Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

«…Один сумасшедший предлагает осветить Лондон, и чем бы вы думали?

Представьте себе — дымом!…»

Вальтер Скотт

«…Сделать изобретение легко; гораздо труднее найти ему практическое применение…»

Томас Эдисон

К концу XVIII века были нащупаны возможности производства искусственного газа с последующим применением его в хозяйственных и промышленных целях. Тогда же, горю­чий газ, получаемый из каменного угля и других топ — лив (главным образом, древесины, жира морских жи­вотных и, в последующем, нефти и нефтепродуктов), научились использовать. Так, первая в мире газовая турбина, точнее — газотурбинный двигатель (см. Рис. 3.1), запатентованный в 1791 г. англичанином Джо­ном Барбером, работал именно на таком газе — пиро — лизном газе, получаемом при сухой перегонке камен­ного угля.

Горючий газ и воздух поршневыми компрессо­рами подавались в камеру сгорания. Продукты сгора­ния поступали в осевую активную газовую турбину, которая через механическую передачу из цепей и ба­лансиров приводила упомянутые компрессоры. Была даже предусмотрена система водяного охлаждения турбины. Таким образом, двигатель Барбера, содер­жал все основные элементы газотурбинного двигате­ля. Двигатель был разработан для приведения в дей­ствие безлошадной повозки.

Для успешного преодоления дистанции, отде­ляющей теоретические исследования от практики, требовалось создать определенные условия. Внедрение изобретений во все времена может быть осуществлено только при наличии:

— интеллектуальных ресурсов, способных не только генерировать, но и развивать и адаптировать перспективные идеи к имеющемуся в наличии уровню научного и промыш­ленного развития;

— государственных деятелей/бизнесменов/некоммерческих структур, способных и гото­вых проинвестировать связанные с этим работы;

— потенциальных клиентов, нуждающихся в созданных на основе изобретений товарах и/или услугах, и способных их приобрести.

Таким образом, зарождение промышленности искусственных горючих газов (как и лю­бой другой новой отрасли) могло произойти только в странах с мощной и достаточно разви­той экономикой (с крупными фабрично-заводскими предприятиями) и относительно высо­ким уровнем образования.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

Рис. 3.1 Схема газотурбинного дв иг аггел я Джона Барбера, 1791 г

По состоянию на конец XVIII века условиям, перечисленным выше, в наибольшей сте­пени отвечали два европейских государства — Великобритания и Франция. Дополнительным фактором служило то обстоятельство, что эти две страны уже долгое время находились меж­ду собой в жестком политическом и экономическом противостоянии. В частности, они не могли допустить усиления противника хоть на каком-то направлении развития науки и тех­ники. И не случайно, именно английские и французские учёные, зачастую едва ли ни дыша друг другу в затылок, бились над одними и теми же задачами.

Именно так и случилось с технологией и оборудованием газификации конденсированных топлив: даже по прошествии более, чем двух столетий историки не пришли к единому и од­нозначному мнению кому же здесь принадлежат лавры перво­открывателя — англичанину (шотландцу) или французу.

Часть историков считает, что создателем первого газоге­нератора является французский инженер, профессор механики Парижской школы мостов и дорог Филипп Лебон (см. Рис. 3.2).

Однажды, в 1788 г. (по другим данным двумя годами ра­нее) он бросил горсть сухих древесных опилок в стоявший на огне сосуд. Через некоторое время из сосуда поднялся густой дым, который вспыхнул на огне и дал яркое светящееся пламя. Ученый понял, что случай помог ему сделать открытие чрезвы­чайной значимости.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

В 1794 г. (по другим данным пятью годами позже) Ф. Ле-

Бон получил патент на аппарат перегонки древесины и угля, в 1799 г. — на постройку газового

Завода (с получением горючего газа, древесного спирта и дёг­тя), а ещё через два года, в 1801 г., — на проект газопоршневого двигателя.

