Сучасний стан проблеми отримання і використання синтез-газу на основі реакції газифікації вуглецю. Частина 1. Аналіз процесу газифікації та його практичне застосування

Автор(и)

  • Євген Миколайович Панов Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна
  • Антон Янович Карвацький Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна
  • Сергій Володимирович Лелека Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна
  • Ігор Олегович Мікульонок Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна

DOI:

https://doi.org/10.20535/2617-9741.1.2020.207801

Ключові слова:

вуглець, паливо, газифікація, синтез-газ

Анотація

Проаналізовано доцільність, особливості й перспективи процесу газифікації твердого й рідкого палива з метою зниження витрати природного газу в енергетичній та інших енергоємних галузях промисловості, а також зниження шкідливого впливу на довкілля за рахунок застосування синтез-газу, одержуваного в результаті газифікації. Незважаючи на значний світовий досвід у галузі термічного перероблення палива на горючий газ, питання розроблення високоефективних технологій одержання і використання синтез-газу на основі реакції газифікації вуглецю залишається вкрай актуальним завданням.

Біографії авторів

Євген Миколайович Панов, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

доктор технічних наук, професор, декан інженерно-хімічного факультету Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Антон Янович Карвацький, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

доктор технічних наук, професор, професор кафедри хімічного, полімерного і силікатноо машинобудування Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Сергій Володимирович Лелека, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

кандидат технічних наук, науковий співробітник НДЦ «Ресурсозберігаючі технології» Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Ігор Олегович Мікульонок, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

доктор технічних наук, професор, професор кафедри хімічного, полімерного та силікатного машинобудування Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Посилання

Basu P. Biomass gasification and pyrolysis: practical design and theory. London, New York : Elsevier Inc., 2010. 365 p.

Higman C., Burgt van der M. Gasification. London, New York : Elsevier Inc., 2010. 435 p.

Карвацький А. Я. Техніко-економічне обґрунтування використання торф'яного синтез-газу в енергетиці // Вісник НТУУ "KПІ". Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження. 2013. №1(11). С. 73–77.

Littlewood K. Gasification: theory and application // Progress in Energy and Combustion Science. 1977. Vol. 3, No 1. P. 35-71. https://doi.org/10.1016/0360-1285(77)90008-9

Measurement and Prediction of Entrained-Flow Gasification Processes / B. W. Brown, L. D. Smoot, P. J. Smith, P. O. Hedman // AIChE Journal. 1988. Vol. 34, No 3. P. 435-446. https://doi.org/10.1002/aic.690340311

Modelling coal gasification with a hybrid neural network / B. Guo, Y. Shen, D. Li, F. Zhao // Fuel. 1997. Vol. 76 (12). P. 1159-1164. https://doi.org/10.1016/S0016-2361(97)00122-1

Garcia X. A., Alarcon N. A., Gordon A. L. Steam gasification of tars using a CaO catalyst source // Fuel Processing Technology. 1999. Vol. 58, No 2. P. 83-102.

Combustion and Gasification of Coal / A. Williams, M. Pourkashanian, J. M. Jones, N. Skorupska. New York : Taylor & Francis, 2000. 336 p.

Steam-gasification of biomass in a fluidized-bed of olivine particles / S. Rapagna, N. Jand, A. Kiennemann, P. U. Foscolo // Biomass and Bioenergy. 2000. Vol. 19, No 3. P. 187-197. https://doi.org/10.1016/S0961-9534(00)00031-3

Equilibrium modeling of gasification: a free energy minimization approach and its application to a circulating fluidized bed coal gasifier / X. T. Li, J. R. Grace, A. P. Watkinson et al. // Fuel. 2001. Vol. 80, No 2. P. 195-207. https://doi.org/10.1016/S0016-2361(00)00074-0

Govind R., Shah J. Modeling and Simulation of An Entrained Flow Coal Gasifier // AlChE Journal. 1984. Vol. 30, No 1. P. 79-92. https://doi.org/10.1002/aic.690300113

Lee I., Kim M. S., Ihm S. K. Gasification of glucose in supercritical water // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2002. Vol. 41. P. 1182-1188. DOI: 10.1021/ie010066i

Catalytic effects of NaOH and ZrO2 for partial oxidative gasification of n-hexadecane and lignin in supercritical water / M. Watanabe, H. Inomata, M. Osada et al. // Fuel. 2003. Vol. 82. P. 545-552. DOI: 10.1016/S0016-2361(02)00320-4

