Работы по этому направлению имели своей целью создание интен­сивных методов газификации твердых топлив с получением син­тез-газа и различных горючих газов, включая пригодные для бы­тового газоснабжения и дальнего транспортирования. В довоенный период работы были сосредоточены на высокотемпературной га­зификации кускового топлива с жидким шлакоудалением и на га­зификации мелкозернистых и пылевидных топлив.

Газификацию с жидким шлакоудалением разрабатывали тогда как комплексный газометаллургический процесс с получением не только горючего газа, но и металлургической продукции. В опы­тах на воздушном дутье, проведенных на заводской доменной печи с использованием воздушно-сухого торфа и пиритных агломератов, было достигнуто напряжение сечения горна 1850 кг/(м²-ч) вместо 300—400 кг/(м²-ч) в обычных торфяных газогенераторах. Теплота сгорания получаемого газа была ≈6300 кДж/м³. В опытах с тор­фом на опытной домне ГИАП на Чернореченском химическом ком­бинате с применением дутья, обогащенного кислородом, был по­лучен газ с теплотой сгорания 9490—11050 кДж/м³. Выяснилась возможность получения при этом высококачественных ферроспла­вов вместо литейного чугуна.

Метод воздушной и паро-воздушпой газификации мелкозерни­стых твердых топлив был разработан во взвешенном слое. Харак­терные особенности метода — наличие концентрированного взве­шенного слоя в реакционном объеме и использование тепла гене­раторного газа для подсушки и полукоксования топлива в самом газогенераторе. Газификацию проводят в шахте, имеющей форму конуса; используют зернистое топливо грубого помола (до 6 мм). Уловленную в циклонах пыль возвращают в зону газификации. Шлак, налипающий на стенки шахты, сгребают и механически удаляют из генератора с помощью гребков, расположенных на дне тахты. Метод был проверен на опытно-промышленной установке производительностью 25 т в сутки. При газификации фрезерного торфа   (влажность  до   40%)   на   воздушном   дутье   достигалось напряжение сечения шахты 1200 кг/(м²-ч), а теплота сгорания по­лучаемого газа составляла 5040—5250 кДж/м³ [19].

Другой метод газификации мелкозернистых углей был основан на применении псевдоожиженного слоя, а также паро-кислородного и обогащенного кислородом паро-воздушного дутья. Были проведены лабораторные исследования этого процесса, а в 1939 г. была создана полупромышленная установка с газогенератором ГИАП оригинальной конструкции. Опыты с подмосковным и сулюктинскими бурыми углями и с лисичанским каменным углем с целью получения газа, пригодного для синтеза аммиака, показали, что газ нужного состава получается при концентрации кислорода в сухом дутье 55—60%. В послевоенный период газогенераторы ГИАП с псевдоожиженным слоем длительно эксплуатировались в большом промышленном масштабе [20].

Газификацию пылевидного топлива изучали в лабораторных и стендовых условиях (производительность установки 60—70 кг в час) и в полупромышленных условиях (производительность уста­новки до 1000 кг в час) [21]. Опыты в широком диапазоне режимов показали, что процесс газификации торфяной пыли протекает стабильно и весьма интенсивно. Было достигнуто напряжение се­чения шахты ≈ 5000 кг/(м²-ч), а тепловое напряжение составило ≈8,4 млн. кДж/(м³-ч). Наблюдался повышенный унос пыли; борьба с ним возможна с помощью вторичного дутья или путем возврата пыли в генераторы после аппаратов пылеулавливания.

В послевоенный период научно-исследовательские и опытно-промышленные работы в области газификации твердых топлив развивались лишь до начала 60-х годов. Интенсивно проводились исследования, направленные на промышленное освоение газифика­ции твердых топлив под давлением и на дальнейшее развитие этого метода для получения технологических и энергетических газов. Были разработаны: газификация твердых топлив с твердым тепло­носителем; горновой метод с жидким шлакоудалением; газифика­ция в псевдоожиженном слое под давлением; паро-воздушная га­зификация сланцев с вводом теплоносителя в зону полукоксования; метанирование водяного газа.

