Текст книги "Техника и человек в 2000 году"

Автор книги: Антон Любке

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 13 страниц)

Англия, которая, как известно, обладает самым старым угольным хозяйством и вследствие устарелости и раздробленности ее горной промышленности раньше всех убедилась на собственном опыте, что имеющиеся запасы быстро истощаются, и поэтому необходима бережливость, первая приступила к серьезной рационализации топливного хозяйства путем широкой организации исследовательских институтов и энергичных правительственных мероприятий. Уже с некоторого времени Англия поставила себе задачей рационализировать удовлетворение своей потребности в энергии путем сооружения 16 гигантских, частично уже законченных, междугородных центральных электрических станций. В то время как Германия насчитывает 3100 самостоятельных электрических станций, в Англии их имеется всего 600. Отсюда ясно, что мы в Центральной Европе еще чрезвычайно далеки от рационального использования топлива. Правда, за последние годы сделано чрезвычайно много в целях максимального увеличения эффективности теплового хозяйства. Паровое хозяйство в буроугольной промышленности, теплотехнические измерения, газификация бурого угля, электрические печи, печи, основанные на принципе использования горячей золы, отопление городов, тепловое хозяйство в промышленности, сочетание тепла и энергии, использование в качестве горючего угольной пыли, тепловое хозяйство железоделательной и стекольной промышленности – вот важнейшие пункты, на которые в настоящее время должно направить свое внимание угольное хозяйство.

Еще долго, по выходе из средних веков, человечество располагало, в качестве силовых машин, лишь вододействующими колесами более или менее значительной мощности. 200 лет тому назад кузнец Ньюкомен изобрел первый тепловой двигатель, так называемую атмосферную паровую машину. В ней могла быть использована энергия едва 1 % угля. Лишь через 50 лет паровая машина, изобретенная Джемсом Уаттом, могла использовать 5–6 % заключенной в угле энергии. Вы удивитесь, если услышите, что до сих пор, несмотря на все усовершенствования и усилия техников, за последние 150 лет удалось повысить полезное действие угля при сжигании в паровых машинах максимум до 15 %. Даже паровой турбине не удалось значительно улучшить использование угля. Лучшие результаты были достигнуты введением принципа многократного расширения пара в машине, применением перегретого пара температурой до 350° Ц и применением паров при высоком давлении; все эти меры в настоящее время уже дают на транспорте экономию в 31 %. Еще лучшее использование горючего достигается в крупных газогенераторах, которые дают использование до 28 %, и в дизель-моторах, дающих 33 % полезного действия. Значительные улучшения были достигнуты путем усовершенствования отдельных деталей машин, парораспределения, конденсаторов, шариковых подшипников и т. д.

Какое разнообразие существует в использовании тепла, уясняется из одного сообщения из Америки, приведенного «Электротехнической газетой» (46, 1925 г.). В нем указывается количество единиц тепла (калорий), необходимое для получения одного киловаттчаса электрической энергии. Наиболее благоприятные результаты дала одна новая американская силовая станция с затратою 3 430 тепловых единиц на киловаттчас; за короткое время ее расход тепла даже снизился до 3 000 единиц тепла на клв-ч. Для английских и французских силовых станций лучшие до сих пор результаты дают цифры 5 000 и 5 600 единиц тепла на 1 клв-ч. Так как теплопроизводительность одного килограмма хорошего каменного угля достигает 7 000-8 000 калорий, то упомянутая американская станция получала 1 клв-ч. из менее чем А/, кг угля.

Всего лишь 100 лет тому назад мы еще не знали чертежной доски и конструкционного бюро. 50 лет тему назад не было еще точной бухгалтерии в нынешнем смысле этого слова, в 80-х годах прошлого века еще не было обширных лабораторий, 20 лет тому назад – никаких технико-нормировочных бюро и никаких фабричных школ. Десять лет тому назад и в помине не было теплотехнических институтов. Пройдет еще немного времени – и мы будем иметь ведомства для наблюдения за эффективностью наших установок, за качеством производства, за использованием тепла и энергии и т. д.

