Огненный воздух

Так кислород помогает извлекать со дна морей и рек тысячи тонн нужного стране металла.

САМОЕ «УДОБНОЕ» ТОПЛИВО

Одним из наиболее важных материалов, без которых не может обойтись человек, является топливо. Уголь и нефть приводят в движение паровозы и корабли, кокс необходим для выплавки чугуна. Энергия, заключенная в угле, нефти, торфе, превращается на электростанциях в энергию электрического тока, с помощью которого освещаются наши жилища, работают многочисленные станки и механизмы.

Не нужно быть большим специалистом в области энергетики, чтобы понять, что из трех видов топлива: твердого, жидкого и газообразного, последнее является самым удобным для использования. Действительно, твердое топливо нужно подвозить и загружать в печь. При горении оно дает большое количество золы; ее необходимо извлекать из печи и вывозить из котельной. Жидкое горючее обладает большими преимуществами. Нефть можно подводить по трубам и впрыскивать в печь через специальные форсунки. Но жидкое топливо — наиболее дорогой вид горючего. Из нефти можно получить бензин, керосин и другие очень ценные вещества, и переработка нефти приносит больше пользы, чем сжигание ее для отопления. Но обратимся к природному горючему газу. Газ тоже можно передавать по трубам. В печи он горит ровно и сгорает целиком, не оставляя золы, не выделяя дыма и копоти. Газовое пламя очень легко регулировать простым поворотом крана. Горючий газ можно предварительно подогревать отходящими из печи газами. Тогда при горении он даст еще больше тепла.

Все эти преимущества газообразного топлива давно заставили ученых и изобретателей заняться изысканием способов превращения твердого топлива в горючий газ. Их работы увенчались успехом. Ныне газификация каменного угля, дерева, торфа и других видов твердого топлива уже освоена техникой.

В последнее время газообразное топливо получает все более широкое применение, вытесняя другие виды горючего. Газом отапливаются печи, в которых выплавляется высококачественная сталь. Многие крупные машиностроительные заводы целиком работают на газообразном топливе, полученном из торфа, сланцев или низкосортных углей. Горючий газ, добытый из древесных чурок в небольших газогенераторах, приводит в движение автомобили и тракторы, сохраняя много ценного бензина. В крупных городах газ широко применяется для отопления зданий, кухонных плит и для других бытовых целей. Наконец, из горючего газа можно получить искусственное жидкое топливо — синтетический бензин.

В чем же заключается газификация твердого топлива? Каким образом куски каменного угля или торфа удается превратить в горючий газ?

КАК ИЗ УГЛЯ ПОЛУЧАЕТСЯ ГОРЮЧИЙ ГАЗ

Каждый из наших читателей не раз сидел у горящей печи или у костра, наблюдая за тем, как пламя пожирает поленья дров. Дерево сгорает, выделяя тепло. Весь углерод, содержащийся в топливе, соединяется с кислородом воздуха, образуя углекислый газ.

Но совсем другое происходит, если сжигание вести при весьма ограниченном доступе воздуха. В этом случае углерод полностью не сгорит. С кислородом воздуха он образует другое соединение, более бедное кислородом — окись углерода, газ, который сам может гореть. В этом, в сущности, и состоит газификация твердого топлива.

Для газификации топлива применяются особые аппараты — газогенераторы. Одни газогенераторы строятся для получения горючего газа из каменного угля, другие — для переработки сланцев, в третьих газифицируется торф. Познакомимся с устройством одного из газогенераторов, предназначенного для газификации угля.

Это — большой цилиндр, выложенный внутри огнеупорным кирпичом. Через верхнюю часть цилиндра — шахту — в газогенератор загружается уголь. Внизу аппарата находится вращающаяся колосниковая решетка, облегчающая удаление отходов от горения угля — шлаков. Снизу же подводится необходимое для горения дутье.

