Это—данные апализа одного из английских битуминозных углей (East-Kirkby в Nottinghamshire). Результаты работ английских исследователей (I’idesxvell, Wheeler, Lessing, Stopes идр.)> приведенные выше, не только осветили некоторые процессы образования углей, но имеют также очень большое вначение как для работы угольных топок, так и для сухой перегонки и для газификации углей.
Уголь, как Т., находит самое разнообразное применение, потому что в пем идеальным образом запасена энергия солнечного спета. Прямое сжигание угля в топках (смотрите) промышленных печей и паровых котлов есть своего рода расточительность, так как при нем значительная часть продуктов сухой перегонки остается не использованной. Но обойтись без него очень трудно, так как колосниковая решетка несет на себе известный запас Т. и является как бы регулятором, поддерживающим непрерывное и равномерное развитие теплоты.
Большая часть мировой добычи ископаемых углей (в 1925 г.—1.350 млн. т.) подвергается процессу сухой перегонка па газовых заводах и коксовольнях. Кокс (смотрите XXIII, 235/36, нрил. 23/24, и XLV, ч. 2, 250, 258, 260), получаемый на коксовалъпях, различают двух родов—доменный и литейный. Главное различие между ними заключается в их способное! и окисляться или в их реакционной способности. Под реакционной способностью понимают способность углерода воостановляюще действовать на углекислоту. В доменной печи (смотрите рисунок 3 и 5 в ст. железоделательное производство., XX, 151/52, прпл., 25 и 28) часть кокса сгорает у фурм в углекислоту, которая потом, проходя сквозь избыточный кокс, восстановляется в окись углерода. Таким образом, в этом газифппировап-ном состоянии кокс действует на железную руду, косвенным путем восстановляя ее до металлического железа. Многочисленные исследования последнего времени определенно показали, что в этом отношении свойства кокса бывают очень различны. В литейной печи кокс должен по возможности сполна отдавать свою теплоту горения для плавления чугуна. Поэтому литейный кокс должен давать при горении как можно больше углекислоты и как можно меньше окиси углерода. Наоборот, в доменной печн кокс должен обладать способностью быстрого восстановления углекислоты, которая образуется сперва, в окись углерода, на которую потом возлагается задача вос.стаиовлять железную руду. Техническое значение различий реакционной способности кокса очень велико. Она играет главную роль во всех процес-оах газификации. Для определения реакционной способности кокса предложено очень много методов. Укажем здесь на метод франца Фишера, отличающийся от других простотой и точностью. В основапии этого метода лежит следующий принцип. Струю углекислоты постоянной измеренной скорости пропускают через фарфоровую трубку над тонким порошком кокса и улавливают ев в азотометре, наполненном 50% раствором калийной щелочи. Потом температуру фарфорой трубки постепенно поднимают до тех пор, пока не появится окись углерода, которая, как извеотпо, калийной ще“ лочью не поглощается. Эту температуру и рассматривают, как температуру начинающегося проявления реакционной способности кокса. Для выполнения метода Фр. Фишера предложена соответствующая аппаратура. (О химической переработке каменного угля—сухой перегонке и превращении в жидкое Т. см. XLV, ч. 2, 263/72; о последнем см. также ниже).
Значение угля как Т. можно видеть из следующих цифр. В 1919 г. ожидали, на основании опыта предыдущих лет, от добычи нефти и натурального газа 11,1, от использования энергии воды 5,9 и от добычи угля 171 млн. годовых лошадиных сил.
Второе место по значению как Т. занимают нефть и ее производные (смотрите XXX, 161/G8). Для применения нефти как Т. химическое строение ее не имеет значения. Но примеси песку, грязи и воды, а также содержание серы при использовании нефти как Т. не лигаепы значения. Количество грязи и воды зависит от способа добычи нефти. Эти примеси удаляются уже посредством отстаивания нефти: однако, отстаивания бывает m-достаточно, если грязь образовала с нефтью род эмульсии. Тогда очистку производят фильтрацией в нагретом слегка состояшш па месте потребления. Смотря по происхождению нефти, содержание серы в ней колеблется от 0,08 до 3%. Европейские нефти содержат серы от 0,08 до 0,35°/о, американские— до 3%.
