В промышленной химии газификация угля — это процесс производства синтез-газа — смеси , состоящей в основном из оксида углерода ( CO), водорода ( H2 ), диоксида углерода ( CO2 ), метана ( CH4 ) и водяного пара ( H2O ) — из угля и воды , воздуха и/или кислорода.
Исторически уголь газифицировали для получения угольного газа , также известного как «городской газ». Угольный газ горюч и использовался для отопления и городского освещения до появления крупномасштабной добычи природного газа из нефтяных скважин.
В современной практике крупномасштабные установки газификации угля в первую очередь предназначены для производства электроэнергии (как на обычных тепловых электростанциях, так и на электростанциях с топливными элементами на расплавленном карбонате ) или для производства химического сырья. Водород, полученный в результате газификации угля, может использоваться для различных целей, таких как производство аммиака , питание водородной экономики или модернизация ископаемого топлива .
В качестве альтернативы, синтез-газ, полученный из угля, может быть преобразован в транспортное топливо, такое как бензин и дизельное топливо, путем дополнительной обработки , или в метанол , который сам по себе может использоваться в качестве транспортного топлива или топливной добавки, или который может быть преобразован в бензин .
Природный газ, полученный в результате газификации угля, можно охлаждать до состояния жидкости, пригодной для использования в качестве топлива в транспортном секторе. [1]
В прошлом уголь перерабатывался для получения угольного газа, который поставлялся потребителям для сжигания в целях освещения, отопления и приготовления пищи. Высокие цены на нефть и природный газ привели к повышению интереса к технологиям «BTU Conversion», таким как газификация , метанирование и сжижение. Synthetic Fuels Corporation была финансируемой правительством США корпорацией, созданной в 1980 году для создания рынка альтернатив импортируемому ископаемому топливу (например, газификации угля). Корпорация была прекращена в 1985 году.
Фламандский ученый Ян Баптиста ван Гельмонт использовал название «газ» в своем труде «Истоки медицины» ( ок. 1609 г. ), чтобы описать свое открытие «дикого духа», который вырывался из нагретых дров и угля и который «мало отличался от хаоса древних». Аналогичные эксперименты проводились в 1681 г. Иоганном Беккером из Мюнхена и в 1684 г. Джоном Клейтоном из Уигана , Англия. Последний назвал его «Духом угля». Уильям Мердок (позже известный как Мердок) открыл новые способы получения, очистки и хранения газа. Среди прочего, он осветил свой дом в Редруте и свой коттедж в Сохо, Бирмингем, в 1792 г., вход в помещения Манчестерского полицейского комиссара в 1797 г., внешний вид фабрики Болтона и Уатта в Бирмингеме и большую хлопчатобумажную фабрику в Солфорде , Ланкашир, в 1805 г. [2]
Профессор Ян Питер Минкелерс осветил свою аудиторию в Университете Лувена в 1783 году, а лорд Дандональд осветил свой дом в Калроссе , Шотландия, в 1787 году, при этом газ перевозился в запечатанных сосудах с местных смоляных заводов. Во Франции Филипп ле Бон запатентовал газовый камин в 1799 году и продемонстрировал уличное освещение в 1801 году. Затем последовали другие демонстрации во Франции и в Соединенных Штатах, но общепризнанно, что первый коммерческий газовый завод был построен London and Westminster Gas Light and Coke Company на Грейт-Питер-стрит в 1812 году, проложив деревянные трубы для освещения Вестминстерского моста газовыми фонарями в канун Нового года в 1813 году. В 1816 году Рембрандт Пил и еще четверо основали Gas Light Company of Baltimore , первую компанию по производству газа в Америке. В 1821 году природный газ использовался в коммерческих целях во Фредонии, штат Нью-Йорк . Первый немецкий газовый завод был построен в Ганновере в 1825 году, а к 1870 году в Германии насчитывалось 340 газовых заводов, производивших городской газ из угля, древесины, торфа и других материалов.
