Уголь и химия

DjVu

      На 1 м3 газа, пропущенного через установку, получается 120—140 см2 бензина. Кроме бензина, получается и некоторое количество состоящего из углеводородов газа, тяжелого масла и парафина. В пересчете на уголь это дает выход из него жидких моторных топлив приблизительно около 10%.
      На первый взгляд эта цифра кажется убийственной по сравнению с теми выходами жидких продуктов, которые получаются при гидрировании: ведь там на горючую массу угля превращается в жидкое топливо до 80% его. Однако надо принять во внимание, что при методах получения синтетического бензина источником искусственного жидкого топлива является весь перерабатываемый уголь целиком, в процессе же гидрирования огромные количества угля идут на получение той энергии, которая необходима для поддерживания в аппаратуре громадного давления и высокой температуры. Если сложить все количество угля, идущего и собственно на гидрирование и для энергетических целей, то окажется, что оба приведенные процесса не так уж резко отличаются. У способа же синтетического получения бензина есть одно преимущество, делающее его заслуживающим особого внимания, несмотря на меньшую его эффективность. Преимущество это заключается в возможности получать синтин без применения высоких давлений и из любого вида горючего материала, в то время как для гидрирования необходимы малозольные каменные и бурые угли.
      "Заканчивая рассмотрение методов получения искусственного жидкого топлива, надо отметить одно очень важное требование, которое к нему сейчас предъявляется. Повышение мощности бензиновых двигателей заставляет обратить особое внимание на то, чтобы используемое в них моторное топливо допускало максимальное сжатие его в цилиндре вместе с воздухом. Употреблявшиеся раньше моторные топлива не допускали большого сжатия. Они могли взрываться в моторе прежде, чем поршень доходил в нем до верхнего своего положения, и вместо того, чтобы двигать мотор, начинали тормозить его. Надо было выбирать такие сорта топлив, которые не взрывались бы, — топлив, как их теперь называют, антиде-тонационных.
      Антидетонационные свойства топлив оцениваются по баллам: чем топливо лучше, тем балл выше. Валл этот равен 100, когда топливо по своим свойствам соответствует хорошему антидетонационному углеводороду — изооктану. Поэтому эти баллы называют также октановыми числами моторного топлива. Приведенная ниже таблица дает значение октановых чисел для некоторых моторных топлив.
      В последнее время разработаны методы такого ведения процесса гидрирования, которые приводят к получению моторных топлив нормального качества и с хорошими октановыми числами. Сиптин же, для того чтобы довести его до хороших- октановых чисел, нужно специально обработать. Последние звенья схемы нроизводетва синтина, о которых мы раньше не говорили, как раз и имеют целью доведение его качеств до требуемых величин октановых чисел.
      Рассмотренные нами методы превращения угля в жидкое топливо нельзя считать исключающими друг друга. Каждый из них имеет свои специфические особенности, свой характер. II если в капиталистических странах развитие их идет неравномерно, искажается условиями капиталистического хозяйства, то в нашей стране эти методы, взаимно дополняя друг друга, обеспечат получение нужного количества жидкого топлива высокого качества даже в тех-местах, где нефть пока еще не найдена, но где есть запасы угля.
     
      Глава XII
      Сегодня и завтра
      Если ближе присмотреться к общей схеме переработки каменного угля, то можно отметить следующие ее особенности. Мы можем увидеть, что эта переработка состоит, главным образом, в искусственном разрушении вещества угля, осуществляемом в настоящее время преимущественно путем сильного его нагрева; в собирании всех полученных продуктов разрушения; в извлечении из общей их массы отдельных особо ценных соединений, вроде бензола, толуола, ксилола, нафталина, антрацена, фенолов и многих других; наконец, в искусственном построении из этих веществ тех соединений, о которых мы подробнее говорили раньше. В этой области нашей работы безраздельно царствует созидающая химия, здесь все ооновано на органическом синтезе.
      На ряду с этой ветвью, ветвью химического использования продуктов разложения каменного угля, существует другая — использование продуктов, остающихся после выделения из них перечисленных ранее индивидуальных веществ. Остаточ-, ные продукты уже используются как таковые для самых раз-1 нообразных целей. Значение их в народном хозяйстве оказывается не меньшим, чем значение индивидуальных химических веществ, служащих базой для промышленности органического синтеза.
