40 % көмір шығындалады. Аллотермиялық үрдістерде қатты немесе газ тәрізді отындар көмегімен немесе қатты қабырға арқылы жылу (радиациондық жылытқыш, электр доғасы, лазерлік энергия көзі және т.б.) сырттан беріледі [37]. Реакциялық ағындардың бағыты бойынша: кері және тура ағынды. Кері ағынды үрдістерде көмір жоғары жағынан беріледі, ал газификацияшы реагент (ауа, бу-оттекті және ауа-оттекті қоспалар) төменгі жағынан жіберіледі. Тура ағынды тәсіл бойынша газификацияшы реагентер мен қатты отындар бір бағытта енгізіледі. Көмірді автотермиялық газификациядың принциптік сызбанұсқалары 2 суретте көрсетілген [37].

Осы газификация әдістері атмосфералық қысымда кең зерттелген. әдістердің маңыздылығы газификацияға қажетті жылу отынның бір бөлігін өрттеген кезде алынады. сонымен қатар, қозғалмайтын (тығыз) қабатта көмір ұнтақтарының өлшемі 5-50 мм, қайнап тұрған қабатта – 1-3 мм және отынның шаң тәрізді ағынында <100 мкм.

 

 

а – қозғалмайтын (тығыз) қабатта; б – қайнап тұрған қабатта; в – шаң тәрізді ағынында. 1 – көмір; 2 – ауа немесе оттек; 3 – су буы; 4 – генератор газы; 5 – қоқыс, күл.

 

2 сурет. Газификаторлардың принциптік сызбанұсқалары

 

Лурги газификация тәсілінде газификацияшы реагентер газбен бірге қарама-қарсы ағынында іске асырылады. Бірақ ұшқыш комопнентер газификация үрдісіне қатыспайды. себебі, олардың ыдырауы жартылай кокстену аумағында жүреді. сондықтан, алынатын газ метанмен өңделеді. Үрлеу – бу-оттекті немесе бу-ауа қоспасы. Реакция температурасы – 1273-1373 К, қысымы – 2-2,5 МПа. Лурги газификаторы су салқындатқыш жүйемен жабдықталған. Ішкі жағы өтқа төзімді графитпен қапталмаған. Газификаторда келесі бөлшектер бар: көмірді беру жүйесі, араластырғыш, айналатын колосникті тор. Алынатын газ 10 — 13 % метанмен араластырылған.

Лурги әдісі бойынша алынатын генератор газы химиялық синтездерге (мысалы, Фишер-Тропш әдісі бойынша сұйық отындарды алу), энергетикалық газ ретінде және тұрмыстық жағдайларға арналған [40]. Осы әдіс бойынша қатты отын келесі талаптарға сай болу керек: дәнекер болмау, термиялық беріктілік болу. Үрдісте генератор газымен бірге шайыр, фенол, бензин, NH₃ түзіледі.

Копперс-Тотцек газификация әдісі бойынша шаң көмірі атмосфералық қысымда енгізіледі. Осы үрдісте қатты отынның әртүрлі типтері қолданылады. Жоғары температура болмағандықтан көмірдің пиролизі жүрмейді. Сондықтан, газификация саттысы 1 секунд уақыт аралығында өтеді. Үрлеу – бу-оттекті қоспа, реакция температурасы — 1773 К. Реакция пайда болған кезде негізінен технологиялық газ алынады. Осы газ сутекті және химиялық синтездер өндірісінде (метанол және сұйық отындарды алу) қолданылады. Копперс-Тотцек газификаторы екі немесе төрт секционды болып келеді. Газдың өнімділігі 50000 нм³/сағ. Алынатын газ құрамында көп мөлшерде көміртек моноксиді (СО) және сутек (Н₂) бар. Синтез-газ метанол синтезі, басқа сұйық өнімдер және өндірісте жанғыш газ ретінде қолдануға қолайлы.

Винклер әдісі бойынша көмірді газификацияда қоңыр және тас көмірлерін қолдануға болады. Отынға қойылатын талаптар: отынның өлшемінің шектеулі аралығы, себебі кері жағдайда қайнап тұрған қабаттың гидродинамикасы бұзылады. Сондай-ақ жүктелетін отында көп ұсақталған бөлшектер болмау керек [38]. Отынның газдандырылу үрдісі отын түріне тәуелді 12-15 минут бойы жүреді, осы кезде газда шайыр және конденсацияланған көмірсутектер болмайды. Газдағы метанның мөлшері өте аз болып 1,5-2,0 көл.% — ға тең [23]. Газификатордың ішкі жағы температураға төзімді материалмен қапталған.

 

1.4       Қатты отындарды плазмалық-ауа және плазмалық-бу газификациясы

 

Кез келген көміртекті материалды газификациясының негізгі реакциясы:

 

C + H₂O = CO + H₂ .                                                                                     (2)

 

Жоғары температураларда қолайлы жылдамдықпен өтеді және эндотермиялық реакция болып келеді. Әдетте жүйеге қажетті жылуды жеткізу үшін экзотермиялық реакциялар есебінен жылу алуда көміртектің бір бөлігін жағады:

 

C + O₂ = CO₂ ,                                                                                                                                           (3)

 

2C + O₂ = 2CO.                                                                                             (4)

 

Жанатын және газдандырылатын шикізаттың мөлшері және алынатын өнімнің құрамы үрдістің жылулық балансымен анықталады және басқаша өлшене алмайды [2].

Көміртекті материалдарды плазмохимиялық газификация үрдістерінде жылуды химиялық жолмен емес, плазмалық ағынмен жеткізу керек және де бұл үрдісті басқарудың мүмкіндіктерін кеңейтеді [10].

Су буының плазмасында қатты отынды өңдеген кезде газ тәрізді өнімдер 95% CO мен H₂ — ден тұрады. Сонымен бірге H₂:CO көлемдік қатынасы бірден көп болуы мүмкін, аз мөлшерде көміртек диоксиді (шамамен 3%), метанның қалдығы, күкіртсутек болады. Көмірді плазмохимиялық газификацияының өнімдерінде CO₂ мөлшері жай газификация үрдістеріне қарағанда біршама төмен. Газ тәрізді өнімдер шайыр, фенолдар, полициклді көмірсутектер қоспасынан тұрмайды.

Бұл оларды әдеттегі төмен температуралы газификация үрдістерінің өнімдерінен ерекшелейді және тазалау құнын төмендетеді, үрдістің тиімділігі экологиялық таза болады.

Плазмалық реакторларды қолданған кезде су буымен көмірді газификациядың 2 әдісі бар:

1. Плазмотронда су буын қыздыру және су буының плазмасына суық көмір ұнтағын жіберу.
2. Басқа газдардың плазмалық ағынында көмір және су буын қыздыру.

