Рассмотрим экзотермическую реакцию водорода с каменным (или бурым) углем с образованием метана. Стехиометрическое уравне­ние запишем в упрощенном виде:

При классической газификации угля с водяным паром протекает реакция (15) наряду с суммарной реакцией

при которой образуется водород; непосредственная гидрогенизация (15) все же является относительно медленной реакцией.

Разработка технических процессов непосредственной гидроге­низации угля началась с добавки водорода при проведении клас­сической газификации угля водяным паром. Закон дей­ствующих масс применительно к непосредственной гидрогенизации угля записывается так:

Теплота реакции составляет для угля [51] —87,6 кДж/моль, а для графита при стандартных условиях [7] она равна —73,7 кДж/моль. Соответственно, при повышении температуры равновесный выход метана уменьшается. Реакция (17) протекает с уменьшением объема, поэтому равновесный выход метана повы­шается при увеличении давления.

Данные об изобарно-изотермическом потенциале образования ∆Gp для ме­тана, этилена и этана в интервале 0—1600 К и при давлении 0,1, 1 и 10 МПа см. в лит. [7].

Равновесные составы, рассчитанные для гидрогенизации гра­фита в интервале 800—1300°С при давлении до 10 МПа, также см. в лит. [7]. При 800 °С и ≈ 10 МПа равновесный выход метана достигает 63%, при ≈ 100 МПа 87%, а при ≈ 1 МПа только 26%.

Если для повышения скорости реакции перейти к температуре 1000°С, то равновесные выходы метана будут более низкими, а именно: 8% при ≈ 1МПа, 37% при ≈ 10 МПа и 72% при ≈ 100 МПа.

При гидрогенизации угля образуется не только метан. При 350 °С и атмосферном давлении наряду с метаном образуется [52] ≈ 15% этана, 10% пропана, 8% этилена, 6% пропилена и 5% бу­тана. Однако выше 525 °С углеводороды С₂ составляют уже менее 1%. Как можно заключить из термодинамических данных [7], при 10 МПа и выше в области температур, представляющих интерес для промышленного осуществления процесса (700—1300°С), об­разуется практически только метан.