Тепловое хозяйство в будущем должно быть не лозунгом, но организационной идеей, воплощенной в действительность. Настанет время, когда знание основ теплотехники проникнет в самые широкие рабочие массы. Многие даже крупные предприятия все еще не вполне сознают значение этой идеи для народного хозяйства, напротив, обеими руками отмахиваются от всякого нововведения в этой области, как от какого-то теоретического умничанья, не имеющего никакого практического значения. Необходимо поэтому внести науку в предприятия и там испытать ее на практике. Наука должна стать близка всякому, интересующемуся вопросами народного хозяйства. Сотрудничество между теорией, наукой и практикой до сих пор давало плоды во всякой отрасли человеческого труда, и организация такого сотрудничества в области теплового хозяйства является задачей, выпадающей на долю будущего теплотехника. Выяснение взаимодействия между энергией и материей в отдельных производственных процессах должно стать важнейшей задачей нашего и грядущего времени.

Рассматривая по группам главных потребителей угля в хозяйственной жизни страны, в частном хозяйстве и промышленности, нам приходится убедиться в том, что именно здесь уголь расходуется наиболее неэкономно. Все данные говорят однако за то, что в будущем в этой области произойдет коренное изменение. Прогрессирующее совершенствование в области химического разложения угля дало уже возможность более четко распределять уголь по сортам и в отношении ценности и использовать его без остатка в хозяйственной жизни страны. Нельзя, например, назвать рациональным положение, при котором до сих пор спрос на хороший уголь неизменно повышался, тогда как малоценный уголь оставался неиспользованным. Обычные методы торговли не помогли бы в данном случае, так как ясно, что потребитель угля главным образом заботится о том, чтобы получить возможно лучший уголь. Чтобы устранить это неблагоприятное положение вещей, оставалось лишь прибегнуть к устройству центрального отопления городов и проведению тепла на далекие расстояния с помощью крупных установок, в которых возможно превращать в энергию любое топливо. Все данные говорят также за то, что мы в средней Европе последуем примеру Америки и будем отоплять наши дома из центральных станций.[2]2
  У нас в Союзе вопрос централизованной теплофикации также стоит на очереди. В Ленинграде имеются уже значительные достижения в деле отопления домов на расстоянии, а также снабжения их горячей водой. Прим. перев.


[Закрыть] Америка выступила пионером в устройстве отопления на расстоянии. Хотя эту страну толкнула к этому не нужда, а скорее интересы комфорта, она вступила на путь, являющийся одним из тех, которые ведут к широкой экономии топлива.

Из центрального домового отопления развилось центральное городское, которое будет на этой основе развиваться и в будущем. Первым шагом вперед от парового отопления небольших домов: явилось объединение целой группы домов. При этом давно уже выяснилось, что котлы могут быть сравнительно меньше и занимать соответственно меньше места; упрощается вопрос также о-помещении для топлива. Новейшие больницы, широко разветвленные административные здания уже вступили на этот путь. Конечной целью отопления на расстоянии является, так же как и в области снабжения населения газом, водой и электричеством, доставка потребителю тепла путем трубопроводов.

В Америке имеются, наряду с паровым отоплением на расстоянии, также станции, отопляющие теплой водой, которые однако в Германии не получили распространения. В настоящее время паровые трубопроводы длиной свыше 1 000 м не являются больше редкостью. Главная задача заключается в изоляции труб в целях максимального устранения потери тепла. Изоляционным материалом при этом служит инфузорная земля, волокнистый шелк, пробковая кора и др. Были сделаны предложения подвешивать трубопроводы в каналах и изменения в длине труб, возникающие вследствие их нагревания, выравнивать путем так называемых компенсаторов различных конструкций. Мы не имеем возможности остановиться здесь на деталях отопления на расстоянии. Современная техника уже уделяет весьма много внимания этой проблеме.

Важнейшими результатами отопления на расстояния является широчайшая экономия топлива, устранение большого числа топок, рассеянных в настоящее время по густо заселенным частям городов, и замена их единым центральным отоплением. В связи с этим возникает ряд новых преимуществ. При подобном устройстве устраняются неприятные явления, связанные с дымом. Исчезает необходимость подвоза топлива к каждому дому в отдельности, что разгрузит уличное движение, и т. д.