Условия труда на фабрике Horseferry Road компании Gas Light and Coke Company в Лондоне в 1830-х годах были описаны француженкой Флорой Тристан в ее книге «Прогулки в Лондоне» :
Два ряда печей с каждой стороны были разожжены; эффект был не так уж и непохож на описание кузницы Вулкана , за исключением того, что циклопы были оживлены божественной искрой, тогда как смуглые слуги английских печей были безрадостны, молчаливы и оцепенели.... Бригадир сказал мне, что кочегары отбирались из числа самых сильных, но что, тем не менее, все они становились чахоточными после семи или восьми лет тяжелого труда и умирали от легочной чахотки. Это объясняло печаль и апатию на лицах и в каждом движении несчастных людей. [3]
Первая общественная подача газа по трубопроводу была осуществлена в 13 газовых фонарей , каждый с тремя стеклянными колбами, вдоль Пэлл-Мэлл в Лондоне в 1807 году. Заслуга в этом принадлежит изобретателю и предпринимателю Фредерику Уинзору и водопроводчику Томасу Саггу, которые изготовили и проложили трубы. Раскопка улиц для прокладки труб требовала принятия законодательства , и это задержало развитие уличного освещения и газа для бытового использования. Тем временем Уильям Мердок и его ученик Сэмюэл Клегг устанавливали газовое освещение на фабриках и рабочих местах, не сталкиваясь с такими препятствиями.
В 1850-х годах в каждом маленьком и среднем городе и поселке был газовый завод, обеспечивающий уличное освещение. Абоненты также могли иметь трубопроводы в своих домах. К этому времени газовое освещение стало общепринятым. Газовое освещение просочилось в средний класс, а позже появились газовые плиты и печи. [4]
1860-е годы стали золотым веком развития угольного газа. Такие ученые, как Кекуле и Перкин, раскрыли секреты органической химии, чтобы раскрыть, как производится газ и его состав. Из этого вышли более совершенные газовые установки и пурпурные красители Перкина, такие как мовеин . В 1850-х годах были разработаны процессы получения генераторного газа и водяного газа из кокса. Необогащенный водяной газ можно описать как голубой водяной газ (BWG).
Газ Монда , разработанный в 1850-х годах Людвигом Мондом , был генераторным газом, полученным из угля вместо кокса. Он содержал аммиак и каменноугольную смолу и перерабатывался для извлечения этих ценных соединений.
Синий водяной газ (BWG) горит несветящимся пламенем, что делает его непригодным для освещения. Карбюраторный водяной газ (CWG), разработанный в 1860-х годах, представляет собой BWG, обогащенный газами, полученными путем распыления нефти в горячую реторту. Он имеет более высокую теплотворную способность и горит светящимся пламенем.
Процесс карбюраторного водяного газа был усовершенствован Таддеусом С.К. Лоу в 1875 году. Газойль был зафиксирован в BWG посредством термокрекинга в карбюраторе и пароперегревателе генераторной установки CWG. CWG была доминирующей технологией в США с 1880-х до 1950-х годов, заменив газификацию угля. CWG имеет теплотворную способность 20 МДж/м 3 , то есть немного больше половины теплотворной способности природного газа.
Появление газового освещения на фабриках, в домах и на улицах, заменившего масляные лампы и свечи на устойчивый ясный свет, почти соответствующий дневному свету по цвету, превратило ночь в день для многих, сделав возможной ночную смену в отраслях, где свет был важен — в прядении , ткачестве и пошиве одежды и т. д. Социальное значение этого изменения трудно оценить поколениям, воспитанным с освещением после наступления темноты, доступным одним нажатием выключателя. Не только ускорилось промышленное производство, но и улицы стали безопасными, облегчилось социальное общение, а чтение и письмо стали более распространенными. Газовые заводы были построены почти в каждом городе, главные улицы были ярко освещены, а газ был проложен по улицам в большинство городских домохозяйств. Изобретение газового счетчика и счетчика предварительной оплаты в конце 1880-х годов сыграло важную роль в продаже городского газа бытовым и коммерческим потребителям.
Образование и обучение большого количества рабочей силы, попытки стандартизировать производственные и коммерческие практики и смягчение коммерческого соперничества между компаниями-поставщиками побудили к основанию ассоциаций газовых менеджеров, первой в Шотландии в 1861 году. Британская ассоциация газовых менеджеров была образована в 1863 году в Манчестере , и это, после бурной истории, стало основой Института газовых инженеров (IGE). В 1903 году реконструированный Институт гражданских инженеров (ICE) инициировал курсы для студентов газового производства в Институте Сити и гильдий Лондона . IGE получил Королевскую хартию в 1929 году. Университеты медленно реагировали на потребности отрасли, и только в 1908 году в Университете Лидса была основана первая профессорская должность по угольной, газовой и топливной промышленности . В 1926 году компания Gas Light and Coke открыла Watson House рядом с газовыми заводами Nine Elms . [5] Сначала это была научная лаборатория . Позже в него вошел центр обучения учеников , но его основным вкладом в отрасль стали его испытательные мощности для газовых приборов, которые были доступны для всей отрасли, включая производителей газовых приборов. [5] Используя этот объект, отрасль установила не только стандарты безопасности, но и эксплуатационные характеристики как для производства газовых приборов, так и для их обслуживания в домах клиентов и коммерческих помещениях.