Двигатель работал по принципу парового двигателя, только вместо пара в его цилиндр подавался искусственный горючий газ, зажигаемый поочерёдно по ту и другую стороны поршня (см. Рис. 3.3).

К началу XIX века Лебон осветил свой дом и сад газо­выми фонарями. Один из парижских журналов тогда отклик­нулся на эти события следующими словами: «…Господин Ле­бон доказал, что рачительно собранным дымом можно про­извести приятную теплоту и весьма яркий свет. Делая опы­ты над своим изобретением, сверх семи комнат, осветил он целый сад.».

30 ноября 1799 г. Ф. Лебон предложил правительству Франции аппарат для общественного отопления и освещения, но предложение отвергли. Это было вполне в духе времени — пятью годами ранее на просьбу отсрочить казнь другому выдающемуся учёному А. Лавуазье, имеющему отношение к нашей теме (см. Гл. 2), революционным судом было заявлено «Республика не нуждается в гениях!» Как мне это напоминает ещё одну страну (только в ней это происходило и происходит неза­висимо от политического режима.)!

Свой аппарат для перегонки в газообразное состояние твёрдых топлив Лебон назвал «термолампом», что в переводе означает «теплосвет». Некоторое время спустя это название позаимствует для своего аппарата получения горючего газа отечественный изобретатель П. Г. Соболевский (см. Гл. 4).

В 1801 г. русский посол во Франции Д. А. Голицын предложил профессору переехать в Россию, для внедрения там своего изобретения, но француз отказался покидать родную страну. Не смотря на данный ранее отказ французского правительства, он был уверен, что его изобретение будет полезно Франции.

Вскоре Ф. Лебон за свой счёт оборудовал систему газового освещения в парижской гостинице «Сеньеле». Благодаря его усилиям была освещена и одна из парижских улиц (Сент-Доминик).

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

Рис. 3.2 Филипп ЛеСон (176Э — 1804 гг.)

Эта деятельность учёного вызвала нешуточную обеспокоенность многих коммерсан­тов, отвечающих в то время за уличное освещение и получающее на этом немалый доход. Они развернули травлю изобретателя, не прекращавшуюся до его таинственной смерти в 1804 г. в 35-летнем возрасте (его труп нашли на Елисейских полях с 13 кинжальными ранами в груди).

Другая, не менее представительная часть историков уве­рена, первенство в области ГКТ по праву принадлежит шот­ландскому механику и изобретателю Уильяму Мердоку (см. Рис. 3.4), работавшему в конце XVIII века у знаменитого изобрета­теля парового двигателя Джеймса Уатта.

Мердок параллельно и не зависимо от Лебона занимался вопросами получения горючего газа из твёрдого топлива (пре­жде всего из каменного угля) в Англии. Есть сведения, что он, начиная с 1792 г. осуществлял эксперименты, результатом ко­торых стало получение искусственного горючего газа из камен­ного угля (существовало, правда, мнение, что газ был всё-таки побочным продуктом, а целью Мердока было «светильное мас­ло»). Кроме того, начиная с 1798 г. он разрабатывал различные конструкции газовых горелок, в которых сжигал полученный газ, а также исследовал формы реторт, где собственно и осуще­ствлялся процесс газификации.

Первый сконструированный У. Мердоком газовый фонарь состоял из реторты с углями, четырехфутовой гнутой стальной трубки и старого мушкета. Этот светильник воспламенялся посредством оружейного кремневого бойка, наподобие современной зажигалки.

Ещё одним изобретением шотландца стал переносной газовый фонарь по конструкции и размерам напоминавший шотландскую волынку. Газом Мердок освещал собственный дом в Редруте и офис в Корнуэлле, а также с 1802 г. фабрику Бультона и Уатта в Бирмингеме (по другим данным — это произошло на несколько лет раньше) и с 1803 г. — бумагопрядиль­ную фабрику Филипса и Ли в Манчестере, а также один из лондонских театров.