Бірінші әдіс бойынша жұмыс жасаған және катодтағы канал арқылы су буымен көмір қоспасын плазмаға жіберген кезде көмір бөлшектерінің плазмалық ағынының ыстық аумағына түсуі болған. Қондырғы қуаты 120 кВт-ты құрайды, энергия шығымы 33 кВт/кг, көмір бөлшектерінің өлшемі 0,05-0,08мм, плазмалық ағында көмір бөлшектерінің болу уақыты шамамен 1 сек. Мұндай жағдайда көміртектің 40–50 %-ы газдандырылады, қалған көміртек ұсақ бөлшектер түрінде бөлінеді. Шикізатты жіберудің жылдамдығын өзгертудің кең интервалында газдың құрамы келесідей болады: H₂ — 62%; CO — 26%; CO₂ — 12%.

Екінші әдіс бойынша газдандырылған су мен көмір қоспасы бірнеше генератор газдарымен қамтамасыз етілген газификаторға жіберіледі. Плазма генераторынан шығатын ыстық газдар көмір мен су буын 1573 — 1673 К жоғары температураға дейін қыздырады. Бұл жағдайда көмір күлі балқиды және сұйық түрде жоғалады. Құрамы: 75% — C; 4% — H₂; 9% — O₂; 1% — S; 1% — N₂; 10% — болатын көмірмен жұмыс істегенде, құрамы – 42,8% -CO; 54,6 — H₂; 2% — CO₂; 0,2% — H₂S; 0,2% — N₂ болатын газ алынады. Мұндай сызба бойынша газификация үрдісіне қажетті барлық энергияның шамамен 65%-ын қатты отыннан және 35%-ын электр энергия есебінен алады. Бұл арзан электр энергиясы болған жағдайда экономикалық тиімді болуы мүмкін.

Оттек қоспасы бар су буы плазмасында газификация үрдісін жүргізген кезде энергия шығымы біршама төмендейді [47]. Үрдістің бұл тәсілінде, плазмалық ағынға көмірді жіберген кезде бу — ауалы плазмада бөлшектердің өлшемі 0,063 — 0,1мм көмір ұнтақтарын газдандырады.

Плазмалық ағынның есептелген орташа массалық температурасы 3420 К жетеді. Көмірді жібергеннен кейін ол 2840 К-ге дейін төмендейді.

Көмірдегі көміртектің конверсия дәрежесі шамамен 96% — ды құрайды, газ құрамы (көлем %) 39% — H₂, 54% — CO, 7% — CO₂ болды.

 

 

2 ЕСЕПТЕУ-ТЕОРЕТИКАЛЫҚ БӨЛІМ

 

2.1 Көмірлерді плазмохимиялық газификациясының кинетикалық есептеу үшін компьютерлік Плазма-Көмір бағдарламасының сипаттамасы

 

Шаң көмірінің плазмалық газификациясының математикалық моделі ішкі жылу көзі реактордағы (электрлік доғасымен) екіфазалық (көмір бөлшектері мен тотықтырғыш-газ), химиялық әрекетесетін ағынның сиптаттайды. Көмір бөлшектері мен газ реакторға бір температурамен беріледі. Бөлшектер, газдар мен элетр доға арасында жылу-массаалмасу іске асырылады. Соңымен қатар, отынның кейбір химиялық аусулар қарастырылады: біріншілік ұшқыш өнімдерінің түзілуі, газ фазасындағы бөлінетін ұщқыш өнімдерінің реакциялары және кокс қалдықтарының газификация реакциялары. 

Плазма-Көмір бағдарламасы көмегімен орындалған есептеулер плазмалық реакторлардағы процетерің зерттеуге мүмкіншілік береді.

Кинетикалық модельдің құрамына келесі өрнектер жатады:

• Газтәрізді компонентердің концентрация өрнегі:

       i=1,…,n                                              (5)

• Қатты компонентердің концентрация өрнегі:

     i=n+1,…,N; l=1,…,L                          (6)

• Бөлшек сақталуның өрнегі:

                                                                                            (7)

• Энергия өрнегі:

,                                              (8)

• Бөлшектердің жылжу өрнегі:

       l=1,…,L,                       (9)

• Бөлшек темпертаурасының өрнегі:

,         (10)

2.2 Куучекин тас көмірдің плазма-ауа және плазма-бу газификациясының есептеу нәтижелері

 

Барлық сандық есептеулер күлділігі 48% Куучекин тас көмір үшін атмосфералық қысымында орындалған. Куучекин тас көмірінің химиялық құрамы 3 кестеде келтірілген. Осы көмірдің құрғақ массадағы жоғарғы жану жылуы – 16,6 МДж/кг, ылғалдылығы – 5,8%, және көмірдің құрғақ массасының күлділігі (А^с) — 48%.

 

3 кесте

 

Куучекин тас көмірінің химиялық құрамы, масс. %

 

Ас (%)	С	О2	Н2	N2	S	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O
48	48,86	6,56	3,05	0,8	0,73	23,09	13,8	2,15	0,34	0,31	0,16	0,15

 

Кинетикалық модельдің талаптары бойынша көмірдің құрамы функционалды топтар формасына аударылған. 4 кестеде қолданылатын есептеулерде жүргізілетін көмірдің функционалдық топтардың концентрациялары көрсетілген.

 

4 кесте

 

Кинетикалық модель бойынша қолданылатын есептеулерде жүргізілетін Куучекин тас көмірінің құрамы

 

КҮЛ	C	H2	H2O	CO	CO2	CH4	C6H6
40,80	39,92	1,22	2,43	7,10	11,00	4,03	5,40

 

Гранулометриялық таралудан көмір бөлшектердің өлшемі бойынша бес фракция алынды. 5 кестеде осы бес фракциялардың таралуы келтірілген. Бұл таралу көмір шанының өлшем бойынша алынған мәлімет.

 

5 кесте

 

Көмір шаңын өлшем бойынша таралуы

 

Фракцияның №	1	2	3	4	5
Бөлшек радиусы, мкм	31,75	40,5	53,5	76	106,5
Массалық %	17	15,5	35,5	27,5	4,5

 

Реактордың кірісінде көмір бөлшектердің және ауаның температурасы 300 К деп алынған, ал су буының температурасы 403 К деп алынған. Плазмалық реактордың эффективтілігі 83 % деп есептеленген, бұл эксперименттер нәтижесінде алынған реактордың эффективлігіне сәйкес келеді. Барлық есептеулерде реактордың электродоғалы зонасы 0,3 м ұзындығында шектеліп және плазма көзінін қуаты 50 кВт деп алынған. Куучекин көмірдің плазмалық газификациясының келесі нұсқалары есептелді:

 

4 кг көмір + 5,1 кг ауа және 4 кг көмір + 2,51 кг Н₂О.

 

Плазма-ауа және плазма-бу газификациясының есептеу нәтижелерін қарастырайық.

