11.10.2016 в 14:09 Блог

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIV-середины XIX века — 2ч.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIV-середины XIX века — 2ч.

В середине XIX века активизировались также работы по использованию искусственных горючих газов в качестве топлива двигателей внешнего и внутреннего сгорания. Так, в 1854 г. итальянцыЕугенио Барзанти иФетис Матточчи (в других источниках —Матеукки) получили английский, а затем и французский патент на атмосферный двигатель со свободным поршнем. Он работал в трёхтактной последовательности (без хода сжатия) и имел водяное охлаждение. Смесь светильного газа с воздухом воспламенялась под поршнем электрической искрой, и давление продуктов сгорания поднимало свободный поршень вверх. Мощность этого двигателя была 5 л. с.

В 1854 году инженерКиркгамами (Англия) впервые получил водяной газ в газогенераторе с переменным вдуванием воздуха и пара.

15 апреля 1855 г. известный немецкий инженер, конструктор и промышленникГотлиб Даймлер взял патент на газовый двигатель своей конструкции. Топливом для него также служил светильный газ.

В том же 1855 году американецБенджамин Силлиман-младший сделал пионерские исследования в области крекинга нефти (ещё одной вариации на тему пиролиза/газификации жидких топлив), что позволило развиваться нефтехимической промышленности.

Вообще большинство методов переработки нефти основаны или включают в себя процессы газификации КТ. Это и ректификация (перегонка или дистилляция при атмосферном давлении; применяется с начала XIX века в нефтяной и спиртовой промышленности — привет арабскому химику IX векаАль-Кинди, см. Гл. 2, Рис. 2.7), и вакуум-дистилляция, и рифор — минг (в числе целевых продуктов — углеводородный и водородсодержащий газы), и коксование (процесс переработки нефтяных жидких и твёрдых фракций без доступа кислорода, т. е. пиролиз в чистом виде), и др.

В 1856 г. был построен газовый завод в тогда немецком, а ныне польском городе Познань. Завод разместили на острове Гробля, со всех сторон омываемом водами реки Варта. Уголь сначала привозился из Англии кораблями до Щецина, где его перегружали на баржи и по рекам Висла и Варта доставляли на завод. Однако после строительства железнодорожной линии до Бреслау (Вроцлава) уголь начали возить из Силезии. К заводу на острове даже была построена специальная железнодорожная ветка.

Рис. 3.16 Схема регенеративной печи Сименсов (рисунок из энциклопедического словаря Ф. А. Брокгауза и И. А. Ефрона, изданного в 1890-1907 годах)

Рис. 3.15 Фридрих Сименс (1826-1904 гг.)

Первой из оборудования ГКТ серийного производства удостоилась
изобретённая в 1856 г. в ГерманииФридрихом Сименсом (см. Рис. 3.15) в сотрудничестве со своим братомВильгельмом Сименсом регенеративная печь (см. Рис. 3.16),

ГазогенераторыСименсов были с естественной тягой и со ступенчатой колосниковой решёткой. Использование естественной тяги позволило отказаться от двигателей, установка которых в то время была затруднительна. Пар в процесс вводили, просто заливая воду в поддувало. ПроизводимоеСименсами оборудование ГКТ на многие десятки лет стало важнейшим и незаменимым элементом стеклоплавильных, пудлинговых, сталеплавильных (т. н. «сименс-мартеновских»), сварочных и нагревательных печей, работающих по регенеративному принципу.

По этому же принципу функционировала и газовая лампаСименса (тепло, выделяемое при горении газа, использовалось для нагревания входящего в лампу воздуха).

В 1857 г. англичанинЕ. Каупер запатентовал особые вертикальные кирпичные в железных кожухах печи для подогрева воздуха, подаваемого в доменные печи, колошниковыми газами, которые до сих пор называются «кауперами».

В 1858 г. появился другой двухцилиндровый двигатель итальянских изобретателейЕ. Барзанти иФ. Матточчи — с противоположно расположенными цилиндрами, аДегеран получил французский патент на газовый двигатель со сжатием горючей смеси в рабочем цилиндре.

Лондонские потребители светильного газа довольно часто сталкивались с нехваткой последнего. Так, в декабре 1859 г. небезызвестныйФридрих Энгельсписал другому основоположнику марксизма-ленинизмаКарлу Марксу: «.… как только я зажёг газ, то оказалось, что он горит до того тускло, что во всей конторе пришлось остановить работу. В моей квартире уже около недели ещё хуже: из-за продолжительного мороза с туманом столько газа потребляется в течение дня, что вечером совсем нет давления, а, следовательно, нет и света. Это лишает меня возможности написать сегодня статью…».

С 1860 г. двухцилиндровый двигательБарзанти —Матточчи производился небольшими партиями компанией«Эшер-Висс» в Цюрихе. Но безвременная смертьБарзанти (четырьмя годами позднее) и плохое состояние здоровьяМатточчи помешали им в полной мере пожать лавры своего труда, как в материальном, так и в творческом отношении.