Разрешить этот спор можно, уточняя вид твёрдого топлива, из которого научились производить, и, главное, применять горючий газ наши претенденты. Применительно к древе­сине и биомассе в целом первенство с чистым сердцем можно отдать французу Филиппу Ле — бону. А вот когда речь зайдёт об угле и других горючих ископаемых (каустобиолитах) — тут бесспорным пионером будет англичанин (шотландец) Уильям Мердок. Но лично я бы разре­шил этот спор в пользу обоих учёных и присвоил бы их изобретению двойное имя — газоге­нератор Лебона-Мердока, ну, или Мердока-Лебона. Тем более что в научном мире это до­вольно распространённое явление.

Генераторный (точнее — пиролизный) газ первоначально, в начале позапрошлого столетия, был назван «Светильным газом» (в английской терминологии: «outdoor lighting gas»). Такое на­звание объясняется тем, что главным его предна­значением в течение почти всего XIX века и до середины XX века включительно было освещение улиц и площадей городов Европы, США, Канады и Австралии (см. Рис. 3.5).

Примерно Полтора века (в течение почти всего XIX века и более половины XX века) ГГ Уже был в числе основных энергоносителей на­шей цивилизации. Более того, газовое освещение было в XIX столетии синонимом Просвещения и технического прогресса.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

Рис. 3.4 Уильям Мердок (1754-1839 гг.)

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

Правда, когда в начале XIX века ещё один энтузиаст газификации Фридрих Альберт Винцер, Уроженец немецкого города Брауншвейга, пред­ложил использовать для освещения Лондона газ, Рис. 3.5 Ночь, улица, фонарь… образующийся при нагревании без доступа возду — (аптека — за угл°м) ха каменного угля, его встретил град насмешек и

Издевательств. Владельцы свечных заводов, боясь потерять свои прибыли, объявили изобре­тателя сумасшедшим. О нём писали фельетоны, слагали саркастические стишки и забавные песенки. Присоединился к скептическому хору, в частности, и всемирно известный англий­ский писатель Вальтер Скотт (см. эпиграф к главе). Однако насмешки не остановили изо­бретателей. Винцер и Мердок настойчиво доказывали повсюду свою правоту. И вот в 1804 г. в Лондоне было учреждено первое общество газового освещения, а в 1806 г. огни газовых фонарей осветили улицу Пэлл-Мэлл в английской столице.

Стараниями британцев, трепетно относящихся к своей истории, именно этот год счита­ется годом рождения мировой газовой отрасли.

В том же 1806 году в Лондоне впервые в истории была осуществлена очистка газов от вредных примесей средствами химического связывания (при очистке светильного газа от се­роводорода), а стараниями Дэвида Мервила первые экспериментальные установки для полу­чения светильного газа появились и за океаном в США.

Первые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) использовали в качестве топлива имен­но газообразное топливо искусственного происхож-дения.

Так, в 1806 г. швейцарским инженером Фражуа Исааком де Ривасом был построен и год спустя запатентован, возможно, первый в истории ДВС, работающий на смеси воздуха с каменно-угольным светильным газом либо на водородно-кислородной газовой смеси.

В 1807 году он подал заявку на патент под названием «Использование взрыва светиль­ного газа или иных взрывающихся материалов как источника энергии в двигателе».

В том де году изобретателем была предпринята попытка встроить этот двигатель, со­стоящий из цилиндра, в котором за счёт взрыва горючей газовой смеси поршень перемещал­ся вверх, а при движении вниз приводил в действие качающийся рычаг или ременной шкив, в некое подобие автомобиля. Но очередная война (де Ривас был офицером наполеоновской армии) прервала дальнейшее развитее этого предшественника автомобиля с ДВС.

Почти сразу светильный газ стали использовать в качестве источника света на маяках — сначала в Англии (с 1806 или 1807 года), а затем, с 1818 г. — в итальянском Триесте и с 1819 г. — в окрестностях немецкого Данцига (теперешнего польского Гданьска).