Процесс горения является особым случаем окисления, именно — окислением с развитием большого количества теплоты. В продуктах окисления этот процесс дает углекислоту и водя, ной пар и, кроме того, определенное количество теплоты, которая распределяется прежде всего в продуктах горении. Кроме общего процесса горения или, лучше сказать,—прямой топки, следует различать еще процесс горения в моторе. Известно, что двигатель внутреннего сгорания (смотрите) соединяет со времени и пространству горение и производство работы. Для достижения этого Т. должно быть самым тесным образом смешано с воздухом, и продукты горения, как носители тепловой энергии, должны быть газообразными. Следовател-ьно, чтобы сжигать уголь в двигателе внутр. сгорания, его надлежало бы вводить в форме тончайшей пыли. В этом кроется первое затруднение. Второе затруднение состоит в зольности угля, по его нельзя считать непреодолимым. Главная же трудность заключается в том, что сгорание частей угля происходит несогласованно.Первая фаза, период сухой перегонки, протекала бы и в моторе, как в прямой топке. Ыо вторая фаза, горение свободного углерода, никогда не проходила бы вполпе, без остатка, потому что отсутствовали бы основные условия: длящаяся высокая температура и продолжительное горение. Много свободного углерода оставалось бы песгоревшим. Использование угля и вообшо твердого Т. в двигателе внутр. сгорания возможно было бы только в той форме, когда газообразование отделяется от горения, как эго наблюдаем в газогенераторе и газомоторе, и поэтому Дизель потерпел неудачу о угольною пылью, которую он сперва считал единственным подходящим Т. для своего двигателя. Так. обр., Т. двигателя внутр. сгорания остается до этих пор только жидкое Т., по преимуществ“, нефть и ее производные. Углерод в этом Т. сполна связан о водородом, почему горение обоих элементов одновременно начинается и одновременно кончается. Многочисленные опыты показали, что всякая нефть или нефтяной продукт, низшая теплотворная способность которых не ниже 10.000 калорий и которые не содержат ни асфальта, ни механической грязи, пригодны как моторное Т. Впрочем, нельзя сказать, что нефть других качеств будет непригодна. Только тогда придется работу мотора приспособлять дли каждого отдельного Т., что не всегда легко, например, для небольших моторов.
Значительная потребность в низкокинящих погонах нефти—бензине, вызванная громадным развитием движения силовых экипажей, удовлетворяется, помимо простой перегонки нефти, разложением тяжелых нефтепродуктом (ср. XXX, 165766). Еще в 1921 году в Соединенных Штатах 28% израсходованного бензина были покрыты путем крекинга тяжелых масел.
Под крекингом понимают такого рода распад высокомолекулярных углеводородов, когда происходят легкокипящие углеводороды и совершаются междумолекулярные превращения, связанные с переходом водорода из одной молекулы в другую. При крекнровапип, кроме низкокипящнх продуктов, всегда получают также такие, которые имеют более высокую температуру кипения, чем исходный материал. Современные способы крекирования можно раз делить на такие, которые выполни ютси бопомощи катализаторов при атмосферном или при повышенном давлении, и на такие, при выполнении которых пользуются катализаторами в роде хлористого алюминия, железа, селенидов железа и так далее
По способу давления (способ Вагсоп’а) масло нагревается в особом котле в течение неокояь- ких часов до 130° С. мри избыточном давлении -от 70 до 200 миллиметров. водяного столба. Если же в масле присутствуют вода, воздух и другие газы, растворимые в масле, а легколотучие масла отогнаны, то давление поднимают до 5 атмосфер, а температуру нагревания приблизительно до 845° С. По достижении температуры 230—260° содержимое котла закипает, и пары отводятся по наклонно поднимающейся и потом изогнутой в виде колена трубе в водяной холодильник. Ыизкокипящие части охлаждаются в нем, конденсируются и стекают в общий при мн и к. Более высококштящие части, напротив, сгущаются уже в приподнятой части трубы и стекают обратно в котел. В приемник поступают только достаточно распавшиеся углеводороды с точкой кипения до 250° С. Сырые бензины содержат растворенными значительные количества постоянных газов. Эти газы удаляются путем очистки давлением и собираются в газометре. Они сжимаются посредством компрессоров высокого и низкого давления и в таком состоянии применяются для поддержания давления в аппаратуре. После того как 50°/0 содержимого котла превратятся в сырой бензин, аппаратура снова переводится на низкое давление, чтобы отогнать газы. Масляные части, отогнанные при дальнейшем разложении, улавливаются отдельно. По окончании процесса и по охлаждении жидкий остаток выливается, и котел подвергается очистке от приставшего кокса. Процесс Burton’a огнеопасен, так как при нем под давлением нагреваются большие количества масла, и следует опасаться, в виду накопления кокса на стенках котла, местных перегреваний и разлития масла, которое содержится в котле, через возможные неплотности.