Как уже упомянуто, Америка выступила пионером в области отопления на расстоянии. Нью-Йорк располагает в настоящее время единственной в своем роде станцией отопления, снабжающей значительные части города горячим паром и энергией. «Нью-Йорк Стим Корпорейшен» обслуживает из различных центральных станций как нижний, так и верхний город. В сети поддерживается давление в 10 атмосфер, которое предполагается при перестройке сети довести до 15 атмосфер.

Рис. 3. Центральная станция отопления на расстоянии.

Давление приходится держать на столь высоком уровне для того, чтобы снабжать потребителей соответствующей паровой силой. Так, например, Нью-Йоркское центральное железнодорожное общество имеет в своем, распоряжении в форме пара от отопления мощность в 3 000 лошадиных сил. Свыше чем в 250 других американских городах отопление на расстоянии введено уже 40 лет тому назад. В Айдэхо в 1905 г. впервые присоединили паровое отопление к горячим источникам, которые дают такую горячую воду, что они могли снабдить теплом весь город. Температура воды достигает 40°, благодаря чему квартиры зимою снабжаются теплом в достаточной степени. Станции отопления на расстоянии в Америке дают тепло только для энергии и отопления.

В тесном родстве с проблемой отопления на расстоянии находится снабжение газом на расстоянии, имеющее своей целью заменить тяжелый уголь крылатым газом. В коксовальных печах в настоящее время получаются колоссальные количества газа, до 14 млн куб. м в год, тогда как газовые заводы дают лишь четвертую долю этого количества. Основанное в 1926 г. в Рурской области Акц. о-во для эксплоатации угля видит свою первую задачу в будущем в распространении на всю Германию из Рурской области сети трубопроводов для снабжения страны газом на расстоянии. Этот грандиозный проект усиленно дискутировался в печати и остается ждать, оправдаются ли возлагаемые на него надежды.

Повышение эффективности энергии в нашей хозяйственной жизни еще в другом отношении связано с вопросом об использовании и переработке угля. В первую очередь необходимо исчерпывающее добывание угля уже в его месторождении, усовершенствование рудничных установок и применение наиболее рационального способа разработки залежей. Все эти задачи привлекли к себе внимание угольного хозяйства за последние годы. Здесь следует особенно подчеркнуть усовершенствования в области механизации добычи угля и улучшения использования пара и газа, как побочных продуктов рудников. Но наибольшую экономию дает обработка угля, газификация и добыча высоко ценных содержащихся в угле веществ, в особенности каменноугольной смолы. Если принять во внимание, что до войны ежегодно 50 млн т угля безвозвратно пропадало благодаря простому сжиганию на колосниковой решетке, то мы поймем, почему промышленные предприятия неотступно должны искать возможностей уменьшить эту громадную потерю, которая в переводе на деньги составляет 1,2 млрд золотых марок. Необходимо добиться того, чтобы вообще ни один центнер угля не перемещался с места на место. Все бесценные сокровища, даруемые нам землею, должны в будущем в самом их месторождении превращаться в газ, в электрическую энергию или в смолу. Наступит время, когда мы в Европе придем к этому, так как в настоящее время мы имеем все необходимые для этого предпосылки. Отныне уже уголь не должен идти к промышленности, но промышленность пойдет к углю, переработанный уголь пойдет к потребителю лишь в форме электричества, масла, газа или тепла по трубопроводу. Необходимо будет издать законы, предписывающие доставление угля потребителю лишь в переработанной форме.

До начала мировой войны научный исследователь еще не подошел вплотную к проблеме черного алмаза; это произошло лишь в последнее десятилетие. Девятнадцатый век был эпохой грубого сжигания угля на колосниковой решетке. Наши локомотивы вплоть до последних дней все еще являются такими же великими пожирателями угля, как и во времена Стивенсона[3]3
  Джорж Стивенсон положил начало современного железнодорожного дела, построив в 1825 г. первый паровоз. Прим. перев.


[Закрыть], несмотря на их весьма сложное устройство. Огромная ценность черных сокровищ земли мало-помалу стала осознаваться современным поколением. Лишь страшная нужда военного времени научила нас понимать все значение угля во всех областях нашей жизни: в транспорте, в промышленности, в домашнем хозяйстве. Наконец приступили к исследованию неисчерпаемого царства угля и открыли, что в нем таится мир бесконечных возможностей.