С 1809 года заводчик и инженер Оберто (Франция) начал использовать колошниковый (доменный) газ для цементации стали (насыщения поверхностного слоя углеродом), обжига кирпича, выжигания извести и для других подобных термических процессов. Двумя годами позже Оберто взял привилегии на эти техпроцессы.

В 1811 г. П. Г. Соболевский завершает работы по созданию первого российского аппа­рата для получения светильного газа (см. Гл. 4).

По проекту У. Мердока в начале XIX века были освещены прядильные фабрики в граф­стве Ланкашир и мануфактуры в Сохо.

Эти успехи, привлекли внимание других учёных и инженеров, которые занялись усо­вершенствованием разработок Мердока. В их числе можно отметить химика Генри и меха­ника Клегга.

Сэмюэлю Клеггу принадлежит, в частности, идея применения извести для очистки газа. Он предложил также особую систему приемников, в которых могла сгущаться смола, прибор для регулирования давления, ретортные печи со сводом (т. н. «печи Клегга») и изобрел газо­метр-счетчик. Наконец именно под руководством Клегга 13 декабря 1813 г. впервые освети­ли газом Вестминстерский мост (именно этот год некоторые историки называют датой соз­дания газового хозяйства в Лондоне).

В тот же 1813 год первые экспериментальные газовые фонари зажглись на Адмирал­тейском бульваре в столице Российской Империи Санкт-Петербурге (см. Гл. 4).

В 1814 г. газовые фонари загорелись на улице Святой Маргариты в Лондоне.

В 1815 г. англичанином Джоном Тайлором была взята привилегия на освещение мас­ляным газом, для добывания которого он употреблял животные и растительные масла. Таким газом освещались некоторое время города Ливерпуль и Гуль. Однако лишь в 70-х годах XIX века освещение масляным газом получило распространение в Европе, когда этот газ стали получать из минеральных масел, нефти и нефтяных остатков.

Использовался для освещения Лондона и го­рючий газ, образовывающийся в системе городской канализации и состоящий преимущественно из ме­тана. Лондонцы такие фонари, стойки которых были сделаны из чугуна, называли «Железными Лилли». Однако главным предназначением данных фонарей было не освещение городских улиц и площадей, а предотвращение образования взрывоопасных смесей в подземных полостях путём их непрерывного сжи­гания.

Среди основоположников технологий газифи­кации КТ и последующего использования ГГ можно также отметить нашего соотечественника П. Г. Собо­левского (см. Гл. 4), С. Мипкедереома (Бельгия), ин­женера Бернардуса (Нидерланды), англичанина Ро­берта Стрита и американца Питера Купера.

В 1815 г. трубы газового завода задымили в американском городе Балтиморе (по другим данным — годом и даже шестью годами позже) и на тёмные ночные улицы города пришёл газовый свет. Эдгар По так описал его в своем «Человеке толпы»: «...лучи газовых фонарей, вначале с трудом боров­шиеся со светом угасающего дня, теперь сделались ярче и озаряли все предметы своим нервным сияни­ем. Все вокруг, было мрачно, но сверкало подобно черному дереву, с которым сравнивают слог Тертуллиана…».

1816 год считается стартовым для газового хозяйства Парижа (см. Рис. 3.6).

В том же году в английском Брайтоне под руководством У. Мердока построен первый промышленный газгольдер (ёмкость или здание для хранения газа, изначально — светильного).

Сооружение имело прямоугольную форму и состояло из металлического бассейна с во­дой, над которым располагался металлический колокол. Газ наполнял пространство между бассейном и колоколом, поднимающимся по вертикальным направляющим. Данный газголь­дер относится к типу т. н. «мокрых газ­гольдеров», представляющих собой либо отдельную конструкцию, либо устанавли­вающихся в специальном здании. Че­тырьмя годами позже датируется появле­ние первого газгольдера цилиндрической формы (автор — другой англичанин и ос­новоположник газового дела С. Клегг).