Газификацию можно вести на воздушном дутье. Однако в этом случае горючий газ будет содержать много азота. Как известно, азот не горит, не поддерживает горения и является вредным балластом, значительно ухудшающим качество горючего газа. Можно было бы вдувать в шахту чистый кислород. Но в этом случае в шахте развивается слишком высокая температура, и ход газификации нарушается. Поэтому, как правило, в газогенератор вместе с небольшим количеством воздуха или чистого кислорода вдувают водяной пар. Образующиеся при этом газы содержат новые горючие элементы: водород и соединения водорода с углеродом — так называемые углеводороды. Газ, богатый этими соединениями, горит так же хорошо, как природный газ или бензин, и дает много тепла.

При газификации твердого топлива часть скрытой в нем тепловой энергии безвозвратно теряется — ведь часть углерода сгорает полностью, образуя углекислый газ. Однако, несмотря на это, получение и использование газообразного топлива очень выгодно. Небольшие потери тепла при газификации с лихвой покрываются удобствами применения горючего газа. Поэтому-то пятилетний план восстановления и развития народного хозяйства СССР на 1946–1950 годы предусматривает большое развитие газификации твердого топлива.

Превращение хотя бы части низкосортного угля или торфа на месте их добычи в горючий газ и передача этого газа по трубам к потребителям позволяют значительно разгрузить железнодорожный транспорт от перевозок больших количеств твердого топлива и обеспечить наши города и промышленные центры высококачественным горючим, не дающим при сгорании ни золы, ни дыма, ни копоти.

ОДНА ИЗ ВЕЛИКИХ ПОБЕД ТЕХНИКИ

«Одна из великих побед техники» — так назвал В. И. Ленин свою статью, напечатанную в «Правде» в 1913 году и посвященную подземной газификации угля, то-есть добыче горючего газа прямо из каменноугольных пластов, находящихся глубоко в земле.

Блестящая идея подземной газификации принадлежит великому русскому химику, творцу знаменитой периодической системы элементов, Д. И. Менделееву. Более полвека назад Менделеев писал: «Настанет, вероятно, со временем такая эпоха, что угля из земли выламывать не будут, а там, в земле, его сумеют превращать в горючие газы и их по трубам будут распределять на далекие расстояния».

Немало ученых увлеклось мыслью о газификации угля под землей. Однако только в Советском Союзе эта замечательная идея была осуществлена практически.

Еще задолго до Великой Отечественной войны советские ученые провели большое количество опытов по получению горючего газа из зажженных под землей угольных пластов. Опытные станции подземной газификации угля были пущены в Донбассе, а также в Подмосковном угольном бассейне. Эти опыты, потребовавшие большого и напряженного труда, позволили установить, как идет в недрах земли невидимый и сложный процесс газификации угольного пласта, а затем перейти к практической работе по газификации.

Советские инженеры разработали так называемый поточный метод газификации. Он не требует тяжелого подземного труда и осуществляется так.

В земле с помощью механизмов для глубокого бурения делают два отверстия — выработки (рис. 13).

Рис. 13. Схематическое изображение станции подземной газификации угля. 1 — компрессоры, вдувающие под землю воздух, обогащенный кислородом; 2 — пласт угля; 3 и 5 — вертикальные выработки; 4 — горизонтальная выработка; 6 — скрубер — аппарат, в котором газ очищается от пыли и охлаждается; 7 — приборы управления; 8 — насосы для воды, подаваемой в скрубер; 9 — газопроводы.

Сначала эти отверстия минуют верхние, наносные слои земли — песок и глину. Затем они достигают угольного пласта и пронзают его насквозь. Под землей выработки соединяются между собою узким коридором, в котором и происходит газификация угля.

Угольный пласт зажигается опущенной под землю проволочной спиралью, раскаленной током. По одной из выработок с поверхности земли начинают вдувать воздух или, еще лучше, — кислород. Воздушный поток (поэтому, между прочим, этот способ газификации и называется поточным) омывает раскаленную нижнюю поверхность угольного пласта. Кислород соединяется с углеродом угля, образуя уже известный нам горючий газ — окись углерода.