3 суретте ауа газификациясына арналған газ фазасындағы компонентер концентрацияларының өзгерістері көрсетілген. Суреттен көрініп тұрғандай газификация өнімдерінің газ фазасы 0,15 м координата мәнінен бастап негізінде синтез-газбен (CO+H₂) көрсетілген. Оның концентрациясы 0,15 м-ден бастап 47 % құрайды және реактордың біту аймағында (2 м) қатты өзгермей 48,6 % құрайды. Соңымен қатар, барлық температура диапазонында көміртек моноксид концентрациясы сутек концентрациясынан жоғары. Олардың концентрациялары реактордан шығу аймағында 31,16 % және 17,49 % сәйкесінше құрайды. Молекулярлы азоттың концентрациясы реактордан шығу аймағында 46 % тең. Соңымен қатар, реактордың барлық ұзындығында газ фазасында CH₄ және C₂H көмірсутектер пайда болады, олардың толық концентрациялары 2 % тең.

 

 

3 сурет. Ауа газификация процестің реактор ұзындығы бойынша газтәрізді компонентер концентрацияларының өзгеруі

4 суретте реактордың ұзындығы бойынша газ және бөлшек фракциялар температурасының өзгеруі көрсетілген. 4 суреттен көрініп тұрғандай плазмалық газификация орындалған кезде реакциялық камерасының барлық ұзындығындағы газ және көмір фракцияларының температуралары қатты өзгермейді. Ұсақ фракциялардың температурасы үлкен фракцияларға қарағанда жоғары. Соңымен, температуралардың максималды айырымы доғадан жылубөліну зонасы біткен кезде реактордың екінші жартысында жүзеге асырылады. Газдың максималды температурасы 0,3 м байқалып 2335 К жетеді, ал реактордың соңында – 1251 К. Реактордың координатасы өскен сайын газ және бөлшектер температуралары төмендейді және тенестіріледі, оның нәтижесінде кокс қалдықтардағы бөлшектердің фракциялары мен фазалар арасында термиялық тепе-теңдігі орнатылаты. 

 

 

1 – 5 индекстері 5 кестедегі фракциялардың нөмерлеріне сәйкес келеді

g – газ; s – көмір бөлшектер

 

4 сурет. Реактордың ұзындығы бойынша газтәрізді компонентер мен көмір бөлшектер температураларының өзгеруі

 

5 суретте реактордың ұзындығы бойынша газ және бөлшектер жылдамдықтарының өзгеруі көрсетілген. Газ және бөлшектер жылдамдықтарының айырмашылығы фракцияның өлшеміне тәуелді. Реактордың ұзындығы бойынша газ және «ұсақ» бөлшектердің жылдамдықтары бір-біріне сәйкес келеді, бірақ, реактордың бастапқы зонасында газ жылдамдығы бөлшектер жылдамдықтарнан жоғары. Реактор ұзындығы 0,25 м кейін бөлшектер жылдамдықтары газ жылдамдығынан керісінше жоғары. Реактор ұзындығы өскен сайын газ және әртүрлі фракцияларның бөлшектер жылдамдықтары тенестіріледі және динамикалық тепе-теңдігіне ұмтылады.

 

 

1 – 5 индекстері 1 кестедегі фракциялардың нөмерлеріне сәйкес келеді;

g – газ; s – көмір бөлшектер

 

5 сурет. Реактор ұзындығы бойынша газтәрізді компонетер мен көмір бөлшетер фракцияларының жылдамдықтарының өзгеруі

 

Келесіде куучекин көмір бу газификациясының есептеу нәтижелерін қарастырайық. 6 суретте реактор ұзындығы бойынша газ фазасының құрамы көрсетілген. Бұл жерде ауа газификациясына ұқсас газ фазасы негізінде синтез-газбен көрсетілген. Реактор ұзындығы 0,15 м синтез-газдың концентрациясы 93,9 % жетеді және реактор соңында (2 м) 100 % жетеді. Сутек концентрациясы көміртек моноксид концентрациясына қарағанда жоғары және 56 % жетеді. Соңымен қатар, осы ұзындықта газ фазасына атомарлы сутек ыдырайды, оның концентрациясы 12 %.

Н₂О және СО₂ тәрізді балластирленген қоспаларының концентрациялары температура өскен сайын бірқалыпты төмендейді. 

7 суретте куучекин көмірдің бу газификациясының газ және көмір фракцияларының температуралары көрсетілген. Олардың температураларының айырмашылығы қатты өзгереді. Температуралардың максималды айырмашылығы доғадан жылубөліну зонасы біткен кезде реактордың екінші жартысында байқалады. Газдың максималды температурасы 0,3 м ұзындығында байқалады — 3827 К, ал реактордың соңында – 1140 К. Реактордың координатасы өскен сайын газ және бөлшектер температуралары төмендейді және тенестіріледі, оның нәтижесінде кокс қалдықтардағы бөлшектердің фракциялары мен фазалар арасында термиялық тепе-теңдігі орнатылаты.

 

 

6 сурет. Бу газификациядағы реактордың ұзындығы бойынша газтәрізді компонентер концентрацияларының өзгеруі

 

 

1 – 5 индекстері 1 кестедегі фракциялардың нөмерлеріне сәйкес келеді;

g – газ; s – көмір бөлшектер

 

7 сурет — Реактордың ұзындығы бойынша газтәрізді компонентер мен көмір бөлшектер температураларының өзгеруі

Газ және бөлшектер фракцияларының жылдамдықтарының айырмашылығы фракцияның өлшеміне тәуелді (сурет 8). Реактордың ұзындығы бойынша газ және «ұсақ» бөлшектердің жылдамдықтары бір-біріне сәйкес келеді, бірақ, реактордың бастапқы зонасында газ жылдамдығы бөлшектер жылдамдықтарнан жоғары. Реактор ұзындығы 0,25 м кейін бөлшектер жылдамдықтары газ жылдамдығынан керісінше жоғары. Реактор ұзындығы өскен сайын газ және әртүрлі фракцияларның бөлшектер жылдамдықтары тенестіріледі және динамикалық тепе-теңдігіне ұмтылады. Газ және «ірі» бөлшектер жылдамдықтарының айырмашылығы 0,2 м/с.

 

 

1 – 5 индекстері 5 кестедегі фракциялардың нөмерлеріне сәйкес келеді

g – газ; s – көмір бөлшектер

 

8 сурет. Реактор ұзындығы бойынша газтәрізді компонетер мен көмір бөлшетер фракцияларының жылдамдықтарының өзгеруі

 

9 суретте екі процестердің көмірдің газификация дәрежесінің өзгеруі көрсетілген. Суреттен көрініп тұрғандай көмірдің газификация дәрежесі температура өскен сайын бірқалыпты өседі. Бірақ, 100 % сәйкес келетін газификация дәрежесі тек қана бу газификациясында орын алады. Ауа газификациясы үшін ол 85 %-дан аспайды. Ауа газификациясның төмен газфикация дәрежесі газ фазасында оттектің жоқ болуымен түсіндуруге болады.

10 суретте бу және ауа газификациясының меншікті энергошығындардың реактор ұзындығының тәуелділігі келтірілген. Меншікті энергошығындар бірқалыпты өседі және максималды мәні ұзындығы 0,3 м болған кезде байқалады. Көмірді бу газификациясының меншікті энергошығындары ауа газификациясынан жоғары және 19 кВт·сағ/кг құрайды, ал ауа үшін 8 кВт·сағ/кг. Соңымен қатар, бу газификация бойынша алынатын синтез-газдың сапасы өте жоғары болып табылады. Бу газификация бойынша сутектің концентрациясы 56 % жетеді, ал ауа газификация үшін тек қана 17,49 %.