      К таким продуктам мы могли бы отнести и твердый остаток, получаемый при перегонке каменного угля — кокс й полукокс, и получаемые при перегонке газы — первичный газ и коксовый, или светильный, газ. Однако об этих продуктах мы уже говорили раньше. Они представляют собой массовые продукты, и характер использования их очень своеобразен. Каждый из этих продуктов может быть использован и как топливо, преимущественно специальное, приспособленное для сжигания в особых условиях. Газ, кроме того, может служить основой для развития ряда химических производств, например получения водорода, синтеза аммиака, изготовления ряда продуктов из так называемых тяжелых углеводородов. Обо всем этом мы уже говорили в главах о коксе п газе. Нам остается еще рассмотреть деготь — жидкие продукты, получаемые при перегонке каменного угля.
      О первичном дегте мы знаем, что в настоящее время он используется, главным образом, для изготовления искусственного жидкого топлива, а индивидуальных химических веществ из него пока никаких пе извлекают. Исключением является проводимое иногда извлечение из него фенола и изготовление из отдельных его фракций особого дозинфицирующего вещества — ихтиола. Последний получается из фракций первичного дегтя горючих сланцев. Но коксовый и газовый дегти (с путями использования получаемых из них индивидуальных веществ мы уже познакомились) дают и значительные выходы жидких масел, представляющих сложные смеси большого количества различных углеводородов. Выделять из них еще новые индивидуальные вещества не так просто, да и не совсем целесообразно. Ведь этих веществ очень много, а относительное количество каждого из них в смеси незначительно. Есть иные пути их использования, делающие эти масла чрезвычайно ценными продуктами.
      Одним из первых и наиболее распространенных путей является использование каменноугольных масел для консервирования древесины. Мы знаем, что уже Вехер сделал первые попытки осуществить этот процесс, однако его опыт не удался, так как не был разработал метод хорошего нанесения масел на дерево. В середине XIX в. начали пропитывать древесину погружением ее в кипящее каменноугольное масло. При этом масло глубже проникало в древесину и удерживалось в ней. Дальнейшая разработка метода привела к тому, что теперь основная масса деловой древесины, идущая на изготовление шпал, телеграфных столбов, отдельных частей деревянных сооружений, именно этим методом предохраняется от порчи. Чтобы дерево лучше держало масло, пропитку ведут теперь в специальных закрывающихся наглухо котлах, куда загружают древесину (подсушенные шпалы, столбы и т. п.) и нагревают ее вместе с маслом под давлением. Это способствует еще более глубокому прониканию масла в поры дерева.
      Такая пропитка увеличивает срок службы древесины в несколько раз, соответственно сокращая и ее расход. Более глубокому внедрению метода мешает только то, что древесина, пропитанная каменноугольным маслом, обладает довольно неприятным запахом, имеет черный цвет и может пачкать при соприкосновении с нею. Поэтому консервирование каменноугольным маслом применяется только для той древесины, которая идет на детали, хотя и ответственные, но не служащие для внешней отделки сооружении. Для пропитки древесины применяется ряд масел, получаемых при перегонке каменноугольных дегтей, однако наибольшее распространение получило так называемое антраценовое масло (см. табл. 13). Это масло после выделения из него путем кристаллизации таких продуктов, как антрацен, фенаптреп и карбазол, в производстве даже носит название шпалопропиточного.
      Большая группа каменноугольных масел идет па удовлетворение собственных пужд коксохимического производства и употребляется для орошения скрубберов, улавливающих из газа сырой бензол и нафталин. Эти. масла называются поглотительными.
      Некоторые сорта каменноугольных масел обладают очень интересным свойством: они являются так называемыми флотореагентами, т. о. употребляются для образования водномасляных смесей — эмульсий, применяемых при обогащении полезных ископаемых методом флотации.
      Совершенно особую отрасль составляет использование каменноугольных масел в толевой н руберойдной промышленности, где масло п пек применяются для изготовления кровельных материалов — толя, рубероида и др. Здесь из масел изготовляются особые смеси и ими пропитываются специальные сорта картона, которые в результате приобретают повышенную прочность и делаются непромокаемыми. Толь поело пропитки его маслом посыпают песком. Отделка руберойда несколько иная: его покрывают специальным слоем мастики, изготовляемой из тех же каменноугольных масел, и затем посыпают тальком, который но дает руборойду, свернутому в рулон, слипаться.