В том же 1816 году свой первый па­тент на «. машину, которая производит движущую силу посредством нагретого воздуха.» получил пастор, в последствии министр Шотландии по делам церкви, Ро­берт Стирлинг. В 1827 и 1840 гг. он полу­чил ещё два патента на усовершенство­ванные двигатели внешнего сгорания.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

Рис. 3.6 ПарижскиИ газовый фонарь XIX века, доживший до наших дней. На заднем плане — Эйфелева башня

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

Рис. 3.7 Зрительный зал парижской «Гранд-Опера»

Проиграв двигателям внутреннего сгорания конкурентные битвы в XIX и XX столетиях, двигатели Стирлинга имеют хорошие шансы взять реванш в текущем веке. Естественно, что в качестве топлива

для таких двигателей могут быть использованы и горючие газы, полученные искусственным путём. А, учитывая некоторые особенности этих газов, именно двигатели внешнего сгорания являются предпочтительными в случае преобразования химической и тепловой энергии гене­раторных и им подобным газов в механическую и в электрическую энергию (см. Гл. 31).

В 1818-1820 гг. зажглись газовые фонари в Париже, в частности, в зале французской Королевской академии музыки и танца (знаменитой «Гранд-Опера»; см. Рис. 3.7).

Но далеко не везде светильный газ принимался благосклонно. Так, в 1819 г. на предло­жение осветить газом улицы немецкого Кёльна отцы города ответили решительно и твёрдо: «…Ночное освещение улиц противно божеским законам, ибо господь не для того создал мрак ночи, чтобы человек нарушал его.». По мнению полиции многих стран, ночное освещение делает лошадей пугливыми, а воров и разбойников, напротив, смелыми. Крайне вредными для здоровья считались также возможные утечки газа. В викторианскую эпоху считалось, что от светильного газа портились обои, книги, мебель, серебро. Т. к. при горении газа расходовался кислород, комнаты требовалось тщательно вентилировать. Популярность фикусов как комнат­ных растений возросла из-за того, что они могли выносить душную атмосферу.

Но распространение газового освещения было уже не остановить. В 1820 г. газовое ос­вещение появилось в американском Бостоне, а в 1823 г. — и в Нью-Йорке.

К 1823 году на лондонских улицах дарили свой свет прохожим уже почти 40000 газо­вых ламп, общая протяжённость газопроводов составила 215 миль.

В том же 1823 г. английский воздухоплаватель, пилот и конструктор Чарльз Грин пер­вым предложил наполнять аэростаты светильным газом вместо водорода (позднее он совер­шил на них 498 полетов), а другой англичанин Самуэль Браун построил первый в истории газовый ДВС, работающий на светильном газе и получил на него два патента. Поршень в ци­линдре его машины поднимался за счёт давления сгоравшей газовоздушной смеси, а опус­кался под действием атмосферного давления. Разряжение под поршнем создавалось за счёт охлаждения оставшихся после выпуска из цилиндра продуктов сгорания. Воспламенение га­зовоздушной смеси производилось при помощи открытого пламени. В двигателе Брауна Впервые предусматривалось водяное охлаждение. Экспериментировал в 1820-е годы изобре­татель и с собственным двигателем на водородном топливе. Причём этот ДВС Браун пред­полагал использовать в качестве силового агрегата транспортного средства.

В 1824 г. С. Карно теоретически обосновал необходимость предварительно­го сжатия топливной смеси (воздуха и ис­кусственного горючего газа) в рабочем ци­линдре двигателя.

В 1825 г. Английский физик и химик, основоположник учения об электромагнит­ном поле Майкл Фарадей впервые выделил бензол С6Н6 из жидкого конденсата све­тильного газа.

1825 год стал первым и в истории га­зификации Германии. В этом году были возведены газовые заводы и устроено газо­вое освещение улиц в Берлине (по другим данным газовые фонари появились в гер­манской столице годом позже) и Ганновере (см. Рис. 3.8).