 

 

1 — бу газификациясы, 2 – ауа газификациясы

 

 9 сурет. Плазмалық реактордың ұзындығы бойынша көмірдің газификация дәрежесінің өзгеруі

 

 

 

 

1 — бу газификациясы, 2 – ауа газификациясы

 

10 сурет. Плазмалық реактордың ұзындығы бойынша меншікті энергошығындардың өзгеруі

3 ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ

 

3.1 Тәжірибелік қондырғының бейнелеуі және тәжірибелердің әдістемесі

 

Қатты отындарды плазмалық газдандыруға арналған тәжірибелік қондырғыларының сызбанұсқасы 11 суретте келтірілген. 12 суретте қондырғының суреті көрсетілген.

 

 

1 – тұрақты тоқты плазмалық реактор; 2 – қож жинағыш; 3 – синтез-газды және қожды бөлу камерасы; 4, 5, 6 – синтез-газды тотықтыру және оны суыту камералары; 7 – өлшеуіш шайбасы; 8 – шаң көмірді беру жүйесі; 9 – бу генераторы; 10 – энергиямен жабдықтау жүйесі;11 – графитті электродты беру жүйесі; 12 – электромагнитті катушка; 13 – көтермелі арбаша; 14 – тастанды газдарды шығару үшін қорғаныш қақпағы бар секциясы; 15 – күкірттен тазалау секциясы; 16 – желдету жүйесі; 17 – термопараларды енгізу секциялары; 18 – газ үлгілерін жинау секциялары; 19 – қондырғыны суыту жүйесі; 20 – ротаметрлер, Tr – трансформатор.

 

11 сурет. Көмірді плазмалық газдандыруға арналған қондырғының сызбанұсқасы

 

Тәжірибелік қондырғы электр- су- бу- газ- шаң жүйелерімен жабдықталған плазмалық реактор, онда келесі технологиялық жүйелер орналасқан: тұрақты тоқты плазмалық реактор (1), қож жинағыш (2), синтез-газды және қожды бөлу камерасы (3), синтез-газды тотықтыру және оны суыту камералары (4, 5, 6), шаң көмірді беру жүйесі (8), бу генераторы (9).

 

 

12 сурет. Көмірді плазмалық газификацияға және тәжірибелік қондырғы

Көмірді кешенді өңдеуге арналған арнайы плазмалық реактор отынның органикалық массасынан жоғары калориялы синтез-газ (CO + H₂) қоспасын ал минералды массасынан бағалы компонентер (SiC, Fe₃C және т.б.) алуға арналған және қатты отындарды плазмалық газдандыруға мүмкіндік береді. Тәжірибелік қондырғы қауаттылығы 40-100 кВт аралықтарында, орташа температура 1800-3000 K, ұнтақталған көмір шығымы 3-10 кг/сағ. және газ тәрізді реагент шығымы 0,5-10 кг/сағ. үшін жұмыс істеуге арналған.

Қақпақшада графитті электрод және шаң көмірді, тотықтырғышты беру жүйесі орналасқан. Плазмалық реактордың ішкі қабаты графитпен жабдықталған (қалындығы 0,02 м). Реактордың ішкі диаметрі – 0,15 м, биіктігі – 0,3 м. Реактордың сыртқы қабаты электромагнитті катушкамен (12), төменгі жағы гарфитті диафрагмамен жабдықталған. Плазмалық реакторға электр көзінен 30-100 кВт қуат беріледі. Электр доғасы графитті өзек (диаметрі 0,02 м) және сақиналы (диаметрі 0,15 м) электродтардың арасында пайда болады. Графитті өзек пен сакиналы графиттің ара қашықтығы 0,035 м.

Тұрақты тоқты плазмалық реактордың қуаты келесі өрнекпен анықталады:

Р_arc = I·U,                                                                       (11)

мұнда I – тоқ күші, U – кернеу.

Плазмалық реактор жұмысқа келесі әдіс бойынша қосылады. Графитті өзек және сақиналы электродтардың арасы өткізгішті жарылыс арқылы өрттенеді. Сосын, щаң көмірлі жүйесінен реактордың қақпақшасына орналасқан екі түтікше арқылы шаң көмірлі қоспа және плазмоқондырғы газ (ауа немесе бу) енгізіледі.

Шаң көмірлі қоспа плазмоқондырғы газдарымен бірге электр доғалы аумаққа енгізіліп және магнит өрісінде электрлік доғаның айналуы арқылы жоғары температураға дейін қызып, екі фазалы ағын пайда болады. Газдандыру кезінде пайда болатын қатты қалдық қож жинағышқа (2) түседі. газ тәрізді өнімдер желдету жүейсімен (16) шығарылып кетеді.

Материалды және жылулық баланстарды келтіру үшін үрдіс кезінде тәжірибелік қондырғының барлық түйіндерінде материалды және жылулық ағындары бақыланады және өлшенеді. Сонымен қатар, электр қуаттылығы, будың, ауаның, шаң көмірлі қоспаның, шығатын газдардың және салқындататын судың шығындары, реактор қақпақшасының астында, реакторлық қабаттың графитті диафрагмасы және диафрагманың ортасынан шығатын газдардың температуралары бақылаудан өтеді.

Тәжірибелік қондырғының материалдық және жылулық балланс өрнектері келесі түрде көрсетіледі:

G₂ + G₃ + G₄ + G₅ = G₆ + G₁+ G₇ , кг/сағ.                                                  (12)

W₀ + W₁ = W₂ + W₃ +W₄ + W₅ + W₆ , кВт.                                                   (13)

vұнда, G₂ , G₃ , G₄ және G₅ – көмірдің, будың, плазмоқондырғы газдың (ауа, су буы, СО₂, N₂) және графитті электродтың шығындары; G₆ , G₁ , G₇ –газдандыру үрдісі кезіндегі шлактың (қатты қалдық), газдың және ұсақ бөлшектердің шығындары; W₀ – плазмалық реактордың электр қуаттылығы; W₁ – Т=405 К температурадағы будың жылулық қуаттылығы, W₂ – реактордың жылулық шығымы, W₃ – газды және қож бөлу камерасындағы жылулық шығымы, W₄ – синтез-газды салқындату камерасындағы жылулық шығымы, W₅ – қож жинағыштағы  жылулық шығымы, W₆ – шығатын газды ағындардың жылулық қуаттылығы.

Плазмалық реактордың электрлік қуаттылығы жұмыс кезінде электрді бақылау аспаптарымен өлшенеді. Будың жылулық қуаттылығы келесі өрнекпен анықталады:

W₁ = G₃×H₁, кВт,                                                                                           (14)

мұнда, H₁ = H°_405K + DH°_бу = 0,05 + 0,63 = 0,68 кВт·сағ/кг бу, DH°_бу – будың түзілу жылуы.

