Паровая бескислородная газификация в условиях полигенерации

Abstract

Актуальность исследования связана с перспективами глубокой переработки твердого топлива при нетрадиционном способе получения перегретого водяного пара в условиях тепловых электрических станций при осуществлении паровой бескислородной газификации. Это позволит создать на тепловых электрических станциях высокоэффективные энерготехнологические предприятия с производством не только тепловой и электрической энергии, но и разнообразных химических веществ, в частности водорода и продуктов синтеза Фишера-Тропша. Цель: обосновать возможность и перспективы осуществления процесса паровой бескислородной газификации в условиях получения пара на тепловых электрических станциях в сравнении с широко применяемым процессом парокислородной газификации; сравнить процесс парокислородной и паровой бескислородной газификации по стоимости химических веществ, получаемых из синтез-газа в процессе синтеза Фишера-Тропша. Объекты: процесс паровой бескислородной газификации твердых топлив в условиях полигенерации; способ получения перегретого водяного пара на тепловых электростанциях для осуществления процесса паровой бескислородной газификации. Методы: термодинамический анализ работы тепловых электрических станций с внутрицикловой газификацией; аналитический расчет процесса паровой бескислородной газификации и сравнение с процессом парокислородной газификации; упрощенный расчет стоимости продуктов синтеза Фишера-Тропша при сравнении паровой бескислородной и парокислородной газификации. Результаты. Представлена новая концепция полигенерации с использованием бескислородной паровой газификации в условиях получения пара на тепловых электрических станциях. Новая концепция полигенерации предполагает получение водяного пара с высокой температурой (до 1000 °C) и давлением (до 2-3 МПа) для осуществления паровой бескислородной газификации твердых топлив. Концепция основана на термодинамическом обосновании работы тепловых электрических станций с традиционным паросиловым циклом и перераспределении материальных потоков между паровым котлом и паровой турбиной. Упрощенная экономическая оценка была сделана для расчета цены синтез-газа, получаемого в процессе паровой бескислородной газификации. Показано, что производство синтез-газа путем паровой бескислородной газификации в новой концепции может быть на 15 % дешевле, чем при традиционной парокислородной технологии. Это может быть достигнуто при условии соотношения образующегося газа в процессе паровой бескислородной и парокислородной технологий более чем 3,5:1, соответственно.

The relevance of the research is associated with the prospects for solid fuel deep processing with an unconventional method of producing superheated water vapor at thermal power plants with oxygen-free steam gasification. This will make it possible to create highly efficient energy technology enterprises at thermal power plants with the production of not only thermal and electrical energy, but also a variety of chemicals, in particular hydrogen and Fischer-Tropsch synthesis products. The main aim of the research is to substantiate the possibility and prospects of the implementation of steam oxygen-free gasification at thermal power plants in comparison with the widely used process of steam-oxygen gasification; to compare the steam-oxygen and steam oxygen-free gasification in terms of the cost of chemicals obtained from synthesis gas in the Fischer-Tropsch process. Objects: oxygen-free steam gasification of solid fuels under polygeneration conditions; method of producing superheated water vapor at thermal power plants for oxygen-free steam gasification. Methods: thermodynamic analysis of the operation of thermal power plants with integrated gasification process; analytical calculation of the oxygen-free steam gasification and its comparison with the steam-oxygen gasification; simplified calculation of the cost of Fischer- Tropsch synthesis products in comparison with steam oxygen-free gasification and steam-oxygen gasification. Results. This paper presents a new concept of polygeneration using oxygen-free steam gasification under conditions of steam production at thermal power plants. The new polygeneration concept assumes the production of water vapor with high temperature (up to 1000 °C) and pressure (up to 2-3 MPa) with a high flow rate for the implementation of oxygen-free steam gasification of solid fuels. The concept is based on the thermodynamic justification of the operation of thermal power plants with a traditional steam-power cycle and the redistribution of material flows between a steam boiler and a steam turbine. A simplified economic assessment was made to calculate the price of syngas produced by steam oxygen-free gasification. It is shown that the production of synthesis gas by oxygen-free steam gasification in the new concept can be 15 % cheaper than with the traditional steam-oxygen technology. This can be achieved if the ratio of the generated gas in steam oxygen-free gasification and steam-oxygen technologies is more than 3,5:1 respectively.