Большие работы по газификации твердых топлив под давле­нием проводились на опытно-промышленной установке (Щекино) с газогенератором промышленного типа (диаметр 2,5 м) и полно­масштабным воспроизводством основных технологических стадий получения газа с высокой теплотой сгорания. На этой установке проверяли изменения технологического режима действовавшего производства газа из подмосковных углей и проводили опытную газификацию ряда советских топлив, из которых особый интерес представляют Ирша-Бородинские и Назаровские угли Канско-Ачинского бассейна. В промышленном масштабе для этих углей были получены показатели, значительно лучшие, чем при газифи­кации подмосковных углей: интенсивность газификации увеличи­лась на 70% и это не являлось пределом; удельный выход газа увеличилась в 2,5 раза; удельный расход водяного пара и соот­ветственно количество сточных вод уменьшились на 35%; к. п. д. процесса возрос на 5—6%. Процесс паро-кислородной газификации Ирша-Бородннских и Назаровских углей при ≈2 МПа отличался стабильностью [22].

Газификацию твердых топлив под давлением на воздушном и паро-воздушном дутье с получением энергетического газа для га­зовых турбин изучали на опытной установке Института теплоэнер­гетики АН УССР (газогенератор диаметром 0,75 м), а также в Центральном котлотурбинном институте (ЦКТИ) им. Ползунова (газогенератор диаметром 1,5 м). Большой цикл теоретических и экспериментальных исследований газификации твердых топлив под давлением был выполнен также в Институте горючих ископаемых (ИГИ) АН СССР [17], где изучали как отдельные стадии, так и суммарный процесс. Проведены термодинамические расчеты гази­фикации углерода при 30 МПа, подаче водяного пара и различных смесей пара с кислородом и воздухом, а также при взаимодей­ствии угля с водородом. Изучали кинетику отдельных реакций углерода с кислородом, диоксидом углерода и водяным паром при температурах до 1200°С и давлениях до 10 МПа.

Изучение термического разложения подмосковного и украин­ского бурых углей, эстонского сланца и донецкого каменного угля под давлением до 10 МПа и температурах до 1000°С в среде азота, водяного пара и водорода выявило эффект повышенных давлений лишь для вторичных химических процессов. При сохранении по­стоянного времени контакта газа с твердым топливом первичное разложение угольной массы мало зависело от давления и опреде­лялось в основном температурой; коэффициент газификации при этом не менялся. Если в этих условиях в связи с ростом давления повышается время пребывания продуктов разложения в аппарате, то коэффициент газификации увеличивается за счет доли топлива, переходящего в смолу и пирогенетическую влагу. При повышении давления в среде водорода уменьшается (по сравнению с азотом) выход углеродистого остатка и резко возрастает коэффициент га­зификации при малом изменении выхода смол. В среде водяного пара выход углеродистого остатка также уменьшается; увеличи­вается только выход смол.

Были изучены реакции образования метана при гидрогазифика­ции угля, а также путем синтеза из оксида углерода и водорода при давлении до 10 МПа и температурах до 1000°С в присутствии природных углей и их минеральной части.

При получении технологических газов разного состава путем кислородной конверсии паро-газовых продуктов газификации твер­дых топлив под давлением было установлено, что если через ап­парат с нейтральной насадкой пропускать вместе с кислородом сырой неочищенный газ, полученный в газогенераторе под давле­нием    (смесь   смоляных   паров,   метана   и   других   газов),   при ≈2 МПа и 1200°С можно достигнуть полной газификации смолы и 95%-ной степени конверсии метана. Проектная проработка та­кого метода показала значительное упрощение газоочистных уста­новок технологической схемы производства синтез-газа под дав­лением.