Biomass gasification kinetics: influence of pressure and char structure / E. Cetin, B. Moghtaderi, R. Gupta, T. F. Wall // Combustion Science and Technology. 2005. Vol. 177, No 4. P. 765-791. DOI: 10.1080/00102200590917266

Hou K., Hughes R. The kinetics of methane steam reforming over a Ni/a-Al2O catalyst // Chemical Engineering Journal, 2001. Vol. 82. P. 311-328. https://doi.org/10.1016/S1385-8947(00)00367-3

Klose W., Wolki M. On the intrinsic reaction rate of biomass char gasification with carbon dioxide and steam // Fuel. 2005. Vol. 84, No 7-8. P. 885-892. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2004.11.016

Minchener A. J. Coal gasification for advanced power generation // Fuel. 2005. Vol. 23, No 17. P. 2222-2235. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2005.08.035

Petersen L., Werther J. Experimental investigation and modeling of gasification of sewage sludge in the circulating fluidized bed // Chemical Engineering and Processing. 2005. Vol. 44, No 7. P. 717-736. DOI: 10.1016/j.cep.2004.09.001

Development of fragmentation models for solid fuel combustion and gasification as subroutines for inclusion in CFD codes / N. Syred, K. Kurniawan, T. Griffith et al. // Fuel. 2007. Vol. 86, No 14. P. 2221-2231. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2007.05.060

Char Oxidation At Elevated Pressures / C. R. Monson, G. J. Germane, A. U. Blackdam, L. D. Smoot // Combustion and Flame. 1995. Vol. 100. P. 669-683. https://doi.org/10.1016/0010-2180(94)00178-U

Hydrogen production by biomass gasification in supercritical water – a systematic experimental and analytical study / L. J. Guo, Y. J. Lu, X. M. Zhang et al. // Catalysis Today. 2007. Vol. 129, No 3-4. P. 275-286. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2008.07.082

Model for biomass char combustion in the riser of a dual fluidized bed gasification unit: Part 1 – Model development and sensitivity analysis / P. Kaushal, T. Proll, H. Hofbauer // Fuel Processing Technology. 2008. Vol. 89, No 7. P. 651-659. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2007.12.009

Bubbling fluidized bed gasification – performance, process findings and energy analysis / M. T. Lim, Z. Alimuddin // Renewable Energy. 2008. Vol. 33, No 10. P. 2339-2343. DOI: 10.1016/j.renene.2008.01.014

Olivine as a tar removal catalyst during fluidized bed gasification of plastic waste / M. L. Mastellone, U. Arena // AIChE Journal. 2008. Vol. 54, No 6. P. 1656-1667. DOI: 10.1002/aic.11497

Chemical looping gasification of biomass for hydrogen enriched gas production with in-process carbon-dioxide capture / B. Acharya, A. Dutta, P. Basu // Energy & Fuels. 2009. Vol. 23, No 10. P. 5077-5083. https://doi.org/10.1021/ef9003889

Blasi C. D. Combustion and gasification rates of lignocellulosic chars // Progress in Energy and Combustion Science. 2009. Vol. 35, No 2. P. 121-140. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2008.08.001

Xiang Jun Liu, Wu Rong Zhang, Tae Jun Park. Modelling coal gasification in an entrained flow gasifier, Combustion Theory and Modelling. 2001. Vol. 5:4. P. 595-608. http://dx.doi.org/10.1088/1364-7830/5/4/305

Numerical study on the coal gasification characteristic in an ettrained flow coal gasifier / Y. C. Choi , X. Y. Li, Y. J. Park et al. // Fuel. 2001. Vol. 80, No 15, P. 2193-2201 DOI: 10.1016/S0016-2361(01)00101-6.

Modelling coal gasification with CFD and discrete phase method / S.-P. Shi, S. E. Zitney, M. Shahnam et al. // Journal of the Energy Institute. 2006. Vol. 79, No 4, p. 217-221. DOI: 10.1179/174602206X148865

Watanabe H., Otaka M. Numerical simulation of coal gasification in entrained flow coal gasifier // Fuel. 2006. Vol. 85, P. 1935-1943. DOI:10.1016/j.fuel.2006.02.002

Three-Dimensional Simulation for an Entrained Flow Coal Slurry Gasifier / Yuxin Wu, Jiansheng Zhang, Philip J. Smith et al. // Energy Fuels 2010. Vol. 24. P. 1156-1163 : DOI:10.1021/ef901085b