В 1828 г. осветились газовым светом улицы и площади Дрездена.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

Рис. 3.8 Газовые фонари XIX века, дожившие до наших дней на улицах Ганновера

В самом начале система немецкого газоснабжения основывалась на коксовом газе, ко­торый использовался исключительно в целях освещения. При этом уголь (в западной части Германии больше каменный уголь, на востоке — бурый) нагревался без доступа воздуха и превращался в кокс (ценный продукт для металлургии), а также выделяется горючий газ, ко­торый и являлся главным газообразным энергоносителем того времени.

В 1830 г. инженеру Доновану удалось использовать карбюрированный нафтали-ном водяной газ, полученный при продува-нии водяного пара через слой раскаленного кокса в реторте, для осветительных целей в Дублине (Ир­ландия). Однако производство газа в ретортах с внешним обогревом было очень дорогим и невыгодным.

В том же 1830 г. германский естествоиспытатель, хи­мик, промышленник и философ, член Прусской академии наук Карл фон Райхенбах (см. Рис. 3.9) впервые получил парафин из нефти, а также путём сухой перегонки дерева, торфа и каменного угля новый осветительный продукт — «фотоген», который прекрасно заменял китовый жир при использовании в лампах освещения.

Несколько позднее Рейхенбах построил первый в мире завод для сухой перегонки дерева в Баварии.

В 1832 г. К. Райхенбаху впервые удалось получить (в результате дистилляции жидкого продукта (дёгтя) пиролиза бука) креозот, широко впоследствии используемый в меди­цине (в качестве антисептика) и технике (например, для пропитки деревянных железнодорожных шпал). Эти изобретения принесли Райхенбаху зна­чительное состояние, а в 1839 г. — и титул барона.

В том же году в городе Отене (Бургундия, Франция) был построен небольшой завод су­хой перегонки (пиролиза) природного смолистого шифера и горючих сланцев в масло, при­годное для освещения. Это сланцевое масло также получило название «фотоген», что в пере­воде с греческого на русский язык означает «светород». Немного позднее производство фо­тогена из горючих сланцев получило широкое распространение в Англии. Изготавливали фотоген и в России (см. Гл. 4 и Гл. 6).

В том же 1832 году на одном из германских металлургических заводов француз Фабер дю Фор впервые применил прежде даром терявшиеся колошниковые (доменные) газы для отопления воздухонагревателей сварочных и пудлинговых печей. Это нововведение привело к экономии при выплавке чугуна, т. к. не надо было употреблять для подогрева воздуха до­полнительного топлива.

В 1833 г. немецкий физик и химик Э. Мичерлих получил бензол при сухой перегонке кальциевой соли бензойной кислоты. Именно после этого получения вещество и стали назы­вать Бензолом.

В 1834 г. из продуктов сухой перегонки древесины Думасом и Пелиготом был впервые выделен древесный спирт или метанол — ещё один полезный (хоть и смертельно ядовитый при приёме вовнутрь) жидкий продукт пиролиза биомассы растительного происхождения с химической формулой СН3.

В 1835 г. при перегонке сосновой смолы П. Пельтье впервые получил толуол — жидкий углеводород с химической формулой С6Н5-СН3ОН (тремя годами позднее А. Девиль выделил толуол их бальзама, привезённого из города колумбийского Толу, в честь которого и полу­чил своё название).

В том же 1835 году в Санкт-Петербурге заработал первый российский газовый завод (см. Гл. 5).