Но способу lJubbs’a, масло пагревается в трубчатом змеевике и поступает потом в реакционную камеру, которая для избежания потерь теплоты изолирована. Здесь оно частично ассиаряется. Не попарившаяся часть (остаточное масло) выливается, охлаждается и применяется йотом как Т. Выделившиеся масляпые пары входят во фракционную колонну снизу. Эта колонна накачивается сырым маслом до-верху. Масло находится под давлением. Оно воспринимает выоококипящне части горячих масляных паров. Образовавшаяся смесь поступает и трубчатый змеевик, нагреваемый до 370° С. Низ ко к и пн щи о масляпые пары осаждаются посредством водяного холодильника и собираются в приемнике, который находится под давлением. Разложение и конденсация происходят под давлением от 8 до 11 атмосфер Крекинг 7IO способу Dubbe’a дает выход от 60 до 90%. Остаток составляет в среднем 30%, кокс — от 3 до 4%. Некондонсированных газов происходит от 30 до 70 м.3/т. масла. Теплотворная способность их составляет от 10.000 до 11.000кал./м А Д стиллат в пределах температуры от 45 до 225° составляет от 86 до воуо крекированного масла. Остаточное масло, содержащее твердый углерод, постоянно удаляется, так что опасность образовании кокса в аипарате почти устранена.
Г1о сиособу Blumner’a, который применяется Deutsche Erdol-Aktiengesellschaft, креки-руемоо масло течет из сосуда, содержащего запас масла, в смесительный сосуд. Здесь оно смешивается с высококшшпшмн частями масла {которое ужо подверглось крекингу), возвращающимися из процесса и перед смешиванием охладившимися в особом аппарате. Посредством насоса смесь подводится в автоклав, который наполнен приблизительно до двух тре
Тей расплавленным металлом (например, свинцом) Нагреванием снаружи температура металла держится в пределах от 450 до 500° С. В металл погружено тело, состоящее из колец Рашига. Посредством колец Рашига крекируемое масло, которое вводится снизу, распределяется в металле. Чтобы избежать выделения кокса, масло не допускают до соприкосновения с обогреваемой стенкой автоклава. Но металл может обтекать стенки автоклава и действовать как переносчик теплоты. Продукт крекинга поднимается над расплавленным металлом по трубке в виде жидкого масла. Пар и газ, после автоматической очистки, отводятся в пузырь, который обогревается отходящими газами топки автоклава. Здесь выделяются масла с высокой точкой кипения и асфальт, которые отводятся по трубке в дпе пузыря. Кроме того, в пузыре выделяется также кокс. Несгустившиеоя иары масла и бензина проходят обратный холодильник (210—220° С.). Здесь осаждаются части с высокой точкой кипения и стекают в смесительный сосуд. Остальные пары масла проходят в змеевиковый холодильник, где они сгущаются в бензин. Бензин течет в бензиновую цистерну. Часть, неиодверг-шаяся конденсации, используется в топке автоклава. Теплотворная способность ее достигает 14.000 кал./м3. Каждая установка работает посредством двух автоклавов, которые вводятся параллельно. Одна такая установка дает ежедневно 8 т. бензина. В бензин может переводиться до 70% крекируемого масла.