Hui Liu, Robert J. Cattolica, Reinhard Seiser. Operating parameter effects on the solids circulation rate in the CFD simulation of a dual fluidized-bed gasification system // Chemical Engineering Science. 2017. Vol. 169, No 21. P. 235-245. https://doi.org/10.1016/j.ces.2016.11.040

Yawen Zhang, Fulin Lei, Yunhan Xiao1. Computational fluid dynamics simulation and parametric study of coal gasification in a circulating fluidized bed reactor // Asia-Pac. J. Chem. Eng. 2015. Vol. 10. No 2. P. 307-317. DOI: 10.1002/apj.1878

CFD simulation of dense particulate reaction system: Approaches, recent advance sand applications / Wenqi Zhong, Aibing Yu, Guanwen Zhou et al. // Chemical Engineering Science. 2016 Vol. 140. P. 16-43. http://dx.doi.org/10.1016/j.ces.2015.09.035

Three-dimensional Eulerian-Eulerian Simulation of Coal Combustion under Air Atmosphere in a Circulating Fluidized Bed Combustor / Ying Wu, Daoyin Liu, Jiliang Ma, Xiaoping Chen // Energy & Fuels. 2017. Vol. 31. No 8, P. 7952-7966. DOI: 10.1021/acs.energyfuels

2.5D CFD simulations of gas–solids flow in cylindrical CFB risers / Li Peng, Yingya Wu, Chengxiu Wang et al. // Powder Technology. 2016. Vol. 291. P. 229-243. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.12.018

Sharma V., Agarwal V. K. Numerical simulation of coal gasification in a circulating fluidized bed gasifier // Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2019. Vol. 36, No 3, P. 1289-1301. dx.doi.org/10.1590/0104-6632.20190363s20180423.

Simulation of Entrained Flow Coal Gasification / E. H. Chui, A. J. Majeski, D. Y. Lu et al. // Energy Procedia. 2009. Vol. 1. P. 503-509 http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2009.01.067

Roberts D. G., Harris D. J. Char Gasification with O2, CO2, and H2O: Effects of Pressure on Intrinsic Reaction Kinetics // Energy & Fuels. 2000. Vol. 14. P. 483-489. https://doi.org/10.1021/ef9901894

Nexterra Systems Corp. URL: http://www.nexterra.ca/files/corporate-profile.php (data of access: 05.04.2020).

Инновационная теплоэлектростанция города Лахти. URL: https://makron.com/ru/otzyvy/innovacionnaa-teploelektrostancia-goroda-lahti/ (дата доступу: 05.04.2020).

Gasification plant for plastic residue of Corenso Oy, Varkaus. URL: https://www.researchgate.net/figure/Gasification-plant-for-plastic-residue-of-Corenso-Oy-Varkaus_fig3_30482338 (data of access: 05.04.2020).

Värnamo Demonstration Plant, Sweden. URL: http://www.ducente.se/images/content/pdf/success_story_ vmo_bigcc_demo_plant.pdf (data of access: 05.04.2020).

Siemens Gasification Technology. URL: http://www.chemwinfo.com/private_folder/Uploadfile2014May/ Siemensgasificationtechnology.pdf (data of access: 05.04.2020).

Мікульонок І. О., Рябцев Г. Л. Основні методи і шляхи використання полімервмісних відходів // Наукові вісті НТУУ «КПІ». 2001. № 2. С. 135–147.

Мікульонок І. О. Основні методи використання гумовмісних відходів // Хімічна промисловість України. 2001. № 5. С. 53–58.

Mikulionok I. O. Pretreatment of Recycled Polymer Raw Material // Russian Journal of Applied Chemistry. 2011. Vol. 83, No 6. P. 1105−1113. DOI: 10.1134/S1070427211060371

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-06-17

Як цитувати

Панов, Є. М., Карвацький, А. Я., Лелека, С. В., & Мікульонок, І. О. (2020). Сучасний стан проблеми отримання і використання синтез-газу на основі реакції газифікації вуглецю. Частина 1. Аналіз процесу газифікації та його практичне застосування. Вісник НТУУ “КПІ імені Ігоря Сікорського”. Серія: Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження, (1), 5–16. https://doi.org/10.20535/2617-9741.1.2020.207801

Номер

№ 1 (2020)

Розділ

ХІМІЧНА ІНЖЕНЕРІЯ

Ліцензія

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).