Наука начала теперь все глубже проникать в загадку угля. Нетрудно, правда, указать немногие химические составные части угля, а именно: углерод, водород, кислород, азот и серу, наряду с некоторыми минеральными веществами. Гораздо больше пришлось ломать голову ученым над вопросом, как между собой связаны эти химические составные части, какова химическая структура угля. Именно в этой области царит еще мрак. Давно уже отбросили прежнее воззрение, согласно которому уголь состоит из элемента углерода, к которому лишь примешаны всевозможные вещества. Уже 50 лет тому назад швейцарский химик Бальцер установил, что в наших углях вообще не имеется свободного углерода, они скорее представляют собою сложные соединения различных веществ. Английский химик Уилер приступил к исследованию угля с микроскопом и разделил его субстанцию на 4 главные группы: фузаин, витраин, дюраин и клараин. Германская химия также присоединилась к этому подразделению, руководствуясь различными экспериментами, произведенными с газификацией, гидрогенизацией, коксованием при низкой температуре и т. д. Согласно этим исследованиям, в настоящее время в угле различаются 4 составные части: битумы, гуминовая кислота, гумусный или черноземный уголь и неорганические зольные составные части, которые соответствуют составным частям растений первобытного мира, как воск, смолы, лигнин, целлюлоза и т. д.

Битумы – составная часть угля, которая может быть получена из него в виде бензольного экстракта с помощью кипящего бензина. Все высокоценные угли, очень богатые газом и смолой, называются поэтому также битуминозными углями. Рурская область и Верхняя Силезия являются главными месторождениями этих углей. Гуминовая кислота – вещество, которое может быть получено из угля с помощью содового раствора или других щелоков. Гуминовая кислота находится преимущественно в углях более недавнего происхождения, в торфе и в более молодом буром угле. В дальнейшем процессе образования угля гуминовая кислота исчезает, превращаясь по отщеплении углекислоты и воды в черноземный уголь.

Рис. 4. Гигантские газометры Баденской анилиновой и содовой фабрики для производства азота.

Весьма важное значение в хозяйственной жизни, в особенности для оценки угля, имеют битумы, которые вместе с тем особенно широко эксплуатируются и изучаются, в то время как другие составные части угля исследованы до сих пор весьма мало. Из бурого угля Средней Германии получается до 15 % битумов, применяемых в промышленности в форме горного воска, для изготовления сапожного крема, валиков для фонографов, изоляционных материалов, мастики, свечей, мыла, парафина и т. д.

Гораздо большее значение имеет факт обнаружения битумов в каменном угле. Еще несколько десятков лет тому назад разработка угля в этом направлении не давала никаких результатов. Рамзай, например, получил при своих опытах едва 0,1 % битумов. Фишер и Глюнд, работая в Институте изучения угля в Мюльгейме, сумели с помощью различных методов повысить выход битума более чем в 60 раз и вместе с тем классифицировать уголь по его ценности в металлургическом производстве. Между прочим, они выяснили, что содержание битумов, обнаружившихся в их опытах в виде темно-красного бензольного раствора, определяет качество кокса, употребляемого в металлургической промышленности. Важно было не только то, что с помощью данных их исследований открывались новые пути в области обработки угля и получения из него масел, но выяснилось, что, чем выше содержание битума в каменном угле, тем выше качество кокса. Особую ценность представляет открытие возможности переработки плохого угля путем прибавления высокобитуминозного угля к высокоценному коксу, причем, разумеется, задачей химика-металлурга являлось вычисление правильной пропорции сочетаемых сортов угля, что делало возможным осуществление желательного процесса. Таким образом открылась возможность изготовления угля желаемого минерального состава, что вызвало применение в литейном процессе и малоценных углей и тем самым как бы расчищало им путь от малоценности к высокоценности.

Изучение угля и его химическая переработка получили мощный толчок лишь благодаря войне и послевоенным годам, когда ощутился недостаток в жидком топливе для автомобилей. Этому требованию жизни первым пошел навстречу Институт изучения угля в Мюльгейме.