Газды қоспа ағынының жылулық куаттылығы келесі өрнекпен анықталады:

W₆ = H₆×G₁, кВт,                                                                                           (15)

мұнда  – газ қоспасының меншікті энтальпиясы.

Сонымен, тәжірибелік жұмыс кезінде материалдық және жылулық баллансының барлық компонентері өлшенеді.

Көмірдің газдандыру дәрежесі қатты қалдықтағы көміртектің құрамымен анықталады:

,                                                                      (16)

мұнда, С_{бастапқы} , C_соңғы – көмірдегі көміртектің бастапқы және соңғы мөлшері.

Плазмалық реактордың жылулық қуаттылығының ПӘК келесі өрнекпен анықталады:

.                                                                                           (17)

Өлшеу нәтижелері газификаторды қосқанда және газификаторға шаң көміріді енгізген кезде стационарлы режим 25-30 мин-та тұрақтандырылады. Стационарлы режим тұрақтандырылған соң газды және химиялық талдауды орындау үшін газ және қатты қалдықтарының үлгілері алынады. Реактор қабатының температурасы 1800-2100 К-ге дейін жетеді. Газдандыру кезінде газ тәрізді өнімдердің температурасы 1300-1600 К.

Қож жинағыш су салқындатқыш цилиндрі тәрізді болып жасалған. Оның диаметрі 0,22 м, биіктігі — 0,56 м. қож жинағыш ішкі жағынан графитпен қапталған, оның ішкі диаметрі — 0,15 м. Синтез-газды салқындату камерасыда су салқындатқыш цилиндрі тәрізді болып жасалған.

Шаң көмірді екі түтікше арқылы шаң көмірді беру жүйесімен қосылған. шаң көмірін кварцті түтікшілер арқылы (1) плазмалық реакторға беріледі.

Судың шығымын өлшеу үшін 12 м³/сағ және 24 м³/сағ F400 сериялы ротаметрлер қолданылды. су шығымының өлшеу қателігі 1 %. Барлық секцияларға келетін электрмагнитті катушканы және электродты беру жүйесін салқындатуға арналған суық судың шығымын өлшеу үшін бірінші типті ротаметрлер қолданылады. плазмалық реакторды және плазмалық қақпақшаны салқындатуға арналған суық судың шығымын өлшеу үшін екінші типті ротаметрлер қолданылады.

Тәжірибені жүргізудің негізгі сипаттамаларының бірі температура. Қондырғыға берілетін және шығатын судың температурасын өлшеу үшін YSI 44033 маркалы термисторлар қолданады. Термисторлардың өлшеу қателігі 0,1 ⁰С. Салқындату түйіндерінің температурасын үздіксіз бақылайтын көрсеткіш сандық құралмен жалғасқан (14 сурет).

Газ фазасының температурасын анықтау үшін газды тракттың секциялары бойынша орналасқан “Cole Parmer Instrument” фирмасының хромель–аллюмельді және платина–платинародий термопаралары қолданылады (14 сурет). Термопаралар арнайы түтікшілерге енгізілген және реактордың барлық секцияларында орналасқан. Термопараның сымдары көрсеткіш сандық құралға қосылған және компьютер арқылы мәліметтер алынады. температура өлшеу қателігі ±0,01 ⁰C.

 

 

13 сурет. Плазмалық газификаторды салқындатқыш су жүйесі

 

Реакторда жоғары температураны өлшеу үшін пирометрлік термометрлер қолданылады. Ircon Ultrimax Plus UX 10Р типті термометр (15 сурет) 600 ⁰С -тан 3000 ⁰С-қа дейін температураны өлшеу үшін қолданылады. Өлшеу қателігі өлшеу жүргізілетін температура аралығына байланысты болып 1500 ⁰С – қа дейінгі өлшеу қателігі – 0,5 %, 1500-2000 ⁰С аралығында 1%, 2000 ⁰С-тан жоғары өлшеу қателігі – 2 %-ға дейін артады. Нақты уақыт режимінде алынған нәтижелерді компьютерге енгізу үшін пирометр портпен жабдықталған және стандартты  протоколды RS – 232C қолданып, тәжірибенің барлық уақытында температура бақыланып отырады. құралды тексеру уақытының аралығы 0,5 сек.

 

14 сурет. Температураны термопаралармен өлшейтін сканирленген

Cole Parmer Instrument сандық құралы

 

Сонымен қатар, реактордың кескіні бойынша температураны өлшеу үшін инфрақызыл MIKRON M668 термометр (16 сурет) қолданылады. Құрал объектіге дейінгі фокальды қашықтықтың өзгерісіне арналған линзалар жүйесі және жұмсақ оптоталшықты сымдарымен жабдықталған. мұндай қондырғыны қолдану объектіге жақын қашықтыққа линзаларды орнатуға мүмкіндік береді. 1600-4000⁰С аралығында өлшенетін температура термометрдің көрсеткіш блогында немесе құралда тоқты шығару болғандықтан арнайы түрлендіргіш көмегімен бақыланады. Бұл жағдайда өлшеу қателігі 50 ⁰С — ді құрайды.

 

15 сурет. Ircon Ultrimax Plus UX10P термометрі	16 сурет. MIKRON M668 термометрі

 

Реактор арқылы плазмоқондырғы газдың (бу немесе ауа) шығымын өлшеу үшін10^-3 м³/сек-тан 10³ м³/сек-қа дейін өлшей алатын Prowirl 77F (17 сурет) аспап қолданылады. Ол болаттан жасалған және -40 ⁰С-тан +260 ⁰С-қа дейінгі температурада, 4,0 МПа қысымда сұйық немесе газдың  шығымын өлшейді. Ол бугенератордан ұзындығы 0,5м болатын құбырдың бойында орналасады. өлшегіштен кейін орналасқан YSI 44033 термистор температураны бақылайды және газдың массалық шығымын өлшейді. Өлшенетін ортаның температурасын және сәйкесінше осы температурадағы тығыздығын біле отырып, құралға өзгертулер енгізіледі және автоматты түрде көрсеткіш экранда массалық шығымын көрсетеді.

 

 

17 сурет. Газды фаза шығымын өлшейтін Prowirl 77F жүйесі

 

Тәжірибелік қондырғының маңызды элементтерінің бірі реакторға уақыт аралығында қатты отынды беру жүйесі болып табылады. Реакторға берілетін көмір шаңының мөлшерін үздіксіз қатаң түрде қамтамасыз ету қажет. Бұл үшін шаң беру жүйесі алдын-ала электронды таразы және секундомермен өлшенеді. Көмір шаңының әртүрлі  шығымы шаңсорғыштағы пружинаның айналу жылдамдығымен қамтамасыз етледі. массаны өлшеу қателігі 0,1 гр, уақыт өлшеу қателігі 0,2 сек құрайды. Ал, реактордағы көмір шаңының өлшеу қателігі 0,5 г/сек. төмен емес.

