Чтение онлайн

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] , 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.