Под газификацией угля понимают превращение каменного или бурого угля с помощью газифицирующих агентов в смесь газов. При этом стремятся достигнуть наиболее полного превращения углерода исходного топлива.

Принципиально возможно газифицировать все угли, однако в этих процессах преимущественно используют молодые угли, от бурых до слабо спекающихся каменных. В качестве газифици­рующих агентов обычно применяют воздух, кислород, водяной пар, диоксид углерода и (особенно в последнее время) водород, а также смеси этих веществ. Полученные газы содержат оксид и диоксид углерода, водород, метан, водяной пар и в виде приме­си азот, который вносится с воздухом.

Серу, находящуюся в топливе в связанном состоянии и являю­щуюся нежелательной примесью, переводят в газообразные серо­водород и серооксид углерода; количество последнего незначи­тельно. В зависимости от способа газификации в газе могут на­ходиться также продукты полукоксования угля. Перечень гази­фицирующих агентов, состав образующихся газов, а также воз­можное применение полученных газовых смесей приведены на рис. 53 [1].

Среди процессов газификации различают автотермические, при которых тепло, необходимое для эндотермического процесса газификации, получают путем сжигания части введенного топли­ва кислородсодержащими газифицирующими агентами, и аллотермические, когда требуемое тепло подводится извне, с помощью твердого или газообразного теплоносителя.

Автотермические процессы в зависимости от направления реакционных по­токов подразделяют на противоточные и прямоточные. Важное преимущество противоточных процессов — более благоприятные условия использования тепла; недостаток их заключается в смешении газа, образующегося при газификации, с газом термического разложения, содержащим сравнительно большое количе­ство метана и высших углеводородов.

Рис. 53. Способы газификации  угли  и  направления использования получаемых газов.

Аллотермические процессы можно различать по способу подвода тепла; 1) с твердым или газообразным теплоносителем; 2) Передача тепла через стенку реакционного аппарата или, согласно новым предложениям, посредством погруж­ного нагрева, при котором теплообмен осуществляется в реакционном простран­стве. Однако второй способ теплопередачи очень сложно осуществить.

Оба варианта процессов наряду с достоинствами имеют и не­достатки, поэтому пытались с помощью третьей группы процес­сов — многоступенчатых — уменьшить эти недостатки и не утра­тить соответствующих преимуществ. Многоступенчатые процессы, разработка которых была начата раньше всего в США в 50-х гг, были предназначены в основном для получения газа, способного заменить природный газ, — производство газа SNG *. В связи с этим стремились получать первичный сырой газ, имеющий воз­можно больше метана и не загрязненный нежелательными про­дуктами полукоксования угля — маслом, смолой, фенолами. Для производства синтез-газа, используемого для получения аммиака и метанола, в оксосинтезе или в синтезе Фишера — Тропша, напро­тив, необходимо точно поддерживать отношения СО : Н₂ и Н₂ : N₂ в первичном газе. Все эти требования обусловливают управление ходом реакций при газификации. Это достигается не только подбо­ром давления и температуры; решающее значение имеет состав газифицирующего агента: он должен состоять в основном из кис­лорода и перегретого водяного пара, возможно присутствие СО₂.

Если получаемый газ направляют на синтез аммиака, такой газ в идеальном случае должен содержать 75% (об.) Н₂ и 25% (об.) N₂; выгодно применять для газификации угля воздух, обо­гащенный кислородом. При этом предполагается, что газифика­ция топлива проводится непрерывно.

Опыт применения периодической газификации, которая полу­чила развитие еще в период II мировой войны, с так называемы­ми периодами воздушного и парового дутья при дальнейшем рас­смотрении не учитывается. При периодической газификации загру­женное топливо при периодической подаче воздуха (воздушное дутье) нагревали ниже температуры плавления золы, чтобы в ре­зультате тоже периодического пропускания водяного пара (паровое дутье) получить требуемый синтез-газ. За счет эндотермиче­ского взаимодействия водяного пара с углеродом слой топлива снова охлаждается. Продолжительность воздушного и парового дутья изменяли в зависимости от реакционной способности топлива [2].

---------------

* SNG — synthetic (substitute) natural gas.