Рис. 5. Гигантские резервуары аммиака на Баденской анилиновой и содовой фабрике.

29 июля 1912 г. проект этого института впервые был предложен вниманию общества по почину проф. Эмиля Фишера; 29 июля 1914 г., когда уже сгущались тучи войны на горизонте народов, институт был открыт. Эмиль Фишер тогда указал в первую очередь на коксование угля и на возможность усовершенствования этого процесса грубого разрушения органических соединений, заключающихся в угле. Согласно его указаниям, институт не должен был ограничиться односторонним исследованием каменного угля, но вовлечь в круг своих работ также бурый уголь и торф. В качестве проблемы, успешное разрешение которой вызвало бы революцию в области энергетики, Эмиль Фишер тогда уже наметил непосредственное получение электрической энергии из угля с помощью элементов с горючим материалом, на что указывалось уже в начале этой главы. Несмотря на тяжелые времена, в течение последних лет в этом, единственном в своем роде, институте были достигнуты колоссальные результаты. Что касается отношения теоретического изучения угля к технике, то научное исследование в этом институте должно было указать новые пути и выяснить, что вообще возможно сделать в этом направлении и, с другой стороны, что с самого начала обречено на неуспех. Главная задача института заключалась в том, чтобы вообще способствовать пониманию ценности угля, находить новые пути и методы лучшего его использования. Институт таким образом способствовал облагораживанию побочных продуктов угля и поднятию ценности изготовляемых из него продуктов, тем самым все более выдвигая на первый план экономической жизни значение и хозяйственную необходимость облагораживания угля.

Главными областями работы института явились – изучение возникновения угля и изучение его химической структуры, исчерпывающая химическая переработка угля, получение химических побочных продуктов до сжигания угля и электрохимическое сжигание его, сопровождаемое получением электрического тока, но уже после извлечения побочных продуктов угля. После того как стало известно, что уголь состоит из остатков растений, выдвинули предположение, что главной составной частью угля является целлюлоза. Опыты Мюльгеймского института привели к воззрению, согласно которому уголь образовался из составной части растений, на которую до сих пор в этом отношении не обращали внимания, а именно из так называемого лигнина. Более старые и в частности деревянистые части растений состоят в сущности не только из целлюлозы, воска и смолы, но и из лигнина или лигниноподобных веществ. Дубовое дерево содержит, например, 30 % лигнина, скорлупа грецкого ореха – даже 50 %. Различные исследователи высказывали предположение, что часть молекулы этого лигнина обладает структурой бензола. В дополнение к этому Мюльгеймский институт открыл, что лигнин и естественная гуминовая кислота, далее бурый и каменный уголь, лишенные битумов, при окислении дают бензойную кислоту, тогда как целлюлоза не обладает этим свойством.

Рис. 6. Устаревшая установка для производства бензола, добываемого при коксовании угля.

Для химической переработки угля, – иначе говоря, для превращения угля без остатка в другие химические продукты, – существуют три пути: озонирование, окисление под давлением и гидрирование. При первых двух методах пользуются кислородом, при последнем – водородом. В первых методах при участии воды добиваются того, чтобы не могло произойти сжигание углерода, но чтобы соединения, из которых состоит уголь, путем химического разложения были превращены в иные и именно ценные вещества.

Путем метода озонирования институту удалось все виды угля превратить в органические, растворяющиеся в воде соединения.

Вторым путем, избранным институтом в целях переработки угля, явилось окисление под давлением. В отвесной стальной трубе находится водный раствор углекислого натрия и измельченного в порошок угля. При температуре около 200° Ц сжатый воздух нагнетается чрез жидкое содержимое трубы. Путем действия кислорода атмосферного воздуха удается таким образом все виды угля полностью перевести в растворимые органические соединения.

Третий путь – гидрирование, – обработка угля водородом. Этот метод, который был усовершенствован за последние годы проф. Бергиусом, будет подробно освещен в другом месте.

Помимо всех этих методов разработан был технически более простой метод разложения угля исключительно под влиянием теплоты. И здесь также можно отметить самые разнообразные методы.

Рис. 7. Перегонные кубы для выделения аммиака при газификации угля.