Во время Первой мировой войны побочные продукты газовой промышленности, фенол , толуол , аммиак и сернистые соединения были ценными ингредиентами для взрывчатых веществ . Большая часть угля для газовых заводов отправлялась по морю и была уязвима для вражеских атак. Газовая промышленность была крупным работодателем клерков, в основном мужчин до войны. Но появление пишущей машинки и женщины -машинистки привело к еще одному важному социальному изменению, которое, в отличие от занятости женщин в военной промышленности, имело долгосрочные последствия.
Межвоенные годы были отмечены разработкой непрерывной вертикальной реторты, которая заменила многие горизонтальные реторты с периодической загрузкой. Были улучшения в хранении, особенно безводном газгольдере , и распределении с появлением 2–4- дюймовых стальных труб для транспортировки газа под давлением до 50 фунтов на квадратный дюйм (340 кПа) в качестве питающих магистралей по сравнению с традиционными чугунными трубами, работающими в среднем при давлении 2–3 дюйма водяного столба (500–750 Па ). Бензол в качестве транспортного топлива и каменноугольная смола в качестве основного сырья для зарождающейся органической химической промышленности обеспечили газовой промышленности существенные доходы. Нефть вытеснила каменноугольную смолу в качестве основного сырья для органической химической промышленности после Второй мировой войны , и потеря этого рынка способствовала экономическим проблемам газовой промышленности после войны.
За эти годы появилось множество разнообразных приборов и способов использования газа. Газовые камины , газовые плиты , холодильники , стиральные машины , утюги , кочерги для разжигания угольных костров, газовые ванны, дистанционно управляемые кластеры газовых ламп , газовые двигатели различных типов и, в более поздние годы, газовое центральное отопление с теплым воздухом и горячей водой и кондиционирование воздуха , все это внесло огромный вклад в улучшение качества жизни в городах и поселках по всему миру. Эволюция электрического освещения, доступного из общественного источника, погасила газовое освещение, за исключением тех мест, где практиковалось сопоставление цветов, как в галантерейных магазинах.
В процессе газификации уголь продувается кислородом и паром (водяным паром), при этом он также нагревается (и в некоторых случаях находится под давлением). Если уголь нагревается внешними источниками тепла, процесс называется «аллотермическим», в то время как «автотермический» процесс предполагает нагрев угля посредством экзотермических химических реакций, происходящих внутри самого газификатора. Важно, чтобы подаваемого окислителя было недостаточно для полного окисления (сгорания) топлива. В ходе упомянутых реакций молекулы кислорода и воды окисляют уголь и производят газообразную смесь углекислого газа (CO2 ) , оксида углерода (CO), водяного пара ( H2O ) и молекулярного водорода (H2 ) . (Некоторые побочные продукты, такие как смола, фенолы и т. д., также являются возможными конечными продуктами, в зависимости от конкретной используемой технологии газификации.) Этот процесс проводился на месте в естественных угольных пластах (называемый подземной газификацией угля ) и на угольных заводах. Желаемым конечным продуктом обычно является синтез-газ (т.е. комбинация H2 + CO), но полученный угольный газ может также подвергаться дальнейшей очистке для получения дополнительных количеств H2 :
Если переработчик хочет производить алканы (т. е. углеводороды, присутствующие в природном газе , бензине и дизельном топливе ), угольный газ собирается в этом состоянии и направляется в реактор Фишера-Тропша . Если же желаемым конечным продуктом является водород, угольный газ (в первую очередь продукт CO) подвергается реакции конверсии водяного газа , где больше водорода производится посредством дополнительной реакции с водяным паром:
Хотя в настоящее время существуют и другие технологии газификации угля, все они, в общем, используют одни и те же химические процессы. Для низкосортных углей (например, лигнита или других «бурых углей»), которые содержат значительное количество воды, существуют технологии, в которых пар не требуется во время реакции, а единственными реагентами являются уголь (углерод) и кислород. Кроме того, некоторые технологии газификации угля не требуют высокого давления. Некоторые используют пылевидный уголь в качестве топлива, в то время как другие работают с относительно большими фракциями угля. Технологии газификации также различаются по способу подачи дутья.