В том же году был построен второй (всего их было четыре) газовый завод в немецком тогда городе Бреслау — столице Селезии (ныне польский город Вроцлав), а немецкий инженер, уроженец КитцбюэляКристиан Райтман построил первый четырёхтактный ДВС, работающий на светильном газе.Райтману не хватило сил и удачи продвинуть своё изобретение на рынке и защитить его в многочисленных процессах по патентованию, из-за чего его первенство в этом вопросе нередко оспаривается.

Рис. 3.17 Жан Этьен Ленуар. Первый газовый(1822-1900 гг.) двигатель Ленуара 1860 года

В том же 1860 году бельгийский официант и, по совместительству, инженер и изобретательЖан Этьен Ленуар (см. Рис. 3.17) запатентовал свой трёхтактный ДВС, работающий на светильном газе (см. Рис. 3.18).

Правда, есть сведения, чтоЛенуарлишь завершил работы, начатые в 1858 г. его соотечественникомХугоном.Впрочем,Ж. Э. Ленуари не скрывал, что использовал достижения других изобретателей. В рекламном проспекте на свой двигатель он писал: «…Машина Ле- нуара использует поршень, подобный патенту Стрита, цилиндры двухстороннего действия, как у двигателя Лебона, зажигание электрической искрой, как у машины де Риваца; она приводится в действие газовым топливом подобно конструкции Гершкйна-Хазарда, причем замысел распределения… заимствован у Тальбо. Однако двигатель Ленуара засасывает газ и воздух в пространство между поршнем и цилиндром без применения всегда опасного предварительного смешивания, требующего использования насоса — и это, собственно, является предметом патентной защиты…».

И всё же заслугаЛенуара как одного из изобретателя двигателя внутреннего сгорания очевидна. Двигатель имел большой коммерческий успех. Использовался он для различных целей, даже был установлен на водных (катере) и воздушных (дирижабле; см. Гл. 7) видах транспорта. Своего завода у изобретателя не было, и его двигатель производили французские фирмы «Маринони», «Лефевр» и «Готье». Всего было построено около 500 двигателейЛенуара. Вместе со своим моторомЛенуар запатентовал устройство для приготовления горючего газа из жидкого топлива, состоящее из обогреваемого выхлопными газами бачка с горючим и подвешенными внутри фитилями — первый карбюратор для двигателя внутреннего сгорания, однако на настоящий момент не существует никаких сведений о том, что он когда-либо использовался. Из других его изобретений наиболее известен железнодорожный телеграф.

В 1861 г. французский инженерЖильяр предложил конструкцию камина с камерами для перегонки тощего каменного угля, став, таким образом, прародителем современных газогенераторных печей и котлов (см. Гл. 34).

В 1862-1863 гг. газогенераторная силовая установкаЖ. Э. Ленуара мощностью до 4 л. с. была установлена на восьмиместный открытый одноуровневый омнибус — первый в мире прототип современного автомобиля (см. Рис. 3.19).

Это транспортное средство больше походило на большую деревянную трёхколёсную телегу, но для движения уже не нуждалось в живой тягловой силе. СамЛенуар совершал на нём пробные поездки в окрестностях Парижа.

Рис. 3.19 Омнибус с газогенераторным двигателем Ленуара

Несмотря на прогрессивные отличительные признаки — такие как прямой цепной привод, управляемые колеса и эллиптическая подвеска с плоскими рессорами — эта «самобеглая повозка» из-за относительно небольшой мощности двигателя была выпущена в малом количестве.

В связи с тем, что все самодвижущие повозки тех лет (и газогенераторные и паровые) питались углём и/или дровами, то кроме водителя в таком экипаже в обязательном порядке был ещё и Шофёр, т. е. «кочегар» по-французски.

В 1863 г. Швеция импортировала, в т. ч. из России, 227000 баррелей дёгтя. Это был пиковый год потребления дёгтя в Швеции и мире в целом. Производство дёгтя почти остановилось, когда деревянные суда были заменены стальными.

В настоящее время дёготь можно встретить в фармации в качестве дезинфицирующих и инсектицидных препаратов (например, дегтярное мыло) да в устном народном творчестве.

В качестве примеров можно привести фразеологизм:«Ложка дёгтя в бочке мёда» в русском языке и «оптимистическую» финскую поговорку:«Если баня, дёготь и водка не помогают — значит, болезнь смертельна…».

С середины XIX столетия благодаря стремительному развитию металлургического производства (см. Рис. 3.20) в промышленно развитых странах мира значительно увеличи-лись и объёмы производимых при этом доменных (колошниковых) газов, которые помимо использования самими металлургическими заводами (например, для привода доменных воздуходувок) стали применяться в бытовых целях и в качестве топлива для двигателей внутреннего и внешнего сгорания.

