Дальнейшие эксперименты проводили в псевдоожиженном слое диаметром 10 см и высотой 40 см при давлении газа до 4 МПа; в установку (рис. 109) непрерывно подают полукокс. Полученный водяной пар предварительно нагревают до 900°С и подают через фильтр снизу в псевдоожиженный слой полукокса. Дозировку полу­кокса осуществляют из находящегося под давлением бункера с по­мощью шарового крана. Образующийся газ освобождают от пыли (первоначально в сепараторе, а затем в керамическом фильтре), охлаждают и после определения состава и количества сжигают. Анализ газа осуществляют с помощью масс-спектрометра, при­чем в продуктах реакции непрерывно определяют метан, водород, диоксид и оксид углерода. На основании количества газа, получен­ного за единицу времени, и данных газового анализа можно опре­делить скорость превращения углерода. Результаты можно контро­лировать таким образом, чтобы по окончании опыта определить количество превращенного полукокса (от суммарно поданного) и количество остаточного непрогазифицированного  углерода. 

Рис. 109.   Лабораторная  установка  для   газификации угля Гаген при 7 МПа в псевдоожиженном слое с внешним обогревом:

1—парогенератор;     2—перегреватель;     3—питатель;      4—холодильник;      5—конденсатор; 6—фильтр;   7—газовые  часы;  8—сепаратор  грубой   очистки;  9—генератор; 10—погружной электронагреватель.

Тепло, необходимое для газификации, подводят непосредственно в слой с помощью электрического погружного нагревателя, моделирую­щего гелий-гелиевый теплообменник. В разных точках псевдоожиженного слоя замеряют температуру. Таким образом можно рас­считать температурный профиль и на этом основании — среднюю температуру.

В первой серии опытов использовали полукокс с размером зерен до 1 мм и проводили газификацию при температуре слоя 750— 860 °С. При этих условиях, как и ожидалось, водяного пара для поддержания слоя топлива в состоянии псевдоожижения требуется гораздо больше, чем на реакцию. Другими словами, газификация протекает при очень большом избытке водяного пара. В качестве примера на рис. ПО приведен состав газа как функция времени. Газифицировали полукокс из каменного угля Гаген (94% С, 1,5% Н, 2% О, 1,5% N, 1%S )) при 800°С и 1 МПа. Приведенный со­став газа указывает на то, что большая часть образующегося ок­сида углерода уже в реакторе газификации конвертируется в СО₂ и Н₂, что и следовало ожидать термодинамически как эффект большого избытка водяного пара.

Рис. 110. Состав газа, получаемого на лабораторной установке газифи­кации каменноугольного кокса при 800 С, 1 МПа и большом избытке водяного пара.

Каменноугольный кокс (из угля Гаген); газ осушен и очищен от метана.

Сравнение скорости гази­фикации полукокса, достигае­мой в псевдоожиженном слое в     изотермических     условиях (подача полукокса 1 кг/ч) и на лабораторной установке (стацио­нарный слой, 1 г полукокса), приведено ниже:  

Видно, что до 800°С скорости совпадают, а при >800°С в ста­ционарном слое скорость заметно выше, чем в псевдоожиженном, что объясняется влиянием водорода. В последнем случае его кон­центрация в реакционном газе более высока, хотя абсолютное со­держание водорода составляет немногие проценты, все же выше 800 °С реакция тормозится, что и подтверждается данными рис. 108 для угля Гаген и показано измерениями, которые здесь не приве­дены. Таким образом обеспечивается перенос значений, получен­ных в лабораторном масштабе, на процесс в псевдоожиженном слое.

Вследствие большого количества водяного пара, необходимого для псевдоожижения, степень конверсии пара в слое высотой 40 см составляет только несколько процентов. Экстраполирова­ние на промышленный газогенератор с высотой псевдоожиженного слоя 3 м приводит к более высокому превращению пара, но эта величина технически и экономически еще незначительна.

Для повышения степени конверсии водяного пара имеется много возможностей, например уменьшение размера зерен топлива или частичная замена водяного пара возвращаемым газом газификации или оксидом углерода. Первая возможность уже исследована с по­лукоксом, получаемым из угля шахты Леопольд, размером <0,1 мм при 4 МПа. Кокс такого размера можно перевести в состояние псевдоожижения при скорости водяного пара «2,5 см/с; оказалось, что на лабораторной установке степень конверсии водя­ного пара превысила 10%. Это означает, что при осторожном, нелинейном моделировании можно ожидать 30%-ной конверсии водяного пара в условиях крупной промышленной установки. Ре­зультаты, аналогичные указанным, получены, например, при автотермической газификации твердых топлив под давлением (20— 40%).

С уменьшением избытка водяного пара снижается степень кон­версии оксида углерода в водород и диоксид углерода и ускоряется (как и при повышении давления) образование метана. Поэтому в опытах при 830 °С, описанных в предыдущих разделах, был найден следующий состав газа: 57% (об.) Н₂, 23% (об.) СО₂, 11% (об.) СО и 9% (об.) СН₄. При увеличении высоты псевдоожиженного слоя и связанном с этим уменьшением отношения водяной пар:углерод и при большей степени конверсии водяного пара вновь воз­растает образование метана. За счет этого можно значительно сни­зить расход тепла, необходимого для протекания суммарной реак­ции. Экспериментальные данные по влиянию состава угля, давле­ния, температуры и соотношения водяной пар:углерод на состав газа и необходимое тепло можно обобщить, проведя предваритель­ную обработку результатов с помощью термодинамических прибли­женных функций, чтобы при необходимости полученные результаты можно  было экстраполировать для  новых условий газификации.