В 1838 г. в Англии был выдан патент Уильяму Барнетту, который предложил газ и воздух предварительно сжимать в отдельных цилиндрах, а смесь перед воспламенением до­жимать в рабочем цилиндре двигателя. Годом позже он же запатентовал ещё один ДВС, ра­ботающий на светильном газе.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

Рис. 3.9 Карл фон РейхенВах (1788-1869)

В этом же 1838 г. было положено начало сланцевой промышленности Франции, затем горючие сланцы стали перерабатывать в Шотландии, США, Австралии, Бразилии, Новой Зе­ландии, Швейцарии, Испании, Южной Африке, Чехословакии и других странах. Само слово

«Petroleum» («каменное масло») означало тогда именно сланцевую смолу (масло), и лишь впоследствии так стали называть нефть.

В 1830-х годах французом Аргандом была изобретена газовая горелка для освещения внутренних помещений (в Англии её называли «парламентской горелкой»), широко исполь­зовавшаяся в Европе до конца XIX столетия.

*060

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

Рис. 3.10 Газогенератор Бишофа

В конце 30-х годов XIX века во Франции промышленные газогенераторы создали так­же инженеры Лоранс и Тома. К первым промышленным образцам можно также отнести га­зогенераторы, построенные инженерами Э. Бишофом (1839 г., Германия; см. Рис. 3.10), Эбельманом (1840 г., Австрия) и Экмоном (1845 г., Швеция).

В 1840 г. на смеси доменного и генераторного газа заработала томильная печь Ф. дю Фора. ГГ дю Фор добывал в отдельной печи — «газогенераторе» — из дешевого и непригодного для других нужд камен­ного угля. Газогенератор был шахтным, как доменная печь, без колосниковой решетки. Работал он с выпус­ком жидкого шлака.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

В 1841 г. изобретатель Джеймс Джонстон по­лучил в Англии патент на двигатель, работающий на смеси водорода с кислородом, в немецком Кёльне для хранения светильного газа был построен один из первых газгольдеров промышленного масштаба (см. Рис. 3.11).

В 1842 г. также в Англии Дрейк Запатентовал свой газовый двигатель с калильным зажиганием (патент № 562). Позднее этот двигатель удалось приспособить для работы на керосине.

В начале 1840-х годов немецкий Рис. 3.11 Газгольдер, построенный в

Инженер Э. Бишоф пытался создать пла-

Пламенную печь с полугазовой топкой и добиться экономии в расходовании кокса и угля. Для этой цели он использовал малоценное необогащённое КТ, в первую очередь торф, и об­ращал его в ГГ для последующего использования в плавильном процессе. Усовершен­ствованный газогенератор Бишофа применялся им в местечке Магдешпрунге до 1844 г.

Эбельман примерно в эти же года впервые построил газогенератор, работающий по принципу обращённого процесса газификации, когда КТ, газифицирующий агент и ГГ пере­мещаются в одном направлении.

Этот принцип получил впоследствии широкое распространение в газогенераторных ус­тановках транспортного типа, т. к. чрезвычайно удачно разрешал проблему разложения паров воды и сжигания смолистых веществ, получающихся при газификации древесного топлива (газогенераторы Имберта; см. Гл. 10).

К 1843 году в Париже было шесть газовых компаний (в Лондоне — 17), 8 733 газовых рожка, протяжённость газопроводов — 145 тысяч сажен (280 км).

В 1847 г. в перечень городов, имеющих газовое освещение, вошла чешская столица — город Прага (см. Рис. 3.12). На улице Кенигштрассе (сейчас — Соколовска улица в районе станции метро Флоренц) был построен первый пражский газовый завод.

В том же 1847 г. был построен первый (всего их было четыре) газовый завод в немец­ком тогда городе Бреслау — столице Селезии (ныне польский город Вроцлав; см. Рис. 3.13).

В 1849 г. инженер Петенкрофер (Германия) сконструировал газогене-ратор, на кото­ром впервые получил ГГ, пригодный для освещения улиц, из древесины. Двумя годами поз­же он осветил этим газом вокзал и улицы Мюнхена.