Разработанный во Всесоюзном научно-исследовательском ин­ституте по переработке сланцев (ВНИИПС) метод газификации с твердым теплоносителем [23] предусматривает осуществление процесса в системе из двух основных аппаратов — газификатора и. топки. В первом происходит термическое разложение топлива и получение водяного газа за счет тепла нагретого теплоносителя, а во втором — нагревание теплоносителя при сжигании части топ­лива. Оба аппарата работают с использованием псевдоожиженного слоя. В качестве теплоносителя применяют золу газифицируемого топлива. Топливо можно смешивать в самом газификаторе или в отдельном устройстве. Для транспортирования теплоносителя ис­пользуют водяной пар или циркулирующий газ. Избыток тепло­носителя, появляющийся в процессе газификации, периодически выводят из системы.

На основании проведенных во ВНИИПС лабораторных иссле­дований в 1955 г. в г. Сланцы была сооружена опытная установка производительностью 50 т сланца в сутки с целью получения газа, богатого олефинами. На этой установке, где продолжительность опытов в 1957—1959 годах была около 1 года, процесс протекал стабильно и им можно было легко управлять. Был получен газ с теплотой сгорания 42000—46200 кДж/м³, содержащий 28—36% непредельных углеводородов. Теплота сгорания газа после выделе­ния непредельных углеводородов равна 31080—31920 кДж/м³. Примерный состав этого газа следующий: 40—45% СО + Н₂ , 40— 42% СН₄, 12% С₂Н₆, 0,6% С_nН_m, 1—3% N₂. Теплоноситель почти не содержал горючих веществ (0,2—0,5%), что достигалось мно­гократной циркуляцией теплоносителя через топку. Основная масса золы сланца выделялась из дымовых газов в циклоне. В золе содержалось только 0,6% горючих. Получаемая легкая смола имела плотность 930 кг/м³, содержала до 7% фенолов и на 90% выкипала ниже 340°С. К. п. д. газификации сланца с твер­дым теплоносителем составлял 51,5%, а с учетом потенциального тепла смолы и газового бензина 66,5%. С учетом теплосодержания водяного пара, вырабатываемого в котле-утилизаторе, энергетиче­ский к. п. д. процесса составил 74%.

Во Всесоюзном теплотехническом институте (ВТИ) им. Дзер­жинского был разработан горновой метод газификации твердого топлива с жидким шлакоудалением, предназначаемый для созда­ния мощных газогенераторов газотурбинных энергоустановок. По этому методу с помощью воздуха, подаваемого через фурмы, в ограниченной области свободно залегающего слоя топлива соз­дается высокотемпературный очаг горения, обеспечивающий мак­симальную интенсификацию процесса и одновременное превращен ние золы топлива в жидкое состояние без флюсующих присадок. Очаг горения размещается в непосредственной близости от места удаления шлака (от щелевого отверстия), чем обеспечивается не­прерывное удаление шлака в условиях максимальных температур, т. е. при его максимальной текучести.

Опытная проверка горнового метода на укрупненной лабора­торной установке часовой производительностью 50 кг топлива (кокс, антрацит и журинский полукокс) и на опытной установке часовой производительностью 250 кг антрацита показала техни­ческую осуществимость такого процесса при атмосферном и высо­ком давлениях, особенно в тех случаях, когда возможно одновре­менное использование потенциального и физического тепла полу­чаемого газа.

На основании полученных результатов в ВТИ им. Дзержин­ского была создана опытно-промышленная установка с горновым газогенератором в комплексе с газовой турбиной мощностью 1550 кВт [24]. На этой установке были проведены опыты с ант­рацитом (А^с = 7,9%) при 0,25—0,7 МПа, удельной нагрузке по топливу 1250—2550 кг/(м²-ч) и тепловом напряжении рабочего объема до 65∙10⁶ кДж/(м³-ч). Средний состав получаемого газа был следующий: 5% СО₂, 26% СО, 3% Н₂, 0,8% СН₄ и 65% N₂. Выход жидкого шлака составлял 73—86% от зольности топлива. К. п. д. газогенераторной установки (при возврате уноса) 95—96%.