Газовое производство. Светильный газ (le gaz d’eclairage, gaz light, Leuchtgas) — смесь газов, горящая светящим пламенем, содержащая болотный газ CH4 и другие углеводородные газы и пары; получается при сухой перегонке (см. это слово), т. е. накаливанием в ретортах, без доступа воздуха, каменного угля или нефти, или дерева, торфа или различных органических отбросов. Наиболее добывают из каменного угля, так как при этом получаются ценные побочные продукты (кокс, смола, аммиачная вода). Статья эта разделена на следующие отделы: I) о составе каменноугольного газа и его отношении к каменному углю; II) о ретортах и печах, служащих для получения каменноугольного газа; III) о температуре образования светильного газа; IV) охлаждение светил. газа; V) очищение газа; VI) эксгаустеры, или приборы для изменения давления газа; VII) газгольдеры (газохранилища); VIII) распределение газа по сети труб для потребления; IX) нефтяной газ; X) древесный газ. Некоторые статистические данные помещены в статье: Газовая промышленность. Сведения о способах применения светильного газа для освещения (см. это слово) и нагревания изложены в статье Горелки, а о пользовании газом для механических целей — в статье Двигатели газовые и керосиновые.
I. Каменноугольный светильный газ (le gaz de la houille, gaz coal, Steinkohlengas). Мысль и первые опыты применения для освещения газа, получаемого из каменного угля, возникла в конце XVIII столетия; ею одновременно и независимо друг от друга занимались Филипп Лебон в Париже и Вильям Мурдох в Англии. С тех пор это дело выросло в большую и очень совершенную промышленность. Добывание светильного газа производится преимущественно из того рода или сорта каменных углей (см. это слово), который носит специальное название «газовых углей» (II группа по классификации Грюннера, если I группу образуют сухие, a III — кузнечные каменные угли). В России из таких углей наиболее известны северные донецкие, добываемые на юг от Лисичанска. Добычу газа вообще ведут из местного каменного угля или из доставляемого морем. В России применяется, кроме донецкого угля (Харьков, Ростов-на-Дону и друг.) и подмосковного (рязанского), сходного с шотландским богхетом, уголь силезский (Варшава) и английский (балтийские губернии). Для определения пригодности каменного угля для Г. производства необходимо произвести химическое исследование угля. Во всех странах местные каменные угли подвергались обстоятельному изучению, как относительно их химического состава, так и свойств приготовленного из них светильного газа и количества полученных при этом побочных продуктов. Из подобного рода исследований, произведенных в различное время известными учеными в Англии, Германии и Франции, заслуживает по обширности особого внимания исследование, которое предпринято было парижским газовым обществом на его опытной станции газового завода La Villette, опубликованное в «Journal de l’eclairage du gaz» за 1886 г. С 1872 по 1884 г. в названной лаборатории произведено было 1012 опытов над 59-ю сортами каменного угля. Эти опыты показали, что при возрастании содержания кислорода от 5,5 до 12% по весу: 1) содержание водорода в угле (считая без воды и золы) растет от 5 до 6% по весу; 2) содержание углерода от 82—89%; 3) содержание азота постоянно и равно 1% по весу; 4) количество летучих составных частей, освобождающихся при перегонке, также растет от 27 до 40% по весу; 5) выход газа изменяется от 30 до 27 куб. м из 100 килограммов угля; 6) количество получаемого при перегонке кокса падает от 78 до 61% на 100 килограммов угля; 7) количество смолы возрастает от 3,9 до 5,6 кг на 100 кг угля; 8) количество аммиачной воды растет от 4,6 до 10 килограммов на 100 кг угля; 9) количество серы в исследованных углях колеблется от 0,5% (в бельгийских углях) до 2% (в английских углях); 10) количество летучих составных частей увеличивается с содержанием кислорода; в том же отношении увеличивается содержание золы и выход смолы и аммиачной воды. Выход газа, равно как и кокса, напротив, уменьшается с увеличением