 

3.2    Гадарды талдау үшін газды хроматографиясының әдістемесі

 

Реакция өнімдерінің газ фазасының анализі екі маркалы хроматографта жүргізіледі: SRI 8610 C және ЛХМ 8МД. Газ – тасымалдайтын жылу өткізгіш детекторларына гелий және аргон қолданды. Н₂, СО, О₂, N₂, CH₄ жеңіл газдардың анализі СаХ молекулярлы елекпен толтырылған бағыналарда, ал СО₂ анализі силикагельмен толтырылған бағыналары арқылы жүргізілді. Газды хроматографиялық мәліметтер абсолютті калибрлеу әдісі арқылы өңделеді. үлгілерді плазмалық реактордың жеке аумақтарынан алады.

 

• Қатты қалдықтағы көміртекті анықтау әдістемесі

 

Қатты қалдықтағы көміртектің құрамын анықтау үшін абсорбциялық — салмақтық әдісі қолданылды. Абсорбциялық — салмақтық әдісімен жалпы көміртекті анықтау кезінде, аскоритпен жұтылатын көміртек диоксидінің үлгісін жағуда түзіледі (асбестке KOH немесе NaOH енгізілген).

Көміртек диоксидінің жұтылуы келесі реакция бойынша жүреді:

CO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O                                                                     (18)

Түзілген су абсорбциондық затпен жұтылады, немесе басқа да аппаратқа енгізілген арнайы жұтқыш затпен (хлорлы қышқыл магний (Mg(ClO4)2) – “ангидрон”).

Қондырғының сызбанұсқасы 18 суретте көрсетілген. фарфор қайықшаны пешке орналастырып, абсорбциондық оқ дәрісін қосқаннан кейін, баллондағы (9) оттек редуктор (7) арқылы беріледі және қондырғыдағы жұқа реттегіш кран (8) ашылып қыздырылатын кварцтік түтікшеге (1) беріледі. әрекетесетін оттек, алдын-ала көміртек диоксидінен және ылғалдылықтан тазартылады. құрғатылған оттек сосын фарфорлық қайықшадағы зерттелетін үлгімен жоғары температурада (850-950 ⁰с) әрекетесіп көміртек диоксидіне дейін қышқылданады. жану өнімдері кварцті түтікшеден шыққан соң ұсақталған әйнекпен араласқан құрғақ хром ангидридімен (CrO₃) толтырлған түтікшеге түседі. хром ангидриді (CrO₃) бар u-тәрізді түтікше концентрлі күкірт қышқылы бар колбамен жалғасып SO₂-ны SO₃-ке дейін тотықтытырады.

 

 

1 – кварцті түтікше, 2 – фарфор қайықша, 3 – электр пеші, 4 – ЛАТР, 5 – хром ангидриді (CrO₃) бар U-тәрізді түтікше, 6 – аскарит және ангидрон бар абсорбционды оқ дәрісі, 7 – редуктор, 8 – жұқа реттегіш кран, 9 – газды баллон, 10 – 30 %-дық KOH ерітіндісі, 11 – газ тазалайтын шынысы бар концентрлі H₂SO₄, 12 – термопара, 13 – өзі жазатын құрал КСП-4.

 

18 сурет. Көміртекті анықтауға арналған тәжірибелік қондырғының сызбанұсқасы

 

Кварцті түтікшедегі үлгі автотрансформаторға қосылған силитті пеште қыздырылады. Пешке берілетін тоқ күші және кернеу амперметр және вольтметр арқылы өлшеуден өтеді. Температура диаметрі 100 мкм хромель- алюмельді термопарамен өлшенеді. Температура микровольтметрге қосылған КСП-4 маркалы аспапта бақыланады.

Бу және ауа газдандыру өнімдерінің қатты қалдықтарындағы көміртек концентрациясын өлшеу әдісі келесіге негізделген. Талданатын үлгінің массасы 0.500-2.000 г. Фарфор қайықша электр пештегі кварцті түтікшенің ортасына орналасады. Содан кейін аспапқа аскаритпен және ангидронмен (Mg(ClO₄)₂). толтырылған абсорбциондық оқ дәрісі жалғанады. Оқ дәрісі алдан-ала аналиткалық таразыда 4-тік дәлдік белгісіне дейін өлшенеді. Оттек бір қалыпты жылдамдықпен беріліп және пеш қыздырылады. Пеш 850-950 ⁰C-ға дейін қыздырылған соң қайықша пеште 15-20 мин тұрады. Содан соң пешті өшіріп, абсорбциондық оқ дәрісі қондырғыдан ажыратылып, бөлме температурасына дейін салқындатылады және өлшенеді.

Оқ дәрісінің артық салмағы жұтылған көміртек диоксидінің массасына сәйкес келеді. Көміртектің массасын анықтау үшін келесі өрнекті қолдануға болады:

С = А×27,27/m.                                                                              (19)

мұндағы, А – абсорбциондық оқ дәрісінің салмағы, г; m – үлгінің массасы, г.

Осылайша көмірді ауа және бу газдандырудың қатты қалдығындағы көміртектің массасы анықталады.

 

 

4 НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ

 

Тәжірибелік қондырғыда Куучекин тас көмірінің ауа-плазмалық және бу-плазмалық газификация жұмыстары орындалған. Айта кетерлік жәйт осы көмір Казақстан Республикасының көптеген Жылу Электр Станцияларының негізгі отыны болып саналады. 6 кестеде көмірді ауа-плазмалық газдандырудың газ тәрізді өнімдерінің концентрация мәндері, көмірдің газдандыру дәрежесі X^с және орташа масссалық температура T_maсс келтірілген.

 

6 кесте

Ауа-плазмалық газдандырудың газ тәрізді өнімдерінің концентрация мәндері, көмірдің газдандыру дәрежесі Xс және орташа массалық температура Tmaсс
№	Шығымы, кг/сағ		Синтез-газдың құрамы, көл.%				Xс, %	Tmaсс, (K)	H2+CO, көл.%
	Көмір	Ауа	N2	H2	CO	O2
1	4,0	4,8	66,1	8,6	17,6	7,7	92,8	2755	26,2
2	4,05	4,8	58,5	12,0	24,5	5,0	95,1	2729	36,5
3	4,1	4,4	67,0	9,1	20,3	3,6	91,2	2755	29,4
4	4,0	5,1	45,0	18,3	35,1	1,8	95,8	2850	53,4
5	4,1	4,9	48,8	16,7	34,3	0,1	90,9	2690	41,0

 

Кестеде көрсетілгендей синтез-газдың концентрациясы 26,2 көл.%-дан 53,4 көл. %-ға өседі. 1 және 2-тәжірибелерде оттектің концентрациясы 5,0 — 7,7 көл. %-ға өседі. себебі, осы екі тәжірибелерде ауаның бақылаусыз сору үрдістері пайда болған. ал 3-5 тәжірибелерде аталған үрдіс жойылған. Сонымен қатар, көмірдің газдандыру дәрежесі 90,9 %-дан 95,8 %-ға дейін өзгереді. Орташа массалық температураның мәні 2729 К-нен 2851 К- ге дейін өзгереді.

