Zplyňování uhlí

Laluque těží ve výstavbě zařízení na zplyňování uhlí

Laluque zařízení na zplyňování uhlí

Zplyňování uhlí je přeměna uhlíku (C) na hořlavé plynné sloučeniny, zejména vodní plyn ( syntetický plyn ), generátorový plyn a městský plyn .

Dějiny

Antoine Laurent de Lavoisier již používal zplyňování uhlí k výrobě vodního plynu. Na začátku 19. století anglický uhelný plynárenský průmysl vyvinul procesy pro zplyňování uhlí. První generátor byl postaven v roce 1840. Poté byl zaveden proces, při kterém se vodík získaný reakcí posunu vodného plynu oxidu uhelnatého oddělil reakcí oxidu uhelnatého s přebytečnou párou na oxid uhličitý . Zplyňování uhlí se stalo důležitým na počátku 20. století, kdy vzrostla poptávka po syntézních plynech. Winklerův proces byl vyvinut ve 20. letech 20. století a Lurgiho proces ve 30. letech 20. století, což bylo užitečné pro plynárenský průmysl ve městě . Na počátku 50. let byl uveden do provozu první reaktor Koppers-Totzek , který umožňoval plynofikaci uhelného prachu vzduchem. Nebyly provedeny úvahy o použití vysokoteplotních jaderných reaktorů jako dodavatele procesního tepla pro zplyňování uhlí.

použití

Městský plyn se v 19. století používal hlavně pro pouliční osvětlení a pro vnitřní osvětlení velkých budov. Řada měst postavila plynárny na výrobu městského plynu z uhlí. Koks vyrobený odplyněním uhlí byl znovu použit v ocelářském průmyslu a také jako palivo. Až na počátku 20. století se městský plyn také používal k vytápění a vaření. Od 60. let 20. století byl postupně nahrazován zemním plynem . Kromě dřívější výroby městského plynu bylo nebo je významné zplyňování uhlí pro použití v elektrárnách, pro chemický průmysl (syntézní plyn) a pro průmysl železa a oceli.

Vodní plyn

O endotermické reakci :

${\ displaystyle \ mathrm {C \ + \ H_ {2} O \ \ longrightarrow \ CO \ + \ H_ {2}} \ qquad \ Delta H_ {R} = + 131 \ \ mathrm {kJ / mol} \,}$

Z uhlí, které bylo dříve zahříváno spalováním na vzduchu, a vodní páry, takzvaného vodního plynu, vzniká směs oxidu uhelnatého a vodíku . Je to rovnovážná reakce .

Tato reakce byla objevena od Felice Fontana v roce 1780 .

Výsledný plyn je také známý jako syntézní plyn nebo syntézní plyn, protože je vhodný pro syntézu různých chemických látek, jako je methanol .

Generátorový plyn (oxid uhelnatý)

Generátorový plyn se vyrábí nedokonalým spalováním koksu se vzduchem. Zde uhlí, které bylo dříve zahříváno spalováním na vzduchu, reaguje s oxidem uhličitým v rovnovážné reakci ( Boudouardova rovnováha ) za vzniku oxidu uhelnatého.

${\ displaystyle \ mathrm {C \ + \ O_ {2} \ \ longrightarrow \ CO_ {2}}}$

${\ displaystyle \ mathrm {C \ + \ CO_ {2} \ \ longrightarrow \ 2 \ CO}}$

Výsledky celkové reakce jsou následující:

${\ displaystyle \ mathrm {2 \ C \ + \ O_ {2} \ \ longrightarrow \ 2 \ CO}}$

Uhlohydrát

Uhlovodíky různých délek řetězce se vyrábějí během hydrogenace uhlohydrátů :

${\ displaystyle \ mathrm {m \ C \ + \ n \ H \ \ longrightarrow \ C_ {m} H_ {n}}}$

V závislosti na délce řetězce jsou reakční produkty plynné ( methan , etan , propan , butan ) nebo kapalné (vyšší alkany , které se používají například v benzinu a naftě ). V případě kapalných produktů se hovoří o zkapalňování uhlí .

Převody

Zde se plyny generují sekundárními reakcemi z produktů zplyňování uhlí.

Konverze na vodík:

${\ displaystyle \ mathrm {CO \ + \ H_ {2} O \ \ longrightarrow \ CO_ {2} \ + \ H_ {2}} \ qquad \ Delta H_ {R} = - 42,3 \ \ mathrm {kJ / mol} \,}$

Konverze na metan:

${\ displaystyle \ mathrm {CO \ +3 \ H_ {2} \ \ longrightarrow \ CH_ {4} \ + \ H_ {2} O} \ qquad \ Delta H_ {R} = - 206 \ \ mathrm {kJ / mol } \,}$

Proces zplyňování

Pro zplyňování uhlí byly vyvinuty různé zplyňovací procesy, které zohledňují různé požadavky vstupních materiálů (černé uhlí, lignit), zrnitost vstupních materiálů a požadované konečné produkty. Obecně se rozlišuje mezi pevným ložem, fluidním ložem a zplyňovači s unášeným průtokem. Tyto jsou:

• General Electric - stržený zplyňování tok (dříve Texaco )
• „Winklerovo zplyňování“ nebo „vysokoteplotní Winklerův proces“ (HTW) pro použití hnědého uhlí, rašeliny, dřeva a čistírenských kalů. Generátor Winkler byl vyvinut lékárnou Fritz Winkler u BASF z roku 1921 . Jedná se o zplynovač s fluidním ložem .
• metoda Koppers-Totzek nebo Krupp-Koppers-Totzek (~ 1952) (hořákového karburátor)
• proces PRENFLO od společnosti ThyssenKrupp Uhde GmbH (zplyňování s unášeným tokem)
• Zplyňování toku unášeného skořápkou
• průtokový karburátor unášený E-plyny od ConocoPhillips
• Sasol - Lurgi pevné lože tlakového zplyňování (vývoj od ~ 1925)
• „BGL“, tlakový zplynovač British Gas Lurgi (zplynovač ve struskové lázni), například B. Průmyslový park Black Pump
• GSP proces (na základě Georg Bilkenroth a Erich Rammlerovu ), který byl vyvinut v německém Fuel institutu v Freiberg av plynem Schwarze Pumpe kombinovat (stržený proud zplyňovač, vysokoteplotní hnědouhelný koks )
• alotermický parní proces (od roku 1980)

Viz také

• Zplyňování dřeva
• Vysoká pec
• Siemens-Martinova pec
• Boudouardova rovnováha
• Zkapalňování uhlí
• Augsburgské plynárny
• Dodávka plynu Lübeck
• Reakce posunu vodního plynu

literatura

• Werner Peters, Hans-Dieter Schilling: Zplyňování uhlí - základy a aplikace, chemie v naší době , 10. rok 1976, č. 1, str. 11-20, ISSN  0009-2851

webové odkazy

• Zplyňování uhlí v plynárnách Vídeň-Simmering

Individuální důkazy

1. ↑ Edmond Marcotte: Chimie Industrielle - La carbonization des lignites a basse temperature aux Mines de Laluque (Landes). La Genie Civil, Samedi 13 Mars 1926.