Войти
Угольный газ - легковоспламеняющееся газообразное топливо, изготовленное из угля и поставляемое пользователю через трубопроводную систему распределения. Он образуется при сильном нагревании угля в отсутствие воздуха. Городской газ - это более общий термин, относящийся к промышленному газообразному топливу, производимому для продажи потребителям и муниципалитетам.
Угольный газ содержит смесь теплотворных газов, включая водород, оксид углерода, метан, этилен. и летучие углеводороды вместе с небольшими количествами некалорийных газов, таких как диоксид углерода и азот.
. До разработки поставок и транспортировки природного газа - в течение 1940-х и 1950-х годов в Соединенных Штатах и в конце 1960-х и 1970-х годах в Соединенном Королевстве и Австралии практически весь газ для топлива и освещения производился из угля. Городской газ подавался в домохозяйства через муниципальные трубопроводные системы распределения.
Первоначально созданный как побочный продукт процесса коксования, его использование развивалось в течение 19 и начала 20 веков после промышленной революции и урбанизации. Побочные продукты производственного процесса включали каменноугольные смолы и аммиак, которые были важным химическим сырьем для красителей и химической промышленности с широким спектром искусственных красителей, из каменноугольного газа и каменноугольной смолы. Объекты, на которых добывался газ, часто назывались заводом по производству газа (MGP) или газовым заводом.
. Открытие больших запасов природного газа в Северном море у побережья Англии в 1965 году привело к дорогостоящей конверсии или замена большинства газовых плит и газовых обогревателей в Великобритании, за исключением Северной Ирландии, с конца 1960-х годов.
Производственный процесс, как физически, так и химически, отличается от процесса, используемого для создания ряда газообразных топлив, известных под разными названиями: промышленный газ, синтез-газ, hygas, Dowson gas и генераторный газ. Эти газы получают путем частичного сжигания самых разнообразных исходных материалов в некоторой смеси воздуха, кислорода или пара для восстановления последнего до водорода и диоксида углерода, хотя также может иметь место некоторая деструктивная перегонка.
Gas Works Park, Сиэтл, большая часть оборудования добыча угольного газа. Это единственная сохранившаяся такая установка в Соединенных Штатах. Промышленный газ можно производить двумя способами: карбонизацией или газификацией. Карбонизация относится к удалению летучих веществ из органического сырья с получением газа и полукокса. Газификация - это процесс воздействия на сырье химических реакций, в результате которых образуется газ.
Первым использованным процессом была карбонизация и частичный пиролиз угля. Отходящие газы, выделяющиеся при высокотемпературной карбонизации (коксование ) угля в коксовых печах, собирались, очищались и использовались в качестве топлива. В зависимости от цели установки желаемым продуктом был либо высококачественный кокс для металлургического использования, где газ был побочным продуктом, либо производство высококачественного газа, при этом кокс является побочным продуктом. Коксовые заводы обычно связаны с металлургическими предприятиями, такими как плавильные заводы или доменные печи, тогда как газовые заводы обычно обслуживают городские районы.
Завод, используемый для производства угольного газа, карбюраторного водяного газа (CWG) и нефтяного газа, сегодня обычно называют заводом по производству газа (MGP).
В первые годы эксплуатации MGP целью завода по коммунальному газу было производство максимального количества осветительного газа. Освещающая способность газа была связана с количеством растворенных в нем сажи -образующих углеводородов («источников света»). Эти углеводороды придали пламени газа характерный ярко-желтый цвет. Газовые заводы обычно используют нефтесодержащие битуминозные угли в качестве сырья. Эти угли выделяли бы большие количества летучих углеводородов в угольный газ, но оставляли бы рассыпчатый низкокачественный кокс, непригодный для металлургических процессов. Угольный или коксовый газ обычно имел теплотворную способность от 10 до 20 мегаджоулей на кубический метр (270 и 540 БТЕ / куб фут); при типичных значениях около 20 МДж / м (540 БТЕ / куб. фут).