7 кестеде бу-плазмалық газдандырудың нәтижелері келтірілген. 1 және 2 тәжірибелер ауаның бақылаусыз соруымен жүргізілген. Бірақ, 3-5 тәжірибелерде аталған үрдіс толық жойылған. Сондықтан соңғы үш тәжірибелерде синтез-газдың сасапсы өте жоғары болып табылдды: синтез-газдың концентрациясы 94,2 көл.%-дан 97,3 көл. %-ға дейін өседі.

Көмірдің газдандыру дәрежесі 80,2 %-дан 93,7 %-ға өзгереді. Газдандырудың орташа массалық температурасы 3500 К-нен 3850 К-ге дейін өседі.

Тәжірибелер орындау нәтижесінде көмірдің газдандыру дәрежесінің жоғары мәніне жетті (95,8 %-ға дейін). Синтез-газдың жоғарғы мәні ауа газдандыруда — 53,4 көл.%, ал бу газдандыруда 97,3 көл.%.

Көмірді бу газдандыруда өте жоғары сапалы синтез-газ алынады. Бу газдандыруда сутектің концентрациясы 60,8 %-ға жетеді, ал ауа газдандыруда 18,3 %-ға жетеді. Меншікті электр шығымы ауа газдандыруына 1,74-2,28 кВт·сағ/кг, ал бу газдандыруына 4,17-4,63 кВт·сағ/кг құрайды.

 

 

• кесте

 

Бу-плазмалық газдандырудың газ тәрізді өнімдерінің концентрация мәндері, көмірдің газдандыру дәрежесі Xс және орташа массалық температура Tmaсс
№	Шығымы, кг/сағ		Синтез-газдың құрамы, көл.%				Xс, %	Tmaсс, (K)	H2+CO, көл.%
	Көмір	Бу	N2	H2	CO	O2
1	4,7	1,6	37,4	34,6	28,0	0,0	80,2	3550	62,6
2	4,7	1,4	48,6	26,8	24,6	0,0	91,3	3350	51,4
3	4,0	1,92	2,7	55,8	41,5	0,0	93,7	3500	97,3
4	4,0	2,4	4,0	60,8	34,9	0,3	89,7	3550	95,7
5	4,0	2,5	5,4	58,7	35,5	0,4	93,7	3850	94,2

 

Кинетикалық моделдің нақтылығын көрсету үшін, тәжірибелік нәтижелердің газды фазасының құрамы, орташа массалық температурасы, көмірдің газдандыру дәрежелері салыстырылған.

Көмірді ауа және бу газдандыру үрдістерінің есептеу және тәжірибе нәтижелері 8 кестеде келтірілген. Кестеден көрсетілгендей есептеу және тәжірибе нәтижелерінің мәндері салыстырмалы түрде жақын болып келеді. Мысалы, синтез-газ концентрациясы бойынша ауа газдандыруда айырмашылығы 3 %-ді, ал бу газдандыруда айырмашылығы — 8 %-ды құрайды. Газдандыру дәрежесі бойынша айырмашылық екі үрдістеде 7 %-дан аспайды.

 

 

• кесте

4.1 Есептеу және тәжірибе нәтижелерін салыстыру

 

Әдіс	T, K	Концентрация, көл.%			Xс , %
		CO	H2	N2
Тәжірибе № 4 (Ауа газдандыру)	2850	35,1	18,3	45,0	95,8
Кинетикалық есептеу	2563	31,2	18,2	45,05	88,4
Тәжірибе № 3 (Бу газдандыру)	3500	41,5	55,8	2,7	93,7
Кинетикалық есептеу	3769	42,9	53,6	—	100

 

 

 

ҚОРЫТЫНДЫ

 

1. Куучекин тас көмірінің плазма-ауа және плазма-бу процестердің сандық және эксперименттік зерттеулер орындалды. Ауа газификация кезінде газ фазасы 0,15 м координата мәнінен бастап негізінде синтез-газбен (CO+H₂) көрсетілген. Оның концентрациясы 0,15 м-ден бастап 47 % құрайды және реактордың біту аймағында (2 м) қатты өзгермей 48,6 % құрайды.
2. Бу газификациясында реактор ұзындығы 0,15 м синтез-газдың концентрациясы 93,9 % жетеді және реактор соңында (2 м) 100 % жетеді.
3. Куучекин тас көмірінің ауа-плазмалық және бу-плазмалық газификациясының тәжірибелік жұмыстары электрлік қуаттылығы 100 кВт қондырғыда орындалды. Қатты отынның және тотықтырғыштардың шығымы 10 кг/сағ. Ауа-плазмалық газдандыру кезінде концентрациясы 53,4 % синтез-газ алынды. Бу-плазмалы газдандыруда 97,3 % синтез-газ алынды. Бу газдандыруда сутектің концентрациясы 60,8 %-ға жетеді, ал ауа газдандыруда 18,3 %-ға жетеді.
4. Кинетикалық және тәжірибелік нәтижелері салыстырылған. Синтез-газ концентрациясы бойынша ауа газдандыруда айырмашылығы 3 %-ды, ал бу газдандыруда айырмашылығы — 8 %-ды құрайды. Газдандыру дәрежесі бойынша айырмашылық екі үрдістеде 7%-дан аспайды.

 

 

 

 

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТIЗIМI

 

