Газификацию угля водяным паром давно ис­пользуют для полного превращения угля в газ, который можно применять для разнообразных целей. Основой является реакция образования водяного газа (взаимодействие углерода с водяным паром с образованием водорода и оксида углерода) при расходе большего количества тепла. Соответствующие процессы разраба­тывались на основе различных технологических подходов и были осуществлены в промышленности [1—4].

Кроме того, уже около 10 лет разрабатываются (прежде всего в США) процессы гидрогазификации, когда уголь по экзотермиче­ской реакции с водородом превращают в метан [2, 5]. Планируется, что этот метан, как и синтетический газ (SNG), заменит природ­ный газ.

Во всех упомянутых процессах уголь используется как сырье для получения и газа и необходимого тепла. В случае газификации водяным паром требуется, например, много энергии для компен­сации эндотермического эффекта, для получения и нагревания во­дяного пара, для производства электрического тока и для других целей; необходимо также сооружение кислородной установки. При осуществлении гидрогазификации нужно затрачивать тепло преж­де всего для получения необходимого водорода и для нагревания реагирующих веществ.

Уголь является ценным и во многих странах дорогим сырьем, поэтому имеет смысл  разрабатывать процесс, в котором уголь используют только как исходное сырье для производства газа, а тепло, необходимое для газификации и получения газифицирую­щего агента, заимствуют из других источников. При современном развитии атомной энергетики таким источником может служить охлаждаемый газом высокотемпературный атомный реактор (ВТР), в котором тепло, производимое в реакционной зоне, нужно отводить циркулирующим гелием [6—10].

На рис. 101 упрощенно показан принцип использования тепла, выделяющегося в атомном реакторе, для газификации угля. При газификации водяным паром (рис. 101, а) тепло, выделяющееся в высокотемпературном атомном реакторе 1, можно использовать (в виде горячего гелия) непосредственно для проведения эндотер­мических реакций в области выше 750°С. При этом предполагается, что температура гелия на выходе из реактора равна 950 °С и выше, что позволяет иметь достаточно большой перепад температур. Часть мощности реактора используют для производства необходи­мого водяного пара, остальное превращают в электроэнергию.

В газогенераторе 2 уголь превращается в газ почти полностью (до золы), причем сначала образуется сырой газ, состоящий пре­имущественно из водорода, оксида и диоксида углерода и имею­щий примесь метана. Этот газ можно использовать после очистки, например сжигать на промышленных электростанциях или приме­нять в качестве газа-восстановителя при восстановлении железной руды. Еще одна возможность его использования — синтез метанола (см. гл. 9, стр. 392) через соответствующие ступени процесса; этот сырой газ применяют также в большом количестве для получения альдегидов и спиртов оксосинтезом [11]. Путем его конверсии мож­но получать чистый водород, которому часто предсказывают роль газообразного энергоносителя будущего, а в настоящее время он имеет большое значение как химическое сырье (для синтеза ам­миака, для гидрогенизации). И последнее — путем частичного или полного каталитического метанирования оксида углерода водородом можно получать отопительный газ, эк­вивалентный по качеству городскому, или газ, соответствующий природному (газ SNG), и подпитывать им имеющуюся газовую сеть [12, 13].

Превращение водяного газа в упомянутые продукты протекает по экзотермическим реакциям, но в области температур намного ниже, чем требуется для осуществления реакций газификации. Вы­деляющееся тепло можно поэтому использовать частично в самом процессе конверсии водяного газа, а частично для производства водяного пара или электроэнергии; некоторая доля его теряется. В общем, в результате протекания этих экзотермических реакций снижается к. п. д. установки (см. разд. 7.4). Это особенно важно для процесса метанирования водяного газа, протекающего с очень большим тепловыделением, поэтому для экономии энергии более благоприятным было бы производство других энергоносителей. Однако газ SNG весьма важен для рынка, поэтому его перспектив­но получать и гидрогазификацией угля.

Водород, необходимый для гидрогазификации угля, можно по­лучать [14, 15] расщеплением части производимого метана, как по­казано на рис. 101,6. Тепло, выделяющееся в атомном реакторе, подводится теплоносителем, нагретым до 950°С, в трубчатую печь 4, в которой часть метана, получаемого при гидрогазификации угля, превращается на катализаторе по эндотермической реакции

Рис.   101.   Схема   сочетания   высокотемпературного  атомного   реактора   (ВТР) с процессами газификации угля:

а—газификация водяным паром; б—конверсия метана и гидрогазификация; 1—ВТР; 2—газо­генератор;   3 — паросиловая  установка;   4— печь   конверсии   метана;   5—установка очистки в переработке газа.

с водяным паром в газ с высоким содержанием водорода. Атомный реактор используют также для получения водяного пара, необходимого для процесса, и для выработки электроэнергии. Как известно, степень превращения угля при гидрогазификации ниже, чем при газификации водяным паром, поэтому образующийся при гидрогазификации остаточный кокс следует использовать для дру­гих целей, например для производства электроэнергии.