Появление электрического освещения заставило коммунальные предприятия искать другие рынки сбыта промышленного газа. MGP, которые когда-то производили газ почти исключительно для освещения, переключили свои усилия на подачу газа в первую очередь для отопления и приготовления пищи и даже охлаждения и охлаждения.
Иллюстрация типичных полициклических ароматических углеводородов. Источник: NASA Топливный газ для промышленного использования был изготовлен по технологии генераторного газа. Генераторный газ получают путем продувки воздухом через раскаленный топливный слой (обычно кокс или уголь ) в газогенераторе. Реакция топлива с недостаточным количеством воздуха для полного сгорания дает окись углерода (CO); эта реакция экзотермическая и самоподдерживающаяся. Было обнаружено, что добавление пара к входящему воздуху газогенератора повысит теплотворную способность топливного газа за счет его обогащения CO и водородом (H2), полученным в результате реакций водяного газа. Промышленный газ имеет очень низкую теплотворную способность от 3,7 до 5,6 МДж / м (от 99 до 150 БТЕ / куб. Фут); поскольку теплотворные газы CO / H 2 разбавлены более инертным азотом (из воздуха) и диоксидом углерода (CO 2) ( от сжигания)
Проблема разбавления азота была решена с помощью процесса голубого водяного газа (BWG), разработанного в 1850-х годах сэром Уильямом Сименсом. Раскаленный топливный слой мог бы быть альтернативным продувается воздухом, а затем паром. Реакции воздуха во время цикла продувки являются экзотермическими, нагревая слой, в то время как реакции пара во время цикла приготовления являются эндотермическими и охлаждают слой. Продукты из воздушного цикла содержат некалорийный азот и истощаются из стека, в то время как продукты сте am цикл сохраняется как голубой водяной газ. Этот газ почти полностью состоит из CO и H 2 и горит бледно-голубым пламенем, аналогичным природному газу. BWG имеет теплотворную способность 11 МДж / м (300 БТЕ / куб. Фут).
В голубом газе не было источников света; он не будет гореть светящимся пламенем в простой газовой струе «рыбий хвост», которая существовала до изобретения мантии Вельсбаха в 1890-х годах. В 1860-х годах предпринимались различные попытки обогатить BWG осветительными приборами из газойля. Газойль (ранняя форма бензина) представлял собой горючие отходы переработки керосина, полученные из самых легких и наиболее летучих фракций (верхних слоев) сырой нефти. В 1875 г. Таддеус С.С. Лоу изобрел карбюраторный процесс с водяным газом. Этот процесс произвел революцию в газовой промышленности и был стандартной технологией до конца эпохи промышленного газа. Генераторная установка CWG состояла из трех элементов; генератор (генератор), карбюратор и пароперегреватель, соединенные последовательно с газовыми трубами и клапанами.
Во время запуска пар будет проходить через генератор для получения голубого водяного газа. Из генератора горячий водяной газ будет проходить в верхнюю часть карбюратора, где легкие нефтяные масла будут впрыскиваться в поток газа. Легкие масла будут подвергаться термическому растрескиванию при контакте с раскаленными добела насыпками огнеупорными кирпичами внутри карбюратора. Затем горячий обогащенный газ будет течь в пароперегреватель, где газ будет подвергаться дальнейшему крекингу с помощью большего количества горячих огнеупорных кирпичей.
Мантии в их неиспользованной плоскоупакованной форме После Второй мировой войны медленное восстановление британской угледобывающей промышленности привело к нехватке угля и высоким ценам.
| Год | Производство, млн тонн | Себестоимость, фунтов стерлингов / тонну |
|---|---|---|
| 1947 | 197 | 2,00 |
| 1950 | 216 | 2,40 |
| 1953 | 223 | 3,05 |
| 1956 | 222 | 3,85 |
| 1959 | 206 | 4,15 |
| 1961 | 191 | 4,55 |
| 1965 | 187 | 4,60 |
| 1967 | 172 | 4,95 |
На этом графике показано снижение потребления угля как сырья для производства городского газа с использованием карбонизации.