Простейшим методом воздействия тепла является сушка угля. Как известно, не только каменный уголь, но, главным образом, бурый уголь в необработанном состоянии весьма сильно насыщен водой. Содержание воды, например, в торфе достигает свыше 50 %, в буром угле – 40 % и в длиннопламенном угле – 5 %. Рука об руку с сушкой бурого угля идет брикетирование, как с прибавлением песка, так и без такового, вследствие пластичности и битуминозности угля.

Наиболее целесообразным способом извлечения из угля ценных веществ, особенно масел, являлся способ разложения угля при сухой перегонке. Если при нагревании угля медленно повышать температуру, необходимую для сушки, то при этом процессе имеют место следующие явления: при 100° появляется водяной пар, при 330° – углекислота и сернистый водород, при 500° – сырой газ и деготь, при 800° – аммиак и водород и при 1 000° – водород. При этом методе, разумеется, самое главное в том, чтобы располагать соответствующим высокоценным углем, который обеспечивает получение соответственно ценных побочных продуктов.

Рис. 8. Коксование и гидрирование угля. Диаграмма иллюстрирует крупное значение гидрирования угля: налево – результат коксования; направо – результат современных методов.

Для угольного хозяйства до сих пор важное значение имел процесс, совершавшийся между 350° и 500°. Этот метод называется коксованием при низкой температуре, причем, как сказано, получается деготь и сырой газ. В качестве твердого остатка получается так называемый полукокс, содержащий еще соединения азота и 10 % летучих составных частей угля. При дальнейшей обработке этого полукокса с помощью более высокой температуры при 800° выделяется аммиак и водород, а при 1000°– только водород.

Чтобы исследовать уголь в отношении содержания побочных продуктов, Мюльгеймский институт, как и вообще в технике, пользуется так называемым перегонным аппаратом, состоящим из алюминиевой реторты, в которой равномерно нагревается наполняющий ее уголь. В этот аппарат вводятся небольшие количества угля, последний нагревается и получающийся деготь собирается в стеклянный сосуд и взвешивается. В целях еще более точного исследования дегтя пользуются вращающимся барабаном или вращающейся печью.

В первую очередь для извлечения высокоценных побочных продуктов обращаются к каменноугольному дегтю. Самыми главными составными частями его являются искусственная нефть и фенолы. Использование добываемой при этом искусственной нефти будет полным лишь в том случае, если перегонка будет осуществляться по методам, применяемым и в нефтяной промышленности. Труднее было проникнуть в сущность фенолов. Посредством открытого в Мюльгеймском институте метода фенолы путем нагревания с водородом до 750° в вылуженном изнутри железном аппарате при обыкновенном давлении могут быть превращены в бензол и толуол, давая весьма значительный выход этих веществ. По методу, применяемому обществом «Тетралин», возможно с помощью катализатора, в данном случае тонко измельченного никеля с водородом, превращать фенолы при незначительном давлении в моторное топливо, так называемый циклагексаноль.

Полукокс, продукт первичного коксования, также содержит еще все азотистые вещества угля, которые поддаются превращению как в газ, так и в масла.

Здесь уместно дать краткий обзор применения побочных продуктов, согласно таблице, составленной Эмилем Фишером:

Применение побочных продуктов.

1. Сера: сельское хозяйство и химическая промышленность.

2. Аммиак: сельское хозяйство.

3. Составные части дегтя: получение энергии в нефтяных моторах или в нефтяных турбинах.

4. Сырой газ: для химической переработки.

Применение основных продуктов.

1. Полукокс: а) топливо; б) для брикетирования; в) для сжигания в форме угольной пыли.

2. Генераторн. газ, получ. при газификации полукокса: а) для отопления, б) для газовых машин, в) для электрических элементов с горючим материалом, г) для термоэлементов, д) превращение газов в масла или химические продукты, напр., с помощью электрического разряда.

Из числа упомянутых здесь методов получения нефти из угля, описание которых заимствовано из статьи проф. Фишера в «Прусских ежегодниках» (185-й т.), огромное значение приобрела за последние годы бергинизация[4]4
  Приоритет в области гидрирования угля принадлежит русскому академику Ипатьеву, опыты которого были лишь усовершенствованы Бергиусом. Прим. перев.


