К процессам, протекающим между веществами в твердой и газовой фазах, относится газификация твердого топлива.

Газификация под давлением имеет громадное значение, но широкое промышленное применение нашла она только в послед­ние годы.

Внедрению этого процесса в значительной мере препятство­вали конструктивные трудности, связанные с вводом твердого сырья в зону высокого давления и выводом из нее шлака без на­рушения непрерывности процесса [174].

В настоящее время эти трудности в основном преодолены, промышленные установки работают под давлением 20—25 ат и ведутся исследования по газификации с применением более вы­соких давлений; за границей разрабатывается процесс под да­влением 50 ат, а в Энергетическом институте АН СССР — до 100 ат (175).

Газификация под высоким давлением даст бытовой газ для городов, а также газ для многих синтезов и газификации про­мышленных предприятий.

При газификации твердого топлива под нормальным давле­нием теплотворность газа обычно бывает не выше 3000 ккал/м3, в то же время содержание ядовитой окиси углерода превышает 30%. Повышение теплотворности газа до 4000 ккал/м3 может быть достигнуто карбюрацией его нефтяными маслами и смо­лами, являющимися ценным химическим сырьем и источником получения жидкого моторного топлива.

При высоком давлении в газогенераторе, помимо обычных реакций водяного газа, в результате которых образуются водород и окись углерода, протекают со значительной скоростью вторич­ные реакции образования метана:

С + 2Н2 —> СН4 + 18000 ккал

СО + 3Н2 —> СН4 + Н2О + 48700 ккал. 

Повышение давления благоприятствует метанообразованию, так как оно протекает с уменьшением объема газовой фазы. При реакциях образования метана выделяется большое количество тепла, поэтому повышение давления резко сокращает расход кислорода. При газификации под давлением 20 ат расход кисло­рода на 1 м3 газа уменьшается в 2—2,5 раза по сравнению с газификацией под нормальным давлением, а расход кислорода на теплосодержание газа уменьшается в 3—3,5 раза.

Кроме газа в процессе газификации получают жидкие про­дукты, количество и качество которых растет вместе с повыше­нием давления.

Преимуществом газификации под давлением является и то, что на 14—15 м3 кислорода, подаваемого в генератор, получается 100 м3 высококалорийного газа под высоким давлением, что зна­чительно уменьшает расходы на сжатие газа для транспортировки.

При передаче энергии в виде электрического тока утилизи­руются лишь около 15% потенциальной энергии угля, а при газификации под высоким давлением эта величина достигает 86% . Транспортировать нефть выгоднее по трубопроводам, чем по железной дороге; особенно же это относится к газу, получен­ному из угля, так как вместе с низкосортным топливом прихо­дится перевозить до 50% золы и влаги.

Сочетание газификации с крекингом или гидрированием дает возможность получать из жидких цродуктов моторное топливо. Громадна роль газификации и в энергетике, так как она дает возможность получить газ, пригодный для газовых турбин, что выгоднее сжигания угля в котлах электростанций.

Дальнейшее повышение давления газификации представляет определенный интерес, так как уже при давлении 100 ат для газификации не потребуется кислорода и, подавая в генератор только пар, будут получать почти чистый метан.

Схема газогенератора, работающего под высоким давлением, показана на рис. 6. Проектная мощность генератора около 3000 м3 газа в час теплотворной способностью около 4500 ккал/м3. Газ выпускается из генератора под давлением 20 ат. Сырьем служит смесь бурого угля с буроугольным коксом, имеющим размеры кусков 3—10 мм. Газификацию проводят на парокисло­родном дутье, при котором к перегретому до 510—540° пару до­бавляют около 10% кислорода 95%-ной чистоты [133].

Топливо в газогенератор 2 загружают через угольный шлюз 1, снабженный двумя затворами. Загрузку топлива в газо­генератор производят следующим образом. Нижний затвор колокольного типа закрывают, и газ, заполняющий шлюз под давлением 20 ат, стравливается по трубопроводу в газгольдер низкого давления. Затем открывают верхний затвор, и топливо из бункера поступает в шлюз.

Рис. 6. Схема газогенератора высокого давления. 

1 — загрузочная камера (угольный шлюз); 2—газогенератор; 3 —зольная камера (шлюз); 4 — паросборник; 5 — газоотводный патрубок; 6 — оросительный холодильник: 7—хо­лодильник циркуляционной воды; 8 — привод шлакоудалительного скребка; 9 — насос циркуляционной воды; 10 — скребок для очистки патрубка; 11—канал для гидротран­спорта золы; 12—водяная рубашка; 13 — огнеупорная обмуровка; 14— измерительная шайба. 

После заполнения шлюза верхний затвор закрывают; шлюз отключают от газовой сети низкого давления и заполняют газом высокого давления от линии, выхо­дящей из газогенератора. После подъема давления в угольном шлюзе открывают нижний затвор и топливо поступает в шахту газогенератора. Загрузку топлива производят через каждые 40 минут. Стальной корпус генератора защищен от воздействия высоких температур водяной рубашкой, имеющей температуру воды около 215°. На высокое давление рассчитана только наруж­ная стенка генератора, внутренняя стенка водяной рубашки из­готовлена из тонкой листовой стали, так как давление внутри рубашки поддерживается равным давлению внутри шахты гене­ратора вследствие соединения паросборника 4 с газоотводящим патрубком 5 с помощью трубопровода малого диаметра. Нижняя часть водяной рубашки не имеет обмуровки, во избежание при­липания шлака к стенкам шахты. Температура в нижней реак­ционной зоне поддерживается около 1050—1100° и лимитируется только точкой плавления золы. Высокая температура в этой зоне сокращает расход пара на процесс газификации, так как воз­растает процент разложения пара, что, в свою очередь, улучшает тепловой баланс газогенератора. Поэтому выбор топлива с вы­сокой температурой плавления золы имеет при газификации большое значение. Дутье в газогенератор подается через полый вал вращающегося скребка 5, очищающего колосниковую ре­шетку от шлака.

Из генератора шлак удаляется через зольный шлюз 3, ра­ботающий аналогично угольному шлюзу, при чем перед откры­тием нижнего затвора шлюзовая камера продувается паром или азотом. Газ на выходе из генератора имеет температуру около 300° и охлаждается в оросительном холодильнике 6, где отделяется часть смол, полученных в процессе газификации. Из холодильника сырой газ идет в конденсационную установку, а смола отделяется в верхнем слое воды в холодильнике и отводится в сборник по трубопроводу, обогреваемому па­ром.