Производство городского газа на основе угля, млн. Термов
Новые технологии для производства угольный газ с использованием нефти, отходящих газов нефтепереработки и легких дистиллятов. Процессы включали процесс Лурги, каталитический риформинг, процесс каталитического риформинга богатого газа, паровой риформинг богатого газа и систему рециркуляции газа гидрогенизатор процесс. В процессе каталитического обогащения газа в качестве сырья для производства городского газа использовался природный газ. В этих установках использовались процессы химической реакции, описанные выше.
Рост добычи нефти как сырья для производства городского газа показан на графике ниже. Пик потребления в 1968/9 г. и последующее снижение совпадают с доступностью газа Северного моря, который в следующие несколько лет вытеснил городской газ в качестве основного топлива и привел к сокращению использования нефти как сырья для производства газа, как показано.
Добыча городского газа на нефтяной основе, млн. Термов
Послевоенная программа жилищного строительства поставила газ в невыгодное положение. В то время как электричество давно разработало национальную распределительную сеть, которая позволяла поставлять электроэнергию даже в небольшие новые жилые дома, газ по-прежнему распределялся только на месте. Многие новые жилые комплексы были вне досягаемости газопровода, и строгие правила Казначейства о рентабельности инвестиций сделали продление газопровода нерентабельным. Электроэнергия проникла на рынок домашнего отопления с помощью полов с подогревом и обогревателей ночного хранения с использованием дешевых непиковых источников электроэнергии.
К 1960-м годам промышленный газ по сравнению со своим основным конкурентом на энергетическом рынке, электричеством, считался «отвратительным, вонючим, грязным и опасным» (если цитировать рыночные исследования того времени) и казался обреченным на проигрыш. доля рынка еще больше, за исключением приготовления пищи, где ее управляемость дала ей заметные преимущества перед электричеством и твердым топливом. Разработка более эффективных газовых каминов помогла газу противостоять конкуренции на рынке отопления помещений. Одновременно с этим новый рынок для всего дома центрального отопления горячей водой осваивался нефтяной промышленностью, и газовая промышленность последовала его примеру. Газовое отопление с тёплым воздухом заняло рыночную нишу в новом жилом доме местных властей, где низкие затраты на установку давали ему преимущество. Эти изменения, переориентация управленческого мышления с коммерческого управления (продажа продукции отрасли) на маркетинг менеджмент (удовлетворение потребностей и желаний клиентов) и отмена раннего моратория предотвращение национализированных отраслей от использования телевизионной рекламы спасло газовую промышленность на достаточно долгое время, чтобы обеспечить жизнеспособный рынок для того, что должно было произойти.
В 1959 году Газовый совет в Великобритании продемонстрировал, что сжиженный природный газ (СПГ) может транспортироваться безопасно и эффективно. и экономично на дальние расстояния по морю. Methane Pioneer отправил партию СПГ из Лейк-Чарльза, штат Луизиана, США, на новый терминал СПГ на Канви-Айленде в устье Темзы в Эссексе, Англия. Магистральный трубопровод высокого давления протяженностью 212 миль (341 км) был построен от острова Канви до Брэдфорда. Трубопровод и его ответвления снабжали Area Gas Board природным газом для использования в процессах реформинга для производства городского газа. В 1964 году на Канви был введен в эксплуатацию крупный завод по приему СПГ, на который СПГ поступал из Алжира двумя специальными танкерами по 12000 тонн каждый.
Медленный упадок города О газовой промышленности Великобритании свидетельствует открытие природного газа на буровой Sea Gem 17 сентября 1965 года, примерно в сорока милях от Гримсби, на высоте более 8000 футов (2400 м). ниже морского дна. Впоследствии было обнаружено, что в Северном море есть много значительных газовых месторождений по обе стороны от срединной линии, определяющей, какие страны должны иметь права на запасы.
В рамках пилотной схемы клиенты на Канви-Айленде были переведены с городского газа на природный газ, поставляемый с завода СПГ на Канви.
Топливная политика Белая книга 1967 ( Cmd. 3438) указал отраслью в направлении быстрого наращивания использования природного газа, чтобы «страна могла как можно скорее извлечь выгоду из преимуществ этого нового местного источника энергии». В результате произошла «спешка» на использование газа для выработки электроэнергии при пиковых нагрузках и для низкосортного использования в промышленности. Воздействие на угольную промышленность было очень значительным; Уголь не только потерял свой рынок для производства городского газа, но и был вытеснен с большей части оптового рынка энергии.
Рост доступности природного газа показан на графике ниже. До 1968 года это было за счет поставок СПГ из Алжира, до тех пор, пока газ из Северного моря не стал доступен с 1968 года.
Доступный природный газ, миллионы термов
Эксплуатация запасов газа Северного моря, влекущая за собой высадку на берег газ в Easington, Bacton и St Fergus сделал жизнеспособным строительство национальной распределительной сети протяженностью более 3000 миль (4800 км), состоящей из двух параллельных и соединенные трубопроводы, проложенные по всей стране, стали национальной системой передачи. Все газовое оборудование в Великобритании (но не в Северной Ирландии) было преобразовано (путем установки форсунок горелок разного размера для получения правильной газо-воздушной смеси) с сжигания городского газа на сжигание природного газа (в основном метана ) в период с 1967 по 1977 год на сумму около 100 миллионов фунтов стерлингов, включая списание избыточных городских газовых заводов. Переоборудовано все газоиспользующее оборудование почти тринадцати миллионов бытовых, четырехсот тысяч коммерческих и шестидесяти тысяч промышленных потребителей. В ходе учений было обнаружено много опасных устройств, которые были выведены из эксплуатации. Городская газовая промышленность Великобритании умерла в 1987 году, когда прекратились операции на последних городских газовых заводах в Северной Ирландии (Белфаст, Портадаун и Каррикфергус; газовый завод Каррикфергус теперь является восстановленным музеем газового завода). Территория Портадауна была расчищена и теперь является предметом долгосрочного эксперимента по использованию бактерий для очистки загрязненных промышленных земель. Природный газ не требует небольшой обработки перед использованием, он не токсичен; угарный газ (CO) в городском газе сделал его чрезвычайно ядовитым, случайное отравление и самоубийство газом были обычным явлением. Отравление от приборов, работающих на природном газе, происходит только из-за неполного сгорания, в результате которого образуется CO, и утечки из дымохода в жилые помещения. Как и в случае с городским газом, в газ добавляется небольшое количество вещества с неприятным запахом (меркаптан ), чтобы указать пользователю, что есть утечка или не зажженная горелка, газ не имеет собственного запаха.
Организация британской газовой промышленности адаптировалась к этим изменениям, во-первых, в соответствии с Законом о газе 1965 года, уполномочив Газовый совет приобретать и поставлять газ для двенадцати территориальных советов. Затем в соответствии с Законом о газе 1972 года Британская газовая корпорация была образована как единое коммерческое предприятие, охватывающее все двенадцать областей газовых советов, что позволило им приобретать, распределять и продавать газ и газовые приборы промышленным коммерческим и бытовым потребителям по всему миру. Великобритания. В 1986 году British Gas была приватизирована и расчленена, и правительство больше не имеет прямого контроля над ней.
В эпоху газа Северного моря были заменены многие оригинальные чугунные газовые трубы, установленные в городах для городского газа. by пластик.
