2 Частичная и полная газификация угля

Частичная газификация угля - процесс его нагрева без доступа воздуха, при котором в газ превращаются только летучие составляющие (СО, Н ₂, СН₄ и другие). При этом в тепло газа переходит от 10 до 50 % теплоты сгорания угля.

Процесс частичной газификации угля разделяется на три этапа разложения.

1.Низкотемпературное (полукоксование), которое протекает при температуре 823-873 К (550-600^оС). В результате получается полукокс. Объем газовых продуктов- 6 м³/т.

2.Среднетемпературное (коксование). Температура процесса 973- 1073 К (700-800^оС). Результат - среднетемпературный кокс и коксовый газ в объеме 200 м³/т.

3.Высокотемпературное (коксование). Температура процесса 1173-1373 К (900-1100^оС). В результате образуется высокотемпературный кокс и коксовый газ в объеме 320 м³/т.

Полная газификация угля - процесс, при котором горючий газ образуется не только за счет удаления летучих, но и в результате газификации его коксового остатка.

Полная газификация угля может проходить как в наземных, так и в подземных условиях.

3 Технологические основы подземной газификации угля

Отличительная технологическая особенность ПГУ - направление движения огневого забоя, дутья и газообрзных продуктов газификации. В зависимости от этого выделяют четыре метода ПГУ: прямой, обращенный, фронтальный и поточный.

При прямом и обращенном методах ПГУ движение окислителя к огневому забою или газообразных продуктов газификации происходит за счет их фильтрации в порах и трещинах угольного пласта.

Фронтальный метод ПГУ возможно обеспечить в том случае, когда будет предотвращено смешивание окислителя, подаваемого на забой, и газообразных продуктов газификации, отводимых от забоя. Практически это можно осуществить только при газификации из шахтных выработок.

Для обеспечения поточного метода необходимо соединить концы газифицируемого участка пласта каналом, который называется каналом газификации. Огневой забой при поточной газификации движется перпендикулярно направлению движения окислителя и газообразных продуктов газификации.

Для всех методов газификации характерно наличие различных зон, в каждой из которых доминирующим является один из процессов. К ним относятся следующие зоны: окисления, восстановления, термического разложения, частично- термического разложения, сушки и шлаков.

Реагирование углерода с кислородом протекает с образованием СО иСО₂. При взаимодействии паров воды, содержащейся в пласте с углеродом угля протекают экзотермические реакции с образованием горючих компонентов СО и Н₂ при температуре 1173- 1273 К (900-1000^оС), причем их скорость сильно зависит от температуры.

Скорость химической реакции кислорода с углеродом на твердой поверхности угля зависит в основном от температуры и удельной реагирующей поверхности. Удельная реагирующая поверхность характеризуется площадью угля в единице его объема, на которой протекает гетерогенный процесс химической реакции кислорода с углеродом. Скорость этой реакции с увеличением температуры возрастает значительно быстрее, чем скорость диффузии кислорода в угле. Таким образом скорость подземной газификации угля будет зависеть от скорости химической реакции горения углерода и скорости диффузии воздуха в угле.

На основании изложенного процесс горения угля при его подземной газификации можно разделить на следующие три режима:

диффузионный - когда скорость диффузии кислорода к углеродной поверхности значительно меньше скорости химической реакции кислорода с углеродом угля, для интенсификации процесса необходимо увеличить скорость диффузии кислорода к углеродной поверхности;

кинетический - при котором скорость диффузии кислорода к углеродной поверхности значительно выше скорости химической реакции кислорода с углеродом; в этом случае для интенсификации процесса ПГУ необходимо увеличить температуру угля;

промежуточный - когда скорость горения соизмерима со скоростью диффузии и скоростью химической реакции кислорода с углеродом.