      Кроме этих двух материалов, кровельная промышленность использует каменноугольные масла и для изготовления специального состава мастик, служащих для окраски и ремонта кровель, для склеивания листов кровельных материалов и т. д.
      Родственно этому и использование каменноугольных масел и пека в дорожном деле. Строительство шосссйпых дорог,
      которое у нас в ближайшее время получит еще более широкое развитие, Нем до сих пор, в связи с намечаемым в третьем пятилетии развитием автотранспорта, — создаст широкое поле для применения каменноугольных масел, которые пойдут для изготовления дорожных битумов и искусственного асфальта.
      Каменноугольный пек и некоторые наиболее тяжелые масла находят еще одну область применения — это изготовление безвольного кокса, который идет для производства угольных электродов, широко используемых теперь в электрометаллургии, в частности, в алюминиевой промышленности, и др. Это производство очень широко поставлено сейчас в США; организовано изготовление электродного кокса и у нас. Для получения этого продукта расплавленный пек прямо через верхние люки порциями наливают в камеру печи, аналогичной коксовой. Часть его отгоняется, большая же часть превращается в кокс, совершенно не содержащий золы. Так как держать большой слой расплавленного пека в печи трудно, а часто подливать его нецелесообразно (это задерживает процесс), печи для коксования пека стали делать несколько иными, чем коксовые печи. Их делают с широким подом и нагревают тоже снизу. Общий вид наиболее распространенного типа таких печей — печи Ноулеса — изображен на рис. 72.
      Перечисленные способы использования каменноугольных масел дают представление о тех широких возможностях, которые открываются перед нами в этой области. Однако ими не ограничиваются пути использования продуктов разложения каменного угля. Производство сажи, масел для заливки уплотнений сухих (поршневых) газгольдеров, изготовление препарированных смол, идущих для специальных целей в производстве стали, и многие другие потребности техники покрываются эа счет использования каменноугольпых масел.
      До сих пор мы разбирали пути переработки угля, заключавшиеся в разрушении его основной массы и использовании отдельных химически индивидуальных осколков ее или смесей этих осколков, вроде каменноугольных масел, или, наконец, в использовании массовых продуктов разложения угля, таких, как твердые остатки и газы. Оказывается, что это тоже не единственный путь использования угля. Есть и в самом угле вещества которые можпо извлекать из него и непосредственно использовать. Одним из таких веществ является так называемый горный воск; извлечение его пз угля основывается на растворении (на экстрагировании, как этот процесс называется в технике).
      Экстрагирование горного воска из бурых углей зародилось в Германии. Получаемые продукты чрезвычайно сходны с обыкновенным воском, который они стали заменять. В электротехнике горный воск применяют для изоляции, в полиграфической промышленности — для изготовления технических бумаг, ленты и бумаги для пишущих машин, в кожевепно-обувной промышленности — для изготовления мази и аппретур; употребляется горный воск также для изготовления консистентных смазок и для многих других целей.
      Как правило, горный воск выгодно извлекать из тех сортов углей, которые содержат его в количествах не менее 8%, на влажный уголь — с влажностью около 15%. Наиболее часто применяемым растворителем является смесь спирта с бензолом. Перед извлечением (экстракцией) уголь дробят до размера частиц в 10—15 мм, отсеивают от пыли и загружают в специальные аппараты — экстракторы, в которых и производится извлечение. От полученного раствора отгоняют спирт и бензол.
      В СССР горный воск можно с успехом получать из украинских бурых углей, которые содержат его в очень больших количествах. Нет сомнений, что кроме украинских углей, горный воск можно будет получать еще из ряда других углей нашего Союза.
      Так, переходя от одной отрасли промышленности к другой, можно было бы долго еще продолжать перечисление путей химического использования каменного угля, по для нас достаточно и тех основных методов, которые мы уже знаем. Из всего сказанного ясно, что в настоящее Бремя мы только начинаем рационально использоеять продукты переработки каменного угля. Собственно химическая переработка, которая дает нам огромное количество ценностей и уже играет такую большую роль в повседневной жизни, быту и технике, охватывает только ничтожную часть продуктов переработки каменного угля. Остальные продукты мы используем, хотя и очень широко, но далеко еще не достаточно культурно. Что же должна дать пам техника химической переработки каменного угля завтра?