Как сообщалось в обзоре DTI Energy «Наша энергетическая задача», январь 2006 г., газовые ресурсы Северного моря истощались быстрее, чем предполагалось, и поставки газа для Великобритании ищутся из удаленных источников, Стратегия стала возможной благодаря развитию технологий прокладки трубопроводов, которые позволяют транспортировать газ по суше и под водой через континенты. Природный газ стал мировым товаром. Такие источники поставок подвержены всем рискам любого импорта. В Великобритании по-прежнему имеются значительные запасы угля, и этот факт наводит на мысль, что когда-нибудь в будущем угольный газ может снова использоваться в качестве надежного местного источника энергии.
Монти Пайтон пародировал переход с угля на газ Северного моря и прыжки через обручи, с которыми некоторые столкнулись, в их «Наброске новой плиты» как части начавшегося эпизода его вторая серия в 1970 году.
Он использовался для нескольких исторических подъемов на воздушном шаре в 19 веке. См. Аэронавты (фильм).
Во многих отношениях Германия стала лидером в исследованиях угольного газа и химии углерода. Благодаря трудам Августа Вильгельма фон Гофмана возникла вся немецкая химическая промышленность. Используя отходы угольного газа в качестве сырья, исследователи разработали новые процессы и синтезировали природные органические соединения, такие как витамин C и аспирин.
. Немецкая экономика во время Второй мировой войны полагалась на угольный газ из-за нехватки нефти. вынудили нацистскую Германию разработать синтез Фишера-Тропша для производства синтетического топлива для самолетов и танков.
Процесс на побережье Тихого океана имеет значительные проблемы с чернотой лампы. При сгорании может образоваться от 20 до 30 фунтов / 1000 футов (от 300 до 500 г / м) маслянистой сажи. Серьезные проблемы загрязнения привели к принятию на раннем этапе экологического законодательства на государственном уровне.
Коксовая печь на завод по производству бездымного топлива, Южный Уэльс 
Руины немецкого завода по производству синтетического бензина (Hydrierwerke Pölitz - Aktiengeselschaft) в полиции, Польша В британском употреблении, угольный газ конкретно означает газ, полученный деструктивной перегонкой угля. Он был более известен как городской газ . Угольный газ не применяется к другим газам, полученным из угля, таким как водяной газ, генераторный газ и синтез-газ. Использование в США может отличаться.
Угольный газ был введен в Великобритании в 1790-х годах как осветительный газ шотландским изобретателем Уильямом Мердоком и стал очень широко использоваться для освещения, приготовления пищи, отопления и питание газовых двигателей.
Уголь нагревали в реторте , и сырой газ пропускали через конденсатор для удаления смолы и скруббер для удаления других примесей. Остаток, оставшийся в реторте, представлял собой кокс.
Состав угольного газа варьировался в зависимости от типа угля и температуры карбонизации. Типичными значениями были:
В простой горелке только этилен давал светящийся пламя, но светоотдача может быть значительно увеличена за счет использования газовой оболочки.
Побочные продукты производства угольного газа включают кокс, уголь смола, сера и аммиак, и все они были полезными продуктами. Красители, лекарства, такие как сульфамидные препараты, сахарин и десятки органических соединений, производятся из каменноугольной смолы.
Кокс используется в качестве бездымного топлива и для производства водяного газа и генераторного газа.
Каменноугольная смола подвергалась фракционной перегонке для извлечения различных продуктов, включая
Используется при производстве серной кислоты
Используется при производстве удобрений
Угольный газ изначально производился независимыми компаниями, но в Соединенном Королевстве многие из них позже стали муниципальными службами. В 1948 году насчитывалось 1062 газовых предприятия. И частные компании, около двух третей от общего числа, и муниципальные газовые предприятия, около одной трети, были национализированы в соответствии с Законом о газе 1948 года. Дальнейшая реструктуризация проводилась в соответствии с Законом о газе 1972 года. Для получения дополнительной информации см. British Gas plc..
Помимо предприятий по производству коксовых печей в сталелитейной промышленности, угольный газ больше не производится в Великобритании. Сначала он был заменен газом, полученным из нефти, а затем природным газом из Северного моря.