[Закрыть]. В 1913 г. проф. Бергиус в Гейдельберге занялся проблемой извлечения из угля его высокоценных элементов– различных масел. Он исходил из того факта, что минеральные масла (нефть, бензин) представляют собою соединение углерода и водорода. Из химии же известно, что синтез этих двух химических элементов представляет большие трудности. После неустанных попыток проф. Бергиус добился своей цели, и в настоящее время европейское угольное хозяйство стоит перед крупным переворотом, вызванным превращением угля в нефть. В Маннгейме-Рейнау были достигнуты путем упорной неустанной работы первые успехи. Проф. Бергиус пытался обрабатывать уголь при 150 атм. давления и 450° Ц. Таким путем он открыл возможность добывания масла из угля. Одновременно ученый открыл также, что получающийся в результате его процесса остаточный уголь способен не только выделять водород, как при коксовании, но при соответствующих условиях и поглощать его. Его задача теперь заключалась в том, чтобы сделать возможным химическое расщепление угля путем связывания водорода, одновременно избегая процесса коксования. После долгих усилий ему удалось химически связать углерод с водородом. Преимущество этого нового метода заключается главным образом в том, что для превращения угля в жидкое состояние могут применяться и малоценные сорта угля, что можно только приветствовать, принимая во внимание перепроизводство бурого угля в европейских угольных шахтах.

Химическая основа разжижения угля по методу Бергиуса заключается в следующем: известно, что уголь является смесью углеводорода с распыленным углеродом. Если теперь заставить водород вступить в подобную смесь, то происходят два явления: 1) тяжелые углеводороды угля ложатся как бы пластами на водород, превращаясь при этом в более легкие, насыщенные углеводороды; 2) углерод угля соединяется при высокой температуре с вводимым водородом в новые углеводороды, представляющие собою маслянистую смесь, что и означает разжижение угля.

Рис. 9. Превращение угля в нефть (гидрирование). Схематическое изображение установки для гидрирования угля по методу Бергиуса: а) пресс, Ь) нагнетательный сосуд, с) реакционный сосуд, в котором происходит разжижение угля, g) водородный насос, через который газ нагнетается в сосуд. Получаемые продукты направляются затем через трубопровод d) в холодильник, е) в приемник, ft) газ отделяется от жидкости. В газометре, i) собираются отпадающие углеводороды. Полученная нефть вытекает из приемника f).

Технически процесс бергинизации проводится, приблизительно, следующим образом: сосуд, в котором происходит реакция, представляет собою толстостенный котел, испытанный на давление в несколько сот атмосфер. В этом котле находится второй котел с тонкими стенками. Промежуточное пространство между внешним и внутренним котлами служит для нагревания до температуры в 400–500° Ц. С этой целью в промежуточное пространство нагнетаются под большим давлением сильно нагретые газы, причем указанное давление должно быть равно давлению внутри тонкостенного котла. Перегретые газы, отдав часть своего тепла, выходят из котла, конденсируются и снова, будучи нагреты, нагнетаются в промежуточное пространство между котлами. В разжижатель вдавливается паста из масла (продукта угля) и углерода, а также водород под давлением в 150 атм., и вся смесь равномерно размешивается. При этом процессе происходят упомянутые химические реакции, причем уголь превращается в кашеобразную маслянистую жидкость, которая затем покидает аппарат через вентиль вместе со смесью газообразных углеводородов.

Рис. 10. Реакционный сосуд длиной в восемь метров, в котором доктору Бергиусу удалось добиться разжижения угля.

Основную трудность при этом методе представляло получение водорода. Первоначально Бергиус добывал последний путем нагревания под высоким давлением воды и железных стружек в железных трубах. Но этот способ отличался кропотливостью и требовал больших издержек. В настоящее время – и это очень важно для экономичности всего метода – пользуются газообразными углеводородами, которые, как уже сказано, после процесса улетучиваются из разжижателя, т. е., иными словами, выделяющийся при превращении угля в нефть ценный водород улавливается и затем снова поступает в работу. Кроме того пользуются водородом из коксовальных газов, который, не требуя дополнительной очистки, довольно быстро вступает в реакцию с углем. Итак, весь необходимый для гидрирования водород добывается из самого угля.