• Клеткинс К. Мировая энергетическая политика // Применение технологии трехступенчатого сжигания для подавления NOx на твердотопливных котлах в Европе и СНГ // Вступительный доклад Европейской комиссии по энергетике и транспорту. – М. РАО «ЕЭС России». – ВТИ. 2000.- С.4-17.
• Карпенко Е.И., Мессерле В.Е. Плазменно-энергетические технологии топливоиспользования. Новосибирск: Наука, Сиб. предприятие РАН, Т.1. 1998. -С.385.
• Бунин Г.И. К проблеме рационального использования углей для энергетики // Теплоэнергетика. 1988. – №6. – С.46-49.
• Вербовецкий Э.Х., Котлер В.Р. Замена мазута углем при растопке и подсветке факела в пылеугольных котлах // Энергохозяйство за рубежом. 1984. -№4. -С.1-8.
• Drouet M.G. La technologie des plasmas. Potentiel d’application au Canada // Revue generale d’electricite. -N1. -P.51–56.
• Энергетическое топливо СССР (ископаемые угли, горючие сланцы, торф, мазут и горючий газ). Справочник – Матвеева И.И., Новицкий Н.В., Вдовченко В.С. и др. – М.: Энергия, 1979. -С.128.
• Алияров Б.К. Освоение сжигания Экибастузского угля на тепловых электростанциях. Алматы. “Гылым” 1996. -C.272.
• Курмангалиев М.Р., Фисак В.И. Сжигание энергетических углей Казахстана и защита атмосферы. Алматы. “Гылым” 1989. -C.166.
• Leshock C. Prospects of Coal Fired Thermal Power Plants in USA. // Power Engineering International. 2000. Vol.8. -№4. -P.18-22.
• Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. // Плазменные технологии эффективного и экологически чистого сжигания твердых топлив и их смесей // Горение и плазмохимия. 2003.-№1.-С.17-27.
• Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Устименко А.Б. // Плазменные технологии переработки твердых топлив // Горение и плазмохимия. 2003.-№2.-С.131-141.
• Bastyrev N.A., Golysh V.I., Gorokhovski M.A., Karpenko Yu.E., Lukiaschenko V.G., Messerle V.E., Nagibin A.O., Osadchaya E.F., Osadchy S.F., Stepanov I.G., Umbetkaliev K.A., Ustimenko A.B. // Power Coal Plasma Gasification. Computation and Experiment // Proceedings of 8th International Conference on Energy for a Clean Environment, Lisbon, Portugal, 2005. –N 21.4; Book of Abstracts – P. 84.
• Мессерле В.Е., Устименко А.Б., Карпенко Ю.Е., Умбеткалиев К.А., Лукьященко В.Г. Плазменная газификация и комплексная переработка низкосортных углей // Горение твердого топлива: Сборник докладов VI Всероссийской конференции (с участием иностранных ученых), Новосибирск, 8-10 ноября 2006г., Новосибирск: Изд-во Института теплофизики СО РАН, 2006. — Часть 3. – С. 112-120
• Мессерле В.Е., Умбеткалиев К.А., Устименко А.Б. Паровая и воздушная газификация куучекинского угля // Тез. докл. 3-го межд. симпозиума «Физика и химия углеродных материалов/Наноинженерия», Алматы, 2004, -C. 231-234.
• Drouet M.G. La technologie des plasmas. Potentiel d’application au Canada // Revue generale d’electricite. -N1. -P.51–56.
• Хофман Е. Энерготехнологическое использование угля. –М.: Энергоатомиздат. 1983. –С.328.
• Karpenko Е., Messerle V. The Current Status and Prospects of Using Plasma-Energy Technologies in Heat Power Industry // Proceeding of the Sixth International Conference on Technolоgies and Combustion for а Clean Environment “Clean Air”. Vol. II. Porto, Portugal. 2001. — P.791-794.
• Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Чурашев В.Н. Эколого – экономическая эффективность технологий переработки твердых топлив. Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма РАН. 2000. –С.159.
• Schlinger W.G. “The Texaco Coal Gasification Process.” In Handbook of Synfuels Technology, ed. A. Meyers, New York: McGraw-Hill, 1984. pp.3-148.
• Curran P.F., Tyree R.F. “Feedstock Versatility for Texaco Gasifiers.” Paper presented at IChemE Conference, “Gasification: The Gateway to a Cleaner Future,” Dresden, September 1998.
• Калиненко Р.А., Левицкий А.А., Полак Л.С., Сакипов З.Б., Устименко, А.Б. Электротермохимическая переработка углей. Математическая модель и эксперимент. Химия высоких энергий. 1990. Т. 24. -№2. -С.176-182.
• Карпенко Е.И., Мессерле В.Е. Плазменно-энергетические технологии использования твердых топлив. // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. / Под ред. академика РАН Фортова В.Е. — М.: Наука. 2000. Т.4. -С.359-370.
• Бурдуков А.П. Проблемы развития угольной теплоэнергетики. // Сб. II Межд. Симп. Горение и плазмохимия. 2003. -C.40-47.
• Leshock C. Prospects of Coal Fired Thermal Power Plants in USA. // Power Engineering International. 2000. Vol.8. -№4. -P.18-22.
• Curran P.F., Tyree R.F. “Feedstock Versatility for Texaco Gasifiers.” Paper presented at IChemE Conference, “Gasification: The Gateway to a Cleaner Future,” Dresden, September 1998.
• Mark H. Tampa Electric – Polk Unit 1 IGCC, Nine Years of Operation / The Proceedings of the 31-th International Technical Conference on Coal Utilization and Fuel systems. Clearwater, Florida, USA: Published by U.S. department of Energy & Coal Technology association of USA. 2006. -P.239.
• Pinkston T. Orlando Gasification Project: Demonstration of a 285 MW Coal-Based Transport Gasifier / The Proceedings of the 31-th International Technical Conference on Coal Utilization and Fuel systems. Clearwater, Florida, USA: Published by U.S. department of Energy & Coal Technology association of USA. 2006. -P. 261.
• Xiang X., Yunhan X., Chunzhen Q. Conceptual Design and Performance Analysis of Coal Based Direct Hydrogen Production System with CO2 Capture. Там же / The Proceedings of the 31-th International Technical Conference on Coal Utilization and Fuel systems. Clearwater, Florida, USA: Published by U.S. department of Energy & Coal Technology association of USA. 2006. -Р. 668-679.
• Arun C.B. Co-Production of Hydrogen and Electricity Using Circulating Fluidized Bed Technologies / The Proceedings of the 31-th International Technical Conference on Coal Utilization and Fuel systems. Clearwater, Florida, USA: Published by U.S. department of Energy & Coal Technology association of USA. 2006. -Р. 903-913.
• Sathe N., Botte G.G. // Assessment of Coal and Graphite Electrolysis for the Production of Hydrogen. // The Proceedings of the 31-th International Technical Conference on Coal Utilization and Fuel systems. Clearwater, Florida, USA: Published by U.S. department of Energy & Coal Technology association of USA. 2006. -Р. 925.
• Parkinson W.J., Ziock H.J. // Heat Removal from High Temperature Tubular Solid Oxide Fuel Cells Utilizing Product Gas from Coal Gasifiers // The Proceedings of the 28-th International Technical Conference on Coal Utilization and Fuel systems. // Clearwater, Florida, USA. –Published by U.S. department of Energy & Coal Technology association of USA. – 2003.-Р. 35.
• Stanmore B.R. and Visona S.P. // The Contribution to Char Burnout from Gasification by H₂O and CO₂ During Pulverized-Coal Flame Combustion // Combustion and Flame. 1998. No. 113, -Р. 274.
• Бесков А.Г., Артамонов А.Г., Сурис А.Я. Паровая конверсия жидкого углеводородного сырья в плазмохимическом реакторе // V Всесоюз. Совещ. «Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов»: Тез. Докл. – М., 1988. — С. 119-127.
• Бесков А.Г., Артамонов А.Г., Сурис А.Я. Конверсия жидкого углеводородного сырья в потоке низкотемпературной плазмы воздуха // V Всесоюз. Совещ. «Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов»: Тез. Докл. – М., 1988. — С. 120-129.
• Химические вещества из угля. Под ред. Фальбе, Ю. –М.: Химия. 1980. — С.19.
• Muller R. The use of hydrogen plasma process in the petrochemical and iron-smelting industris // Proceedings of the World Hydrogen Energy Conference 4. Pasadena, USA, California, 1982. — P. 885-900.
• PupierI F., Gaulon I. L’electrothermie en side’rurgie. Rapport E.D.F. NHE, 1982. -Vol. 12, № 2. – 65 p.

 

 

 

 

 

ҚОСЫМША