ГАЗИФИКА́ЦИЯ ТВЁРДЫХ ТО́ПЛИВ

ГАЗИФИКА́ЦИЯ ТВЁРДЫХ ТО́ПЛИВ, про­цес­сы пре­вра­ще­ния ор­га­нич. ве­ще­ст­ва твёр­дых то­п­лив (ка­мен­ных и бу­рых уг­лей, кок­са, слан­цев, тор­фа, дре­ве­си­ны и др.) в го­рю­чий газ, со­стоя­щий в осн. из СО и Н₂. Осу­ще­ст­в­ля­ют­ся пу­тём не­пол­но­го тер­мич. окис­ле­ния уг­ле­род­со­дер­жа­щих со­еди­не­ний в га­зо­ге­не­ра­то­рах (по­лу­чае­мый газ на­зы­ва­ют ге­не­ра­тор­ным) при темп-рах 900–1600 °С, дав­ле­нии 0,1–10 МПа, в при­сут­ст­вии га­зи­фи­ци­рую­щих реа­ген­тов (окис­ли­те­лей): во­дя­но­го па­ра, воз­ду­ха, ки­сло­ро­да, ди­ок­си­да уг­ле­ро­да, па­ро­воз­душ­ной или па­ро­ки­сло­род­ной сме­си. Вы­ход про­дук­тов Г. т. т. до 80% по мас­се.

Основные ре­ак­ции, про­те­каю­щие при Г. т. т.: С+Н₂О→ СО+Н₂; С+0,5О₂→СО; С+О₂→ СО₂; 2СО+О₂→ 2СО₂; С+СО₂→ 2СО; C+2Н₂O→ СО₂+2Н₂; СО+Н₂O→СО₂+H₂. К об­ра­зо­ва­нию ме­та­на при­во­дят по­боч­ные про­цес­сы: СО+3Н₂→СН₄+Н₂О; 2СО+2Н₂→СН₄+СО₂.

В га­зо­ге­не­ра­то­ре име­ет­ся неск. ре­ак­ци­он­ных зон: го­ре­ния, в ко­то­рой за счёт эк­зо­тер­мич. ре­ак­ций темп-ра по­вы­ша­ет­ся до 1200–1500 °С; соб­ст­вен­но га­зи­фи­ка­ции, где об­ра­зу­ют­ся про­дук­ты га­зи­фи­ка­ции то­п­ли­ва; зо­на пи­ро­ли­за то­п­ли­ва, в ко­то­рой при раз­ло­же­нии твёр­до­го то­п­ли­ва под дей­ст­ви­ем га­зо­об­раз­ных про­дук­тов ре­ак­ций го­ре­ния и га­зи­фи­ка­ции вы­де­ля­ют­ся па­ры во­ды, га­зы и смо­ли­стые ве­ще­ст­ва. Для обес­пе­че­ния ста­биль­но­сти ка­че­ст­вен­ных и ко­ли­че­ст­вен­ных по­ка­за­те­лей про­цес­са Г. т. т. в шах­те га­зо­ге­не­ра­то­ра под­дер­жи­ва­ют по­сто­ян­ный уро­вень то­п­ли­ва и зо­лы, оп­ти­маль­ный ре­жим по темп-ре и дав­ле­нию, рав­но­мер­но рас­пре­де­ля­ют ду­тьё (га­зи­фи­ци­рую­щий реа­гент) по по­пе­реч­но­му се­че­нию шах­ты. Наи­бо­лее эф­фек­тив­на Г. т. т. в ки­пя­щем, или псев­до­ожи­жен­ном, слое твёр­до­го то­п­ли­ва с раз­ме­ром час­тиц ме­нее 0,1 мм в по­то­ке па­ро­ки­сло­род­ной сме­си. За счёт ду­тья час­ти­цы то­п­ли­ва на­хо­дят­ся во взве­шен­ном со­стоя­нии и не­пре­рыв­ном дви­же­нии. Боль­шая пло­щадь ре­ак­ци­он­ной по­верх­но­сти и вы­сокая темп-ра про­цес­са обес­пе­чи­ва­ют мак­си­маль­но ин­тен­сив­ную га­зи­фи­ка­цию сы­рья.

Ино­гда, напр. для по­лу­че­ния си­ло­во­го га­за (ис­поль­зу­ют в дви­га­те­лях внутр. сго­ра­ния) из би­ту­ми­ноз­ных то­п­лив (тор­фа, ка­мен­ных или бу­рых уг­лей), при­ме­ня­ют об­ра­щён­ный про­цесс Г. т. т. При об­ра­щён­ном про­цес­се, в от­ли­чие от пря­мо­го, ду­тьё и то­п­ли­во в га­зо­ге­не­ра­то­ре пе­ре­ме­ща­ют­ся в од­ном на­прав­ле­нии – свер­ху вниз.

В за­ви­си­мо­сти от со­ста­ва ду­тья ге­нера­тор­ные га­зы под­раз­де­ля­ют на воз­душ­ные (ду­тьё воз­ду­хом, темп-ра 1400–1600 °С), па­ро­ки­сло­род­ные (ду­тьё па­ро­ки­сло­род­ной сме­сью или сме­сью СО₂ с О₂), ки­сло­род­ные (ду­тьё тех­нич. О₂), сме­шан­ные (па­ро­воз­душ­ное ду­тьё), во­дя­ные (по­да­ча в слой то­п­ли­ва во­дя­но­го па­ра), по­лу­во­дя­ные (во­дя­ной газ с па­ро­воз­душ­ной сме­сью). Па­ро­ки­сло­род­ным дуть­ём под дав­ле­ни­ем 0,2–0,3 МПа по­сле кон­ден­са­ции во­дя­ных па­ров по­лу­ча­ют т. н. су­хой газ, или син­тез-газ, ко­то­рый со­сто­ит в осн. из сме­си Н₂ и CO, с низ­шей те­п­ло­той сго­ра­ния 11–12 МДж/м³. При воз­душ­ной или па­ро­воз­душ­ной Г. т. т. в ге­не­ра­тор­ном га­зе со­дер­жит­ся мно­го N₂ и его низ­шая те­п­ло­та сго­ра­ния по­ряд­ка 4 МДж/м³.

В за­ви­си­мо­сти от ви­да сы­рья по­лу­ча­ют га­зы разл. хи­мич. со­ста­ва (таб­ли­ца).

Осн. дос­то­ин­ст­во про­цес­сов Г. т. т. – по­лу­че­ние из низ­ко­ка­че­ст­вен­но­го сы­рья, со­дер­жа­ще­го мно­го ми­нер. при­ме­сей и вла­ги, га­зо­об­раз­но­го то­п­ли­ва, при сго­ра­нии ко­то­ро­го вы­де­ля­ет­ся боль­шее ко­ли­че­ст­во те­п­ло­ты и не­зна­чит. ко­ли­че­ст­во ток­сич­ных про­дук­тов.

Су­ще­ст­ву­ет так­же спо­соб под­зем­ной га­зи­фи­ка­ции уг­ля – тер­мич. пре­вра­ще­ние ор­га­нич. ве­ществ твёр­дых го­рю­чих ис­ко­пае­мых на мес­те их за­ле­га­ния в не­драх зем­ной ко­ры в го­рю­чий газ и вы­вод его на по­верх­ность че­рез бу­ро­вые сква­жи­ны; идея под­зем­ной га­зи­фи­ка­ции ка­мен­но­го уг­ля пред­ло­же­на Д. И. Мен­де­лее­вым в 1888.

Га­зы, по­лу­чен­ные Г. т. т., ис­поль­зу­ют как то­п­ли­во в энер­ге­тич., ме­тал­лур­гич., ке­ра­ми­че­ской и др. от­рас­лях пром-сти, в дви­га­те­лях внутр. сго­ра­ния, га­зо­вых тур­би­нах. Кро­ме то­го, они слу­жат сырь­ём для про­из-ва во­до­ро­да, ам­миа­ка, ме­та­но­ла и др. Ак­ту­аль­ность Г. т. т. воз­рас­та­ет, по­сколь­ку ми­ро­вые раз­ве­дан­ные за­па­сы ис­ко­пае­мых твёр­дых то­п­лив зна­чи­тель­но пре­вос­хо­дят за­па­сы неф­ти и га­за.