В 1850 г. немецкий химик Роберт Бунзен изобрёл газовую горелку, широко применяе­мую впоследствии в газовых фонарях уличного освещения.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

Рис. 3.12 Старинный газовый фонарь, сохранившийся в Праге до нашего времени

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

Рис. 3.13 Бывший газовый завод польского города Вроцлав (Бреслау)

В этом же году в шотландском городе Бадгейте было построено сланцеперерабаты­вающее предприятие, послужившее прото­типом для целого ряда аналогичных пред­приятий, вводимых в строй позднее. Благо­даря производству на этих предприятиях сланцевой смолы и других химических про­дуктов (таких как, парафины, аммиак, суль­фат аммония и т. п.), а также строительных материалов, шотландская сланцевая про­мышленность просуществовала более 100

Лет, несмотря на более высокую стоимость сланцевой смолы по сравнению с сырой неф­тью.

По состоянию на 1850 год в Германии было 26 городов с газовым освещением.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

С 1850-х годов газовое освещение начи — сначала в Англии, а затем и в странах конти-

Нает свою экспансию и в сельскую местность нентальной Европы. Тогда же появились и первые незаконные подключения — когда втихую присоединялись к чужой трубе и воровали газ. Соответственно появились и первые методы их обнаружения — вечером агент газовой компании включал газ на пол­ную мощность и смотрел, в каких ещё до­мах окна вспыхивали ярким светом.

В 1852 г. газовый завод был построен в восточно-прусском городе Кёнигсберг, а в 1853 г в городе было введено газовое освеще­ние (установлены более 700 газовых фонарей).

24 сентября 1852 г. французский кон­структор Анры Жнффар совершил первый полёт на построенном им дирижабле (см. Рис. 3.14), оболочка которого (2500 м3) была наполнена светильным газом.

В середине XIX века активизировались также работы по использованию искусственных горючих газов в качестве топлива двигателей внешнего и внутреннего сгорания. Так, в 1854 г. итальянцы Еугенио Барзанти и Фетис 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 инженер Киркгамами (Англия) впервые получил водяной газ в газогенера­торе с переменным вдуванием воздуха и пара.

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

В том же 1855 году американец Бенджамин 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 века Аль-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.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

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

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

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

 

Первой из оборудования ГКТ серийного производства удостоилась

изобретённая в 1856 г. в Германии Фридрихом Сименсом (см. Рис. 3.15) в сотрудничестве со своим братом Вильгельмом Сименсом регенеративная печь (см. Рис. 3.16),

Газогенераторы Сименсов 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. Производимое Сименсами 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 лампа Сименса (тепло, выделяемое при горении газа, использовалось для нагревания входящего в лампу воздуха).

В 1857 г. англичанин Е. 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 изобретателей Е. Барзанти и Ф. Матточчи — с противоположно расположенными цилиндрами, а Дегеран 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. небезызвестный Фридрих Энгельс писал другому осново­положнику марксизма-ленинизма Карлу 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 двигатель Барзанти Матточчи производился небольши­ми партиями компанией «Эшер-Висс» в Цюрихе. Но безвременная смерть Барзанти (че­тырьмя годами позднее) и плохое состояние здоровья Матточчи 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 Китцбюэля Кристиан 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.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

Рис. 3.17 Жан Этьен Ленуар Рис. 3.18 Первый газовый

(1822-1900 гг.) двигатель Ленуара 1860 года

 

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

Правда, есть сведения, что Ленуар лишь завершил работы, начатые в 1858 г. его сооте­чественником Хугоном. Впрочем, Ж. Э. Ленуар и 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 заслуга Ленуара 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 двигателей Ленуара. Вместе со своим мотором Ленуар 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 инженер Жильяр 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 установка Ж. 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. Сам Ленуар совершал на нём пробные поездки в окрестностях Парижа.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

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 двигателем Ленуара (см. Гл. 7).

В 1866 г. англичанин Дж. 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.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

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 смолоотделитель Пелуза-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.

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

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

Становление и применение технологий газификации в Европе конца XVIN-середины XIX века

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.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить отзыв