Sugestões para a melhoria do nível da tecnologia de gaseificação de carvão

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Sugestões para a melhoria do nível tecnológico na gaseificação de carvão Autor/Fonte: Wang Shoujian, engenheiro-chefe da China National Chemical Engineering Corporation Data: 03/08/2016 Número de visualizações: 17 Embora as tecnologias de gaseificação de carvão em pó, de slurry de carvão e de carvão fragmentado sob pressão tenham sido desenvolvidas, testadas e aprimoradas ao longo de aproximadamente 15 anos, 30 anos e 40 anos, respectivamente, e que seu nível tecnológico já seja bastante alto, a gaseificação de carvão continua sendo o processo que exige maior investimento e maior consumo de energia nos projetos de processamento de carvão. Além disso, são muitos os problemas que surgem nesse processo. Devido às características próprias da tecnologia de gaseificação e aos problemas que surgem durante sua operação, ainda há grande espaço para melhorias nessa tecnologia. É necessário elevar ainda mais o nível de produção nacional e reduzir os investimentos necessários para a instalação de equipamentos. Em comparação com as tecnologias de gaseificação desenvolvidas pela Shell, GSP, GE e Corning, que foram adotadas, as tecnologias de gaseificação desenvolvidas no país exigem investimentos muito maiores. As principais razões para isso são: primeiro, os custos relacionados aos softwares (taxas de patentes + taxas de PDP + custos de serviços técnicos); segundo, a necessidade de adquirir equipamentos patenteados ou equipamentos essenciais; terceiro, o fato de que alguns processos e sistemas de controle serem excessivamente complexos ou inadequados, o que também contribui para os altos custos de investimento. Portanto, ao adotar tecnologias estrangeiras de gaseificação, devemos reduzir ainda mais a compra de equipamentos patenteados ou equipamentos essenciais (ou seja, equipamentos fabricados por determinados fabricantes), além de otimizar os processos e o controle, a fim de diminuir os investimentos. Aumentar a pressão de gaseificação e aumentar a quantidade de carvão utilizado por forno. Entre os vários processos de gaseificação existentes, apenas o processo de gaseificação com slurry de carvão e água eleva a pressão de gaseificação para 6,5–8,7 MPa. Nos demais processos, a pressão fica entre 1,0–4,0 MPa. Isso não só faz com que os equipamentos sejam maiores e os custos de investimento aumentem, mas também é uma das principais causas do alto consumo energético nos projetos de química do carvão. Portanto, ainda há espaço para aumentar a pressão de gaseificação. Por exemplo, a empresa Lurgi já elevou a pressão de gaseificação no processo MK+ a 6,0 MPa (ainda sem industrialização em larga escala). A pequena capacidade de gaseificação por forno também é uma das principais razões para o alto investimento e o grande espaço necessário nos projetos de indústria química a base de carvão. Atualmente, além do processo de gaseificação de carvão em pó da Shell e do processo de gaseificação de slurry de carvão com múltiplos bocais, onde a quantidade máxima de carvão que pode ser processada por forno é de 3000 t/d, os demais processos de gaseificação permitem apenas uma quantidade máxima de carvão entre 1000 e 2200 t/d. Alguns processos podem chegar a 3000 t/d, mas ainda não foram implementados na prática industrial. Reduzir os investimentos e aumentar a eficiência energética: aos olhos dos projetos de química do carvão que já estão em operação ou em construção, parece que a gaseificação do carvão entrou em um ciclo vicioso – ou os investimentos necessários para esses equipamentos são altos e a eficiência energética também é alta, ou então os investimentos são baixos e a eficiência energética é baixa. Por exemplo, a unidade de gaseificação da SHELL possui um resfriador de gás sintético, capaz de produzir vapor a pressão média de 5,2 MPa. Isso permite obter uma energia potencial mais alta, mas o investimento necessário também é maior ； Por exemplo, os processos de gaseificação como GSP, fornos espaciais e Colin têm um custo de investimento menor do que o processo de gaseificação da Shell. No entanto, as paredes de resfriamento produzem vapor saturado a baixa pressão, o que resulta em uma energia disponível limitada, dificultando seu uso. O gás gerado nos fornos de gaseificação, com temperatura de 1350°C, é resfriado imediatamente, fazendo com que o gás contenha grande quantidade de umidade. Isso é adequado para projetos de química do carvão que exigem transformação profunda do carbono (como na produção de amônia), mas não para projetos que não necessitam dessa transformação profunda (como na produção de gás ou óleo a partir do carvão). A excessiva umidade no gás não só reduz a energia disponível, causando perdas energéticas, como também exige a utilização de trocadores de calor e separadores para recuperar energia. Isso acaba prolongando o processo, aumentando a resistência e, consequentemente, o custo de investimento ； A gasificação do coque de carvão em suspensão aquosa geralmente segue um processo de resfriamento rápido; também existe esse problema ； A gaseificação sob pressão de carvão moído e a conversão de CO também geram grandes quantidades de vapor saturado de baixa pressão, o que torna seu uso bastante difícil. Portanto, a escolha do processo de gaseificação do carvão deve ser feita levando em consideração o projeto químico do carvão como um todo. Isso permite reduzir os investimentos e, ao mesmo tempo, aumentar a eficiência energética, tornando assim o projeto como um todo mais racional e eficaz. Reduzir o consumo de energia e água: os projetos de processamento de carvão são projetos que consomem muita energia e água. Portanto, é essencial reduzir ainda mais esse consumo. Há também espaço para pesquisas visando melhorar o processo de gaseificação do carvão. Por exemplo, no processo de gaseificação da Shell, é utilizado ar de ciclo comprimido para resfriar o gás sintético até cerca de 900°C. Isso também acarreta perda de energia. Será que é possível utilizar outros meios ou métodos para alcançar o mesmo efeito de resfriamento e remoção de poeira? Empresas de engenharia no país já estão tentando encontrar soluções para isso ； O processo de gaseificação da Shell utiliza remoção seca de poeira, o que exige uma grande quantidade de gás de purga, aumentando assim o consumo. Isso também pode ser objeto de melhorias. Atualmente, nos grandes projetos de química do carvão, considera-se a combinação de vários tipos diferentes de processos de gaseificação do carvão, a fim de lidar com o problema da proporção entre carvão em pó e carvão triturado. Pode-se explorar o uso de métodos de acoplamento, para tratar de forma integrada os diferentes problemas associados aos diversos processos de gaseificação do carvão. Por exemplo, nos grandes projetos de produção de gás natural a partir de carvão, utiliza-se, na maioria dos casos, uma combinação de processos de gasificação sob pressão com carvão picado e gasificação em leito fluidizado (gasificação com slurry de carvão ou gasificação com pó de carvão). Ao se utilizar essa combinação de processos, é possível reaproveitar as grandes quantidades de águas residuais geradas pela gasificação sob pressão com carvão picado na produção do slurry de carvão. Dessa forma, não só se economiza água, mas também se reduzem os investimentos e custos relacionados ao tratamento de águas residuais, além de diminuir a poluição ambiental. Otimizar o sistema de tratamento das águas residuais para reduzir a quantidade de poeira liberada. Atualmente, alguns equipamentos de gaseificação apresentam um alto teor de poeira no gás produzido, o que causa obstruções nos trocadores de calor dos dispositivos de conversão do CO e inativação do catalisador localizado na parte superior do primeiro forno de conversão. Além disso, há também um grande volume de efluentes líquidos e um alto volume de água residual a ser reciclada. Portanto, é necessário estudar mais a fundo as possibilidades de otimização dos processos de lavagem do gás e do ciclo de reciclagem das águas residuais.