В 1865 году заработал газовый завод, и началась централизованная газификация улиц и площадей в Москве (см. Гл. 6), а немецкий техник Хенлейн взял патент на установку газового двигателя на дирижабле. При этом двигатель работал на светильном газе, наполнявшем оболочку воздухоплавательного аппарата. Семью годами позже состоялись первые полёты дирижабля с газогенераторным двигателемЛенуара (см. Гл. 7).

В 1866 г. англичанинДж. Юнг патентует свой способ разложения (газификации) нефти при нагревании под давлением (крекинг), позволяющий получать бензин и керосин из тяжелых углеводородов.

В 1860-х годах сначала в Лондоне, а затем и в других европейских городах появились и сразу завоевали популярность газовые колонки для нагрева воды в бытовых целях. К газовым бытовым приборам, появившимся в середине XIX столетия, относились также газовые камины для отопления и газовые плиты для приготовления пищи.

Широкое применение светильного газа помимо прочего привело к развитию газоочистки, поскольку в состав этого газа помимо главных компонентов — водорода и лёгких углеводородов (главным образом, метана) — входили оксиды углерода, тяжелые углеводороды, сероводород, сероуглерод, цианистые соединения, твёрдые загрязнители (частицы сажи и золы). Характерным отличием светильного газа, произведенного из нефти, являлось значительное содержание тяжёлых углеводородов (до 25-30, произведенного из угля — серы и золы. Всё это потребовало наряду с совершенствованием карбонизационных печей, представляющих собой главную часть газовых заводов, разработки целой системы очистки производимого газа от вредных примесей.

Рис. 3.20 Доменные печи металлургического завода в городе Мартен, Бельгия. Рисунок 1860-х годов

При производстве угольного светильного газа он поступал в первую ступень очистки, в так называемую гидравлику — наполненный водой клёпаный железный ящик, в который погружались концы газопроводных труб. Помимо исполнения роли гидравлического затвора, предохраняющего печь от взрыва, гидравлика обеспечивала конденсацию смолы и аммиачной воды, которые по сифону стекали в смоляную и аммиачную ямы. Однако гидравлика не обеспечивала полного улавливания смоляных паров, поэтому после неё газ поступал в водяной или воздушный холодильник. Кроме холодильника употреблялись также специальные смолоотделители, в частности смолоотделительПелуза-Одуана, представляющий собой кол

пак из тройной металлической сетки, погруженной нижним краем в воду. Газ процеживался через сетку, при этом происходило разделение паров от газов или конденсация смолы. Однако очищенный от смолы светильный газ все еще содержал много вредных примесей: аммиак, углекислоту, сероводород, цианистые соединения. Поэтому за физической очисткой светильного газа следовала его химическая очистка.

Для удаления аммиака газ промывался водой в скрубберах, которые делились на подвижные и неподвижные.

Первые — это большие вертикальные цилиндры с расположенными внутри полками, на которые накладывался кокс. Вода поступала сверху, а газ снизу. Второй тип — так называемые штандарт- скрубберы — представляли собой горизонтальные, вращающиеся от внешнего привода цилиндры, обеспечивающие встречное движение воды и газа (см. Рис. 3.21).

При карбонизации некоторых сортов углей в газе содержалось очень много нафталина, который удалялся промывкой газа в скрубберах тяжёлым каменноугольным маслом. Очистка от сероводорода и углекислоты производилась в так называемых очистительных ящиках (см. Рис. 3.22) гидратом окиси железа и известью — в закрытых металлических ящиках располагалось несколько полок, на которые раскладывалась очистительная масса, смесь болотной руды с опилками или извести с опилками. Сероводород поглощался гидратом окиси железа, а углекислота — известью, образуя углекислый кальций. Отработавшая очистительная масса, состоящая, главным образом, из сернистого железа, сохраняла способность к регенерации. Для этого ее поливали водой, тщательно перелопачивали, в результате чего из сернистого железа вновь получался гидрат окиси железа и свободная сера.

Одна и та же очистительная масса могла регенерировать 10-12 раз. Важной задачей являлась также очистка светильного газа от цианистых соединений, и не только в санитарном отношении — эти соединения разъедали стенки газовых труб. Вместе с сероводородом и углекислотой циан удалялся в очистительных ящиках или промывкой газа в штандартскрубберах раствором железного купороса.

Рис. 3.21 Комплекс из двух вращающихся штандартскруООеров для промывки светильного газа

Рис. 3.22 Ящик для очистки светильного газа от сероводорода и углекислоты

Таким образом, можно утверждать, что именно широкое использование светильного газа дало толчок к появлению и развитию целой отрасли науки и техники, занимающейся разработкой научных основ и технологий газоочистки, а также созданием газоочистительной аппаратуры.

Вход

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIV-середины XIX века — 2ч.

Похожие записи: