Процесс газификации угля включает высокотемпературные реакции угля с кислородсодержащим газом и водяным паром, в результате чего образуется газ, состоящий в основном из СО и Н2, который может быть использован в качестве топлива. Побочным продуктом газификации является зольный шлак, который необходимо удалять из системы. Проблема удаления связана с тем, что шлак имеет ограниченное применение в качестве строительного материала, а количества образующегося шлака очень велики. В зависимости от типа и происхождения угля количество зольного шлака может составлять 5— 50 %. Такие концентрации шлака становятся значительными для установок газификации производительностью =±45 т/ч.
Ранее шлак главным образом сбрасывался в отвалы и не находил никакого полезного применения. Однако необходимость использования больших количеств шлака является очевидной. Процесс, разработанный Ф. Ф. Фондристом предназначен для производства портланд-цемента из зольного шлака процесса газификации угля. Он предусматривает перенос расплавленного шлака из установки для газификации в реактор, в котором происходит взаимодействие с минералом, содержащим известь, например оксидом, гидроксидом или карбонатом кальция; в результате образуется гомогенная цементная масса. Последнюю охлаждают в специальной камере, где она затвердевает с образованием клинкера, который затем превращают в порошкообразный цемент.
Этот процесс производства портландцемента обладает низкой энергоемкостью и обеспечивает эффективную и экономичную переработку отходов процесса газификации угля, что повышает экономичность этого процесса. Процесс производства представлен на рис. 129; уголь подается в реактор газификации 3 через питатель /. На установках для получения синтез-газа обычно производят сжигание или пиролиз некоксующихся жирных и бурых углей. Причина этого состоит в том, что коксующиеся угли, например такие, которые используются в качестве восстановителя при производстве железа, дорого стоят, обладают низкой летучестью, а запасы их ограничены. Как правило для газификации используют угли такого же качества как для производства водяного пара и электроэнергии на тепловых электростанциях.
Уголь, подаваемый на газификацию, сначала очищают и промывают для того, чтобы снизить содержание золы, уменьшить коксуемость и удалить загрязнения и примеси, такие например как пирит. Подготовленный уголь, подаваемый питателем 1, накапливается в закрывающемся загрузочном бункере 2, находящемся под давлением. По мере необходимости уголь подается в реактор 3, где происходит его сгорание или пиролиз под давлением и образуется синтез-газ. В ходе этого процесса тяжелые углеводороды, в которых атомное содержание С/Н равно 1: 2 или выше, превращаются в метан, в котором соотношение С/Н равно 1: 4.
Получаемый синтез-газ содержит водород, оксид углерода и диоксид углерода и процесс проводят таким образом, чтобы достичь соотношения Н2СО требуемого для данного конкретного синтеза. Газ, который выводится из реактора через вентиль 5, используется для производства аммиака, метанола, оксоспиртов и (или) синтетических углеводородов.
Зольный шлак 4 постепенно оседает в нижней части реактора 3, где находится устройство для вывода шлака 6. Последнее представляет собой вентиль специальной конструкции, позволяющий регулировать отвод жидкого шлака из реактора, находящегося под давлением. Отвод шлака позволяет обеспечить полное сгорание или пиролиз поступающего угля. Горячий расплавленный шлак, имеющий температуру =Л550—2000 °С, через вентиль 6 поступает в резервуар 7, где реагируете минералом, содержащим известь, например оксидом, гидроксидом или карбонатом кальция. В результате образуется гомогенная паста, температура которой составляет =1200-1550 °С.
Минерал, содержащий известь, перед подачей в резервуар 7 накапливается в загрузочном бункере 13, куда он поступает по линии 14. Там его подвергают подогреву горячим воздухом, выходящим из охлаждающей камеры 10 по линии 19. Горячий воздух проходит через материал, находящийся в бункере 13 и выходит по линии 20 со всасывающим насосом 21. Нагретый минерал, содержащий известь, под действием собственной массы поступает по питательной трубе 12 к золотнику //, который регулирует скорость подачи сырья таким образом, что крыльчатки 22, находящиеся в резервуаре 7, обеспечивают полное смешивание шлака и минерала, содержащего известь.
В ходе реакции происходит выделение углекислого газа, который удаляется из резервуара 7 по линии 8. Относительные количества шлака и минерала, содержащего известь, составляют 1: l,2-4; предпочтительным является отношение 1: 2,5. Перемешивание смеси продолжают до получения гомогенной пасты, которую через выпускное отверстие 9 выводят из резервуара в охлаждающую камеру 10.
В холодильной камере 10 происходит охлаждение и отверждение пасты с образованием клинкера, диаметр частиц которого может составлять 0,6—5 см; предпочтительным является диаметр частиц <2,5 см. Желательно, чтобы конструкция охлаждающей камеры 10 давала возможность транспортировать клинкер к месту хранения в процессе его охлаждения. Для этой цели можно использовать ленточный транспортер или вращающийся шнек, а для охлаждения применять воду или, что предпочтительнее, воздух. Охлаждающий воздух подают в камеру вместе с пастой. Нагретый воздух выходит из камеры по линии 19 и возвращается в загрузочный бункер 13, где используется для подогрева минерала, содержащего известь.
Клинкер из камеры 10 направляют на хранение в бункер 15. По мере необходимости клинкер смешивают с добавками, регулирующими схватываемость, например ангидридом или гипсом, другими соединениями, такими как оксид алюминия, сульфат алюминия, сульфаты калия и натрия, карбонат калия или бура. Эти соединения добавляются в достаточных количествах, чтобы обеспечить требуемые свойства цемента. Клинкер, добавки, регулирующие схватываемость, а также другие добавки измельчаются в порошок в мельнице 16. Порошкообразный цемент, который готов к применению, направляют на хранение в бункер 17.