«Прямая продувка» предполагает подачу угля и окислителя навстречу друг другу с противоположных сторон канала реактора. В этом случае окислитель проходит через кокс и (скорее всего) золу в зону реакции, где взаимодействует с углем. Образующийся горячий газ затем проходит через свежее топливо и нагревает его, поглощая некоторые продукты термической деструкции топлива, такие как смолы и фенолы. Таким образом, газ требует значительной очистки перед использованием в реакции Фишера-Тропша. Продукты очистки высокотоксичны и требуют специальных установок для их утилизации. В результате завод, использующий описанные технологии, должен быть очень большим, чтобы быть экономически эффективным. Один из таких заводов под названием SASOL находится в Южно-Африканской Республике (ЮАР). Он был построен из-за эмбарго, наложенного на страну, препятствующего импорту нефти и природного газа. ЮАР богата каменным углем и антрацитом и смогла организовать использование известного процесса газификации под высоким давлением «Lurgi», разработанного в Германии в первой половине 20-го века.
«Обратная продувка» (в отличие от предыдущего описанного типа, который был изобретен первым) предполагает подачу угля и окислителя с одной стороны реактора. В этом случае химическое взаимодействие угля и окислителя до зоны реакции отсутствует. Газ, образующийся в зоне реакции, проходит через твердые продукты газификации (кокс и золу), а содержащиеся в газе CO2 и H2O дополнительно химически восстанавливаются до CO и H2 . По сравнению с технологией «прямой продувки» в газе отсутствуют токсичные побочные продукты: они дезактивируются в зоне реакции. Этот вид газификации получил развитие в первой половине XX века, наряду с «прямым дутьем», однако скорость получения газа при нем существенно ниже, чем при «прямом дутье», и дальнейших попыток разработки процессов «обратного дутья» не предпринималось до 1980-х годов, когда в советском научно-исследовательском институте КАТЭКНИИуголь (НИИ по разработке Канско-Ачинского угольного бассейна) начались НИОКР по созданию технологии, известной сейчас как процесс «ТЕРМОКОКС-С». Причина возрождения интереса к этому виду газификации заключается в его экологической чистоте и возможности получения двух видов полезных продуктов (одновременно или раздельно): газа (горючего или синтез-газа) и среднетемпературного кокса. Первый может использоваться в качестве топлива для газовых котлов и дизель-генераторов или как синтез-газ для получения бензина и т.п., второй — как технологическое топливо в металлургии, как химический абсорбент или как сырье для бытовых топливных брикетов. Сжигание полученного газа в газовых котлах экологически чище, чем сжигание исходного угля. Таким образом, завод, использующий технологию газификации с «обратным дутьем», способен производить два ценных продукта, один из которых имеет относительно нулевую себестоимость производства, поскольку последний покрывается конкурентоспособной рыночной ценой другого. После того, как Советский Союз и его КАТЭКНИИуголь прекратили свое существование, технология была принята отдельными учеными, которые изначально ее разработали, и в настоящее время она дополнительно исследуется в России и коммерчески распространяется по всему миру. Известно, что промышленные заводы, использующие ее, сейчас функционируют в Улан-Баторе (Монголия) и Красноярске (Россия).
Технология газификации слоя с напорным потоком воздуха, созданная в результате совместной разработки Wison Group и Shell (Hybrid). Например: Hybrid — это передовая технология газификации пылевидного угля, эта технология в сочетании с существующими преимуществами котла-утилизатора Shell SCGP включает в себя больше, чем просто систему транспортировки, расположение горелки для газификации пылевидного угля под давлением, водяной экран мембранного типа боковой струйной горелки и прерывистый сброс, полностью проверенный на существующем заводе SCGP, как зрелая и надежная технология, в то же время, он устранил существующие осложнения процесса и в охладителе синтез-газа (отходы поддона) и фильтрах [летучей золы], которые легко выходили из строя, и объединил существующую технологию газификации, которая широко используется в процессе гашения синтетического газа. Он не только сохраняет оригинальные характеристики котла-утилизатора Shell SCGP с углем, высокую адаптивность и способность к легкому масштабированию, но и поглощает преимущества существующей технологии гашения.
