Газификация топлива и подземная газификация угля


Ежедневно сотни миллионов кубических метров воздуха попадают в топки печей, где сжигается топливо. Процесс сжигания топлива — это химическая реакция соединения углерода топлива с кислородом воздуха. Этот процесс может протекать различным путем.

Когда топливо сгорает в топке при достаточном доступе воздуха, то в результате химической реакции горения образуется углекислый газ — химическое соединение, в котором атом углерода соединен с двумя атомами кислорода. Но представим себе такое положение, когда в топку для горения будет поступать недостаточное количество воздуха. В этом случае кислорода может и не хватить, чтобы образовался углекислый газ. Произойдет неполное окисление углерода топлива, в результате которого получается не двуокись углерода, а лишь окись углерода — ядовитый горючий газ, при сгорании которого выделяется большое количество тепла. Горючесть и большую теплотворную способность окиси углерода легко объяснить.

В молекуле окиси углерода на один атом углерода приходится только один атом кислорода. Окись углерода является ненасыщенным химическим соединением, стремящимся соединиться с недостающим ему еще одним атомом кислорода. При таком соединении происходит полное окисление углерода — химическая реакция, в результате которой выделяется значительное количество тепла.

Свойство угля (и других видов топлива — сланцев, дерева, торфа) превращаться при горении в атмосфере с недостатком кислорода в горючий газ используется в технике очень давно. Такой процесс превращения твердого топлива в горючий газ называется процессом газификации твердого топлива и производится в специальных аппаратах — газогенераторах, то есть производителях газа.

Газификация топлива — важнейшая отрасль химической индустрии. Газообразное топливо удобнее и выгоднее твердого. Твердое топливо при сгорании выделяет много пыли, сажи и вредных химических примесей. Газ горит без копоти, ярким, чистым пламенем. Газ при горении развивает гораздо более высокую температуру, чем уголь или дрова. Все это особенно важно для таких высокотемпературных процессов, какие происходят в металлургическом производстве, в производстве стекла и многих других.

Газовое топливо очень гигиенично. Оно не требует для своего сжигания ни громоздких, котельных, ни железных дорог для перевозки, ни рабочих для нагрузки и выгрузки.

Под давлением газ сам двигается по трубам в любом направлении, подымается в горы, на верхние этажи зданий, спускается в долины и в глубокие подземелья. Вдали от больших городов твердое топливо газифицируется и по газопроводам направляется в дома, в топки фабрик и заводов. Наконец, газ обладает еще одним неоценимым качеством. Это не только замечательное топливо, но и превосходное химическое сырье. Используя горючую окись углерода, можно получать целую гамму синтетических спиртов, уксусную кислоту, жидкое топливо и прочие химические продукты. Но, чтобы газифицировать уголь, его нужно извлекать из глубоких шахт, из недр земли.

Людям давно известны подземные пожары на угольных копях. Такие пожары являются бичом угольных районов. Много ученых и инженеров думало над тем, какими средствами можно наиболее быстро и полно ликвидировать это стихийное бедствие.

Наблюдал эти пожары и великий русский химик Д. И. Менделеев; в противоположность другим, он думал не только над тем, как нужно тушить такие пожары, но и как их можно искусственно разжигать. Он выдвинул идею подземной газификации угля. Сущность идеи Менделеева заключается в следующем:

При подземных пожарах под землей сгорает уголь; при этом образуется углекислота. Если бы удалось ограничить доступ кислорода к месту пожара под землей, то можно было бы довести горение угля только до образования окиси углерода и получать ценнейший горючий газ. Выводя этот газ из-под земли и собирая в газохранилище, его можно далее очистить от вредных примесей, сжимать компрессором и по трубам направлять к потребителям (рис. 9).

Подземная газификация угля открывала новые горизонты в целесообразном использовании угольных богатств страны.

Вам известен героический труд шахтеров. День и ночь многие тысячи людей работают в. глубоких шахтах, добывая уголь. Раздробленный уголь вывозят из забоев и при помощи сложных подъемных сооружений выдают на поверхность земли. Добытый уголь- сортируют и грузят на железнодорожные платформы. Уголь, далее, перевозят по железным дорогам на сотни, а иногда и тысячи километров, прежде чем сжечь его в топках электростанций, фабрик и заводов или в котельных жилых домов. Тысячи тонн угля сжигаются в топках тех самых паровозов, которые везут его к месту назначения. Значительное количество всех грузовых платформ и вагонов страны занято перевозками угля. А сколько угля тратится при его погрузке, разгрузке, транспортировке?

Тяжелые клубы дыма подымаются из заводских труб, и угольная пыль оседает на землю, загрязняя воздух городов. Едкая пыль — неразлучный спутник угля.

Подземная газификация избавляет людей от всех этих непроизводительных расходов угля, тяжелого труда рабочих под землей, от загрязнений воздуха, связанных с сжиганием угля. Но и это не все.

Ученые подсчитали, что почти три четверти угольных запасов мира находится в таких пластах, которые нельзя разрабатывать обычными шахтными способами (они слишком тонки, в них негде разместиться шахтеру с его механизмами; многие угольные месторождения сильно перемешаны с пустыми породами или находятся в таких почвах, где нельзя строить шахты). Большая часть угольных месторождений при старых методах добычи угля оказывается, таким образом, недоступной человеку. Но даже и в тех пластах, где добывается уголь, почти половина его остается под землей.

Реализуя гениальную идею Менделеева, люди могли бы значительно более полно и рационально использовать угольное богатство Земли. Но идея Менделеева не могла быть использована в условиях капиталистического общества. Владельцы железных дорог не были заинтересованы в сокращении угольных перевозок, а владельцы угольных копей — в сокращении подземной добычи угля.

Капиталистам нет дела до хищнического истребления угольных запасов земных недр, до облегчения условий человеческого труда и быта, их интересует лишь наибольшая прибыль. Проблема подземной газификации выходит за рамки частнособственнических интересов отдельных капиталистов и их объединений. Это громадная общественная проблема, которая не умещается в рамках капиталистических отношений и для своего осуществления требует другого общественного устройства, где были бы ликвидированы эти частнособственнические отношения. Таким образом, идея Менделеева, которую В. И. Ленин в 1913 году в своей статье назвал «одной из великих побед техники», является достоянием нового общественного строя, новой эры развития человеческого общества, эры, идущей на смену капиталистическому обществу.

Более полувека 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».

Эта эпоха настала, это — эпоха социализма. Советские инженеры и ученые, разрабатывающие наследие Менделеева, творчески его обогащают и строят новую, невиданную в мире промышленность подземной газификации угля. Одним из коренных усовершенствований процессов подземной газификации является применение в нем кислорода.

Для процесса газификации угля азот не нужен. Наоборот, большое количество азота в воздухе, идущем для процессов газификации, вредно, так как присутствие азота снижает скорость процесса газификации, разбавляет горючий газ инертными примесями, не принимающими участия в процессах горения, и снижает таким образом теплотворную способность горючего газа. Транспортировать этот балласт по трубам к потребителю, затрачивая энергию на его сжатие, также не имеет никакого смысла.

Применение обогащенного кислородом воздуха в процессе подземной газификации снимает все эти проблемы. Газификация угля ускоряется; упрощается процесс управления и регулирования подземного пожара, получается полноценное и удобное для транспортирования горючее и химическое сырье.