В настоящее время коммунальные отходы используются в основном а) в мусоросжигательных заводах и б) в биогазовых установках. Согласно современному уровню технических знаний, более выгодным с экономической и экологической точки зрения решением является газификация отходов с целью получения синтетического газа, иначе называемого сингазом. Согласно статье, опубликованной в журнале «Energetyka», преобразование в синтез-газ позволяет использовать более чем в 3 раза больше доступной энергии из 1 кг отходов, чем при обычном процессе сжигания.

Такие установки не могут быть построены без устойчивых к высоким температурам и коррозии суперсплавов. Как сплав HR 160 справляется с поставленными перед ним задачами, какие более дешевые заменители можно использовать — об этом в данной статье.

Производство синтетического газа из биомассы и низкокачественного угля

Синтетический газ (синтез-газ) может использоваться в химической промышленности в качестве заменителя сырья, являющегося основой этой отрасли промышленности, и в то же время сырья, которое Польша должна импортировать, – природного газа. Технически возможно также сжигание синтетического газа с целью производства электроэнергии и тепла.

Установки газификации угля / биомассы позволяют преобразовывать твердые виды топлива в ценный синтетический газ.

Интересный факт — не только уголь!

Первоначально производство синтетического газа основывалось на газификации угля, а решения, основанные на угле, трудно назвать будущим энергетики. Однако в целях улучшения экономических показателей и воздействия на окружающую среду в более новых системах производства синтетического газа в различных пропорциях используются смеси низкокачественного угля с биомассой (коммунальными отходами, осадками сточных вод и т. д.).

Вызов для никелевых сплавов

Все технологии газификации угля/биомассы требуют использования теплообменника между газификатором и системой очистки газа. Горячий газ с температурой до 500-600 °C создает сильно коррозионную среду для металлического теплообменника как во время эксплуатации, так и во время простоя. Горячий газ представляет собой смесь следующих коррозионных газов:

• угарный газ CO (15-64%)
• углекислый газ CO2 (5-15%)
• водород H2 (10-30%)
• азот N2 (0-50%)
• Метан CH4 (2-4%)
• сероводород H2S (300-12000 vppm)
• аммиак NH3 (200-5000 вppm)
• хлористый водород HCl (50-1000 vppm)

Различные технологии производства синтетического газа и различные виды топлива (биомасса против угля) изменяют процентное соотношение вышеупомянутых газов в смеси, однако в целом никелевый сплав должен быть устойчив к воздействию всех этих газов одновременно.

Решение: HAYNES® HR-160®

HAYNES® HR-160® alloy — это сплав никеля, кобальта, хрома и кремния с превосходной стойкостью к сульфидации. Он отлично выдерживает коррозионную среду, возникающую в результате сжигания низкокачественных видов топлива, таких как сточные отходы, биомасса и низкокачественный уголь. Кроме того, сплав легко поддается формовке и сварке. Добавка кремния в сплав способствует образованию защитного слоя оксидов в коррозионных средах с низким содержанием кислорода, что подтверждается приведенными ниже результатами испытаний на устойчивость к сульфидации:

Ценность сплава HR-160 подтверждается отчетом «Materials for Gasifier Heat Exchangers» (Материалы для теплообменников газификаторов), опубликованным Центром технологий производства электроэнергии при Университете Крэнфилда в Великобритании. В отчете делается следующий вывод:

«Sanicro 28, HR 160 и Haynes 556 показали лучшие результаты. Все они хорошо проявили себя в среде газа с высоким и низким содержанием H2S при 450 °C, а также с низким содержанием H2S при 550 °C. При высокой температуре 550 °C и высоком содержании H2S результаты были неоднородными, но все же лучше, чем у других испытанных сплавов. В целом, наиболее устойчивым к высокотемпературной газовой коррозии HTGC оказался сплав HR 160…».

Другие ставки, которые стоит учитывать

Sanicro 28 — это сплав никеля, хрома, железа и молибдена с добавлением меди в качестве важного легирующего элемента. Согласно вышеупомянутому исследованию, он демонстрирует почти такие же хорошие результаты, как сплав HR 160, но при этом значительно дешевле.

Haynes 556 — это сплав железа, никеля, хрома и кобальта, который имеет схожие характеристики и более низкую цену.

Alloy 690 / 2.4642 — сплав никеля, хрома и железа с хорошей стойкостью к сульфидированию и азотированию, используемый в устаревших установках газификации угля.