Подземная газификация угля (UCG) — это промышленный процесс газификации, который осуществляется в неразработанных угольных пластах. Он включает в себя закачку газообразного окислителя , обычно кислорода или воздуха, и выдачу полученного продукта-газа на поверхность через эксплуатационные скважины, пробуренные с поверхности. Продукт-газ может использоваться в качестве химического сырья или топлива для выработки электроэнергии . Этот метод может применяться к ресурсам, которые в противном случае было бы неэкономично извлекать. Он также предлагает альтернативу традиционным методам добычи угля . По сравнению с традиционной добычей угля и газификацией, UCG оказывает меньшее экологическое и социальное воздействие, хотя существуют экологические проблемы, включая потенциальную возможность загрязнения водоносного горизонта.
Улавливание, утилизация и секвестрация (или хранение) углерода все чаще используются в современных проектах газификации угля для решения проблемы выбросов парниковых газов, связанной с использованием угля и углеродистого топлива. В этом отношении газификация имеет значительное преимущество перед обычным сжиганием добываемого угля, при котором CO 2, образующийся в результате сгорания, значительно разбавляется азотом и остаточным кислородом в выхлопных газах сгорания под давлением, близким к атмосферному, что делает его относительно сложным, энергоемким и дорогим (это известно как улавливание CO 2 « после сгорания» ).
При газификации , с другой стороны, кислород обычно подается в газификаторы, и сжигается ровно столько топлива, чтобы обеспечить тепло для газификации остального; более того, газификация часто выполняется при повышенном давлении. Полученный синтез-газ обычно находится под более высоким давлением и не разбавлен азотом, что позволяет гораздо проще, эффективнее и менее затратно удалять CO 2 . Уникальная способность газификации и интегрированного комбинированного цикла газификации легко удалять CO 2 из синтез-газа перед его сжиганием в газовой турбине (так называемое «предсжигательное» улавливание CO 2 ) или его использованием в топливе или синтезе химикатов является одним из его существенных преимуществ по сравнению с традиционными системами использования угля.
Все процессы конверсии на основе газификации угля требуют удаления сероводорода (H 2 S; кислый газ) из синтез-газа как части общей конфигурации завода. Типичные процессы удаления кислых газов (AGR), используемые для проектирования газификации, представляют собой либо систему химических растворителей (например, системы очистки аминового газа на основе MDEA, например), либо систему физических растворителей (например, Rectisol или Selexol ). Выбор процесса в основном зависит от требований к очистке синтез-газа и затрат. Обычные химические/физические процессы AGR с использованием MDEA, Rectisol или Selexol являются коммерчески проверенными технологиями и могут быть разработаны для селективного удаления CO 2 в дополнение к H 2 S из потока синтез-газа. Для значительного улавливания CO 2 на газификационной установке (например, > 80%) CO в синтез-газе сначала должен быть преобразован в CO 2 и водород (H 2 ) с помощью этапа конверсии водяного газа (WGS) выше по потоку от установки AGR.
Для приложений газификации или комбинированного цикла интегрированной газификации (IGCC) модификации установки, необходимые для добавления возможности улавливания CO 2 , минимальны. Синтез-газ, производимый газификаторами, необходимо обрабатывать с помощью различных процессов для удаления примесей, уже находящихся в газовом потоке, поэтому все, что требуется для удаления CO 2 , — это добавить необходимое оборудование, абсорбер и регенератор, в эту технологическую линию.
В системах сжигания необходимо вносить изменения в выхлопную трубу, а из-за более низкой концентрации CO2 в выхлопных газах требуется переработка гораздо больших объемов газа, что требует использования более крупного и дорогостоящего оборудования.
Проект Kemper компании Mississippi Power был спроектирован как электростанция IGCC на буром топливе, генерирующая чистую мощность 524 МВт электроэнергии из синтез-газа, при этом улавливая более 65% CO 2 , образующегося с использованием процесса Selexol . Технология на объекте Kemper, Transport-Integrated Gasification (TRIG), была разработана и лицензирована KBR. CO 2 будет отправляться по трубопроводу на истощенные нефтяные месторождения в Миссисипи для операций по повышению нефтеотдачи . Электростанция не достигла всех своих целей, и планы по генерации «чистого угля» были отменены в июле 2017 года. Ожидается, что электростанция будет продолжать сжигать только природный газ.