Способ Hergiusa испытывался в течение нескольких лет на большой опытной установке в Ренау. Bergius крекирует действием водорода под давлением. Уже более десяти лет тому назад он пытался получить разжижение иско-паемого угля путем искусственного присоединения водорода к углероду. При исследовании строения ископаемого угля, также как и при опытах искусственного получения этого угля, наблюдалось, что искусственный уголь может содержать от 85 до 88% углерода, химически связанного с водородом. Именно, при давлении в 200 атмосфер и при температуре в 450° С. этот уголь может воспринять такое большое количество водорода, что вполне переходит из твердого состояния в жидкое, образуя жидкость, которая походит на сырой керосин. Таким образом обнаружилась возможность измолотый уголь превращать в жидкое Т., хотя процесс этот продолжителен, так как уголь даже в очень измельченном состоянии вое еще представляет твердое тело и не легко приводится в близкое прикосновение с водородом, как это наблюдается с жидкостями (ср. XLV, ч. 2, 270).
Опытная установка для гидрирования масел но Bergius’y занимает приблизительно 3 кб. м. и позволяет перерабатывать в год около 18.000 т. оырого масла. Аппарат состоит из двух горизонтальных цилиндров, вдвигаемых один в другой. Крекируемое масло, смешанное с водородом, поступает во внутренний цилиндр, в котором держится давление от 120 до 130 атмосфер В наружном цилиндре протекает азот, давле-пие которого автоматически поддерживается приблизительно на 0,6 атмосфер выше, чем во внутреннем цилиндре. Нагревание производится азотом, который в свою очередь нагревается приблизительно до 500° С. снаружи аппарата змеевиком, погруженным в свинцовую баню. Изменением температуры и скорости течения азота может быть достигнуто точное поддерживание температуры. Отходящие горячие продукты реакции подогревают в особом аппарате азот, идущий из свинцовой бани. Точно таким же образом может быть нагреваем и водород, нагнетаемый во внутренний цилиндр. Движение азота производится посредством насоса, который соприкасается только о холодным газом. Подобным же образом движется водород и сырое масло. Помещенный па таком сосуде мотор Desclileg’a производит то, что из
1441-УШ
аппарата могут выходить только легкойнпягцие части, тогда как части, которые недостаточно .бергинизнрованы“, возвращаются назад. По способу Bergius’a, масла, богатые асфальтом, испытывают крекинг при нагревании от 380 до 450° и прп одновременном гидрировании, так что образование кокса устраняется и потеря в виде перманентных газов бывает много меньше, чем прп других методах. В то время как при обыкновенном крекинге происходит до 8°/о кокса и до 14% газов, по методу Brgius’a го же самое масло дает газов только 3—4% и совсем не дает кокса.
В настоящее время BergiuoOM уже решен вопрос о непрерывном способе производства, при котором, с одной стороны, вводится измельченный уголь, а с другой стороны—отводятся продукты реакции. Чтобы иметь возможность ввести уголь в аппаратуру, он смешивается с густым маслом. Для этого применяются остатки каменноугольной Смолы, то есть остатки, получаемые после отгонки от смолы низкоки-пящнх составных частей. Из 100 килограммр. верхнесилезского пламенного угля, содержащего 28% летучих составных частей, было получено: 55 килограммр. маслянистого вещества, 15 килограммр. газов, 10 килограммр. воды, 6 килограммр. золы, 13,5 килограммр. неизмененного угля, 0,5 килограммр. аммиака. 55 килограммр. масла состояли из 22 килограммар. нейтральных масел, кипящих до 230° С (следовательно без фенолов), далее из 17 килограммр. частей, кипящих выше 230°, и фенолов и. наконец, из 16 килограммр. пека. Полученный газ состоял глав. обр. из метана. Здесь приведены средние числа. Т. обр. из 2 килограммар. угля можно получить по крайней мерю 1 килограммр. масла. При более молодом угле результаты еще благоприятнее. Например, из одного такого угля получено было 70% масла.
По мнению Bergus’a, для выполнения его способа препятствий более нет, так как в настоящее время имеется аппаратура для высоких давлений, с которой можно“ хорошо работать. Реакция протекает очень быстро, приблизительно в 10 минут. Дешевым источником водорода, который необходим для гидрирования, является коксовальный газ. Этот газ в последние часы работы коксовой печи содержит до 60% свободного водорода.
О получении жидкого Т. из газон см. XLV, ч. 2, 271/72.
О торфяном Т. см. торф.
О дровяном Т. см. дрова.
> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Топливо