      Задачей сегодняшнего дпя для этой техники является рационализация и улучшение уже используемых ею методов. Процессы переработки должны быть поставлены на более высокую ступень, техника должна перейти к непрерывному производству, надо интенсифицировать процессы, чтобы сделать их более компактными, более экономичными. Совершенно необходимо вовлечь в сферу химической переработки те многочисленные продукты, которые еще для этого не используются. Однако все это является задачами сегодняшнего дня, углехимия же несет в себе зародыши и более крупных сдвигов, зародыши развития действительно революционной техники.
      Одной из первых и наиболее заманчивых перспектив является тот химический синтез, который будет построен на базе подземной газификации. Мы уже видели на примере производства синтина, как газ может служить основой для производства жидких углеводородов — искусственного бензина. Там же говорилось, что изменение условий процесса может вести к получению или твердого парафина (углеводородов о большими молекулами) или газообразных углеводородов. Сила органического синтеза заключается в том, что от этих продуктов мы можем перейти к изготовлению огромного количества продуктов непосредственного потребления, вплоть до пищевых жиров, синтез которых из генераторного газа сегодня уже является реально существующим производством. Твердое освоение методов подземной газификации и изучение возможных путей организации промышленности органического синтеза на базе получаемых здесь газов является интереснейшей задачей, стоящей перед техникой в этой области.
      Есть и другие, не менее интересные перспективы. Они заключаются в попытках рационализировать осуществляемые в настоящее время процессы разложения вещества угля. Ведь нагревая уголь и подвергая его разрушению, мы еще в очень слабой степени управляем этим процессом. Наше обращение с углем можно сравнить, например, с заготовкой строительных камней, которая заключалась бы во взрывании горного массива и выбирании из получившихся осколков таких, которые могут быть использованы для строительства. Вместо этого способа «заготовки» химического сырья ученые ищут способов разделения всей массы угля на такие частицы, которые 216
      можно было бы полностью использовать для органического синтеза.
      Путь этот очень заманчив, но труден. Ему должно предшествовать глубокое изучение состава угля, который мы пока знаем только в самых общих чертах, а также изучение законов, по которым пойдет процесс разложения вещества угля при изменении условий этого разложения. Открывающиеся здесь перспективы так заманчивы и интересны, что они привлекают к себе внимание все большего и большего количества ученых.
      Уже сейчас намечаются конкретные пути осуществления этого процесса. По всей вероятности, он пойдет через растворение угля в специальных растворителях. В настоящее время известны некоторые растворители (в частности, ими являются отдельные сорта каменноугольных масел), которые способны почти нацело растворять уголь. Подбирая соответствующие растворители, можно будет уже в этой ступени разлагать уголь на отдельные характерные группы. Полученные растворы могут быть подвергнуты дальнейшей переработке или путем нагрева и перегонки или путем обработки различными химическими веществами. Подбор условий процесса надо будет провести так, чтобы в результате получить наиболее необходимое вещество.
      Особенно интересные перспективы открывает здесь обработка полученных растворов химическими веществами. Этим путем можно будет ввести в молекулы угля отдельные элементы, которые затем облегчат химическую его переработку, получение из него желаемых конечных продуктов. Химическую переработку можно будет, разумеется, совместить с тепловой, что значительно повысит ее эффективность. Уже теперь мы начинаем широко пользоваться последним методом, ярким примером чего служит гидрирование углей. За этим освоенным уже производством наука наверное в скором времени откроет способы разложения вещества угля с одновременным введением в продукты разложения атомов кислорода, хлора и других элементов; это обусловит полное превращение угля в высококачественные продукты для широкого развития на их базе органического синтеза.
      В области искусственного создания органических веществ человечество начинает открывать только первые страницы сказочной книги о тех превращениях вещества, которыми будет управлять человек. Эти первые шаги счастливо совпадают с решающими этапами борьбы пролетариата за переустройство мира, уже приведшей к созданию на одной шестой части суши земного шара молодого советского государства. В противовес капиталистическому миру, использующему химию преимущественно для изготовления средств разрушения и уничтожения, это государство заставляет химию служить культурным нуждам человека и удовлетворять все растущие его потребности.