Hydrogen Energy California (HECA) будет представлять собой 300 МВт чистой мощности, работающую на угле и нефтяном коксе, полигенерационную установку IGCC (производящую водород как для выработки электроэнергии, так и для производства удобрений). Девяносто процентов произведенного CO2 будет улавливаться (с использованием Rectisol ) и транспортироваться на нефтяное месторождение Элк-Хиллз для повышения нефтеотдачи, что позволит извлекать 5 миллионов дополнительных баррелей отечественной нефти в год. 4 марта 2016 года Энергетическая комиссия Калифорнии распорядилась прекратить действие заявки HECA.
Texas Clean Energy Project (TCEP) от Summit будет проектом по производству электроэнергии/полигенерации на основе IGCC мощностью 400 МВт, работающим на угле (также производящим карбамидные удобрения), который будет улавливать 90% своего CO2 при предварительном сжигании с использованием процесса Rectisol . CO2 , не используемый при производстве удобрений, будет использоваться для повышения нефтеотдачи в пермском бассейне Западного Техаса.
Такие заводы, как Texas Clean Energy Project , которые используют улавливание и хранение углерода , рекламировались как частичное или временное решение проблем регулирования, если их можно сделать экономически жизнеспособными за счет улучшения конструкции и массового производства. Возникло противодействие со стороны регулирующих органов коммунальных служб и налогоплательщиков из-за возросшей стоимости; и со стороны экологов, таких как Билл Маккиббен , которые считают любое дальнейшее использование ископаемого топлива контрпродуктивным. [6]
Побочные продукты производства угольного газа включают кокс , каменноугольную смолу , серу и аммиак ; все полезные продукты. Красители , лекарства, включая сульфапрепараты, сахарин и многие органические соединения, следовательно, получают из угольного газа.
Кокс используется как бездымное топливо и для производства водяного газа и генераторного газа . Каменноугольная смола подвергается фракционной перегонке для получения различных продуктов, в том числе
Сера используется в производстве серной кислоты , а аммиак — в производстве удобрений .
По данным Ассоциации по технологиям газификации и синтез-газа, в мире насчитывается 272 действующих завода по газификации с 686 газификаторами и 74 завода с 238 газификаторами в стадии строительства. Большинство из них используют уголь в качестве сырья. [7]
По состоянию на 2017 год масштабное расширение отрасли газификации угля происходило только в Китае, где местные органы власти и энергетические компании продвигают отрасль, чтобы обеспечить рабочие места и рынок для угля. По большей части заводы расположены в отдаленных, богатых углем районах.
Центральное правительство осознает конфликты с экологическими целями: помимо того, что заводы производят большое количество углекислого газа, они потребляют большое количество воды в районах, где ее не хватает. [8]
С момента своего первоначального развития до широкомасштабного внедрения природного газа только в Соединенных Штатах существовало более 50 000 заводов по производству искусственного газа . Процесс производства газа обычно производил ряд побочных продуктов, которые загрязняли почву и грунтовые воды на производственном предприятии и вокруг него, поэтому многие бывшие городские газовые заводы представляют собой серьезную экологическую проблему, а расходы на очистку и рекультивацию часто высоки. Заводы по производству искусственного газа (MGP) обычно располагались вблизи или рядом с водными путями, которые использовались для транспортировки угля и сброса сточных вод, загрязненных смолой, аммиаком и/или капельными маслами, а также прямыми отходами смол и эмульсиями смолы и воды.
В первые дни работы MGP каменноугольная смола считалась отходами и часто выбрасывалась в окружающую среду на территории заводов и вокруг них. Хотя к концу 19 века применение каменноугольной смолы развивалось, рынок смолы менялся, и заводы, которые не могли продать смолу в определенное время, могли хранить смолу для будущего использования, пытаться сжигать ее в качестве котельного топлива или выбрасывать смолу как отходы. Обычно отработанные смолы утилизировались в старых газгольдерах, штольнях или даже шахтных стволах (если они имелись). Со временем отработанные смолы разлагались с образованием фенолов , бензола (и других моноароматических соединений — BTEX ) и полициклических ароматических углеводородов, выделяющихся в виде загрязняющих шлейфов, которые могут попадать в окружающую среду. Другие отходы включали « синий билли », [9] , который представляет собой соединение ферроферрицианида — синий цвет происходит от берлинской лазури , которая использовалась в коммерческих целях в качестве красителя . Blue billy обычно представляет собой гранулированный материал и иногда продается на местном рынке с надписью «гарантированные проезды без сорняков». Присутствие blue billy может придать отходам газового завода характерный затхлый/ горький запах миндаля или марципана , который ассоциируется с цианистым газом.
Переход на процесс карбюрации водяного газа изначально привел к снижению выхода смолы водяного газа по сравнению с объемом каменноугольных смол. Появление автомобилей сократило доступность нафты для карбюраторного масла, поскольку эта фракция была желательна в качестве моторного топлива. MGP, которые перешли на более тяжелые сорта нефти, часто испытывали проблемы с производством эмульсий смола-вода, которые было трудно, долго и дорого разрушать. (Причина изменения эмульсий смола-вода сложна и была связана с несколькими факторами, включая свободный углерод в карбюраторном масле и замену битуминозного угля в качестве сырья вместо кокса.) Производство больших объемов эмульсий смола-вода быстро заполнило имеющиеся емкости хранения на MGP, и руководство завода часто сбрасывало эмульсии в ямы, из которых они могли быть или не быть впоследствии утилизированы. Даже если эмульсии были утилизированы, экологический ущерб от размещения смол в необлицованных ямах оставался. Сброс эмульсий (и других смолистых остатков, таких как смоляные шламы, донные отложения резервуаров и некондиционные смолы) в почву и воду вокруг MGP является существенным фактором загрязнения, обнаруженного сегодня на бывших заводах по производству искусственного газа (известных как «FMGP» в экологической реабилитации ).
Загрязнители, обычно связанные с FMGP, включают:
Каменноугольная смола и шламы каменноугольной смолы часто плотнее воды и присутствуют в окружающей среде в виде плотной неводной фазовой жидкости .
В Великобритании ряд бывших газовых заводов были перестроены под жилые дома и другие цели (включая Millennium Dome ), которые рассматриваются как первоклассные пригодные для застройки земли в пределах городских границ. Такие возможности застройки теперь приводят к проблемам, связанным с планированием и режимом загрязненных земель, и недавно [ когда? ] обсуждались в Палате общин.
Процессы газификации угля требуют контроля и мер по предотвращению загрязнения для снижения выбросов загрязняющих веществ. [10] [11] [ необходим лучший источник ] Загрязняющие вещества или выбросы, вызывающие беспокойство в контексте газификации угля, включают в себя в первую очередь: [ необходима ссылка ]
Газификаторы без шлакования производят сухую золу, похожую на ту, что получается при обычном сжигании угля, что может быть экологической ответственностью, если зола (обычно содержащая тяжелые металлы) выщелачивается или едкая, и если зола должна храниться в золоотвалах. Газификаторы с шлакованием, которые используются во многих основных приложениях по газификации угля во всем мире, имеют значительное преимущество в том, что компоненты золы сплавляются в стекловидный шлак, захватывая следы тяжелых металлов в невыщелачиваемой стекловидной матрице, делая материал нетоксичным. Этот неопасный шлак имеет множество полезных применений, таких как заполнитель в бетоне, заполнитель в асфальте для дорожного строительства, песок в абразивоструйной очистке, кровельные гранулы и т. д. [12]
CO 2 имеет первостепенное значение в глобальном изменении климата.
Зола образуется при газификации из неорганических примесей в угле. Некоторые из этих примесей реагируют, образуя микроскопические твердые частицы, которые могут быть взвешены в синтез-газе, полученном при газификации.
Обычно уголь содержит от 0,2 до 5 процентов серы по сухому весу, которая преобразуется в H 2 S и COS в газификаторах из-за высоких температур и низкого уровня кислорода. Эти «кислые газы» удаляются из синтез-газа, производимого газификаторами, с помощью оборудования для удаления кислотных газов до того, как синтез-газ сжигается в газовой турбине для производства электроэнергии или до его использования в синтезе топлива.
(NO x ) относится к оксиду азота (NO) и диоксиду азота (NO 2 ). Уголь обычно содержит от 0,5 до 3 процентов азота в расчете на сухой вес, большая часть которого преобразуется в безвредный газообразный азот. Образуются небольшие уровни аммиака и цианистого водорода, которые должны быть удалены в процессе охлаждения синтез-газа. В случае выработки электроэнергии NO x также может образовываться ниже по потоку при сжигании синтез-газа в турбинах.
В статье использованы материалы, являющиеся общественным достоянием, с веб-сайтов или документов Министерства энергетики США .
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)