содержания кислорода. Исследование газа из этих углей показало: 1) что содержание угольной кислоты и окиси углерода в светильном газе увеличивается с содержанием кислорода в угле от 1,5 до 3% для СО2 и от 6,7 до 12% (по объему) для СО; 2) то же относится до плотности (по воздуху) газа, изменявшейся от 0,35 до 0,48; 3) напротив, количество водорода в газе уменьшается с увеличением кислорода от 54 до 42% по объему; 4) количество углеводородов, не сгущающихся при — 70°С, увеличивается с увеличением кислорода в угле; 5) световая сила газа тем выше, чем больше кислорода содержит каменный уголь, взятый для добывания газа, а именно: расход газа для получения одинакового количества света изменяется с возрастанием кислорода в угле от 133% до 102% объема; 6) содержание бензола [1], сгущающегося при — 70°, колебалось неправильно, от 0,8 до 1%, и 7) содержание тяжелых углеводородов, поглощаемых бромом, изменялось правильно от 2,5% до 4,7% с возрастанием кислорода в угле. Если сравнить состав углей с составом полученных из них газов, то окажется, что угли с малым содержанием кислорода дают много кокса и бедный газ, угли с большим содержанием кислорода дают богатый газ, но мало кокса. Средний тип (7,5—9% кислорода) представляют такие каменные угли, которые более выгодны для газового производства, так как они дают хороший кокс и удовлетворительный газ.
При приемке угля для производства газа обыкновенно определяют: 1) сколько содержится гигроскопической воды в 100 частях угля; 2) вес летучих веществ, которые может дать уголь; 3) вес кокса и его свойства; 4) количество золы и ее состав; 5) количество серы; 6) количество кислорода (узнают по весовому количеству остатка, за вычетом 1% азота).
II. Реторты и печи для производства каменноугольного газа. Первые реторты, в которых изобретатель газового освещения готовил светильный газ, представляли чугунный тигель, поставленный вертикально в огне; этот тигель снабжен был чугунной крышкой и чугунной трубой сбоку для вывода летучих продуктов разложения каменного угля. Сам Мурдох вскоре перешел от тигля к лежачей чугунной цилиндрической реторте, которая оставалась до тех пор, пока вообще на всех газовых заводах чугунные реторты не были заменены глиняными или шамотовыми ретортами. Хотя первая привилегия на изготовление реторт из огнеупорной глины взята была Графтоном еще в 1820 г., но только начиная с шестидесятых годов глиняные реторты получили повсеместное распространение. Материал, употребляемый для приготовления глиняных реторт, есть огнеупорная глина (см. это слово). Шамот приготовляют, размалывая шамотовые камни (обожженную огнеупорную глину) до величины гороха. На одну часть глины обыкновенно берут от 1/2 до 3 частей шамота. Из приготовленного (размятого, см. Гончарное производство) глиняного теста реторты делают в формах. Форму реторт обыкновенно готовят из гипса или из досок, толщиною в 25—50 мм, склеенных и свинченных между собою. Форма состоит обыкновенно из 4—6 частей, и каждая часть разрезана пополам. Особенное внимание обращают на то, чтобы внутренняя поверхность была гладкая и чисто сделана. В дальнейших приемах обработки (сушка и обжиг) не представляется особенностей против изготовления других крупных изделий (каменной посуды) из огнепостоянной глины (см. Глины). Что касается формы и размеров реторт, то эллиптическая форма или форма, имеющая в поперечном разрезе фигуру 
, есть наиболее употребительная, так как при такой форме возможно более правильное распределение угля, и вследствие этого перегонка идет быстрее. Для того, чтобы установить наиболее подходящие форму и размеры реторт, общество немецких инженеров собрало статистические сведения от газовых заводов о наиболее употребительных ретортах и установило нормальные формы и размеры реторт. Длина реторт колеблется от 2,5 до 3,2 метров. Толщина стенок от 60 до 65 мм. Каждая реторта на открытом конце несколько утолщена для укрепления в утолщенной части железных болтов и гаек, которыми она свинчивается с чугунным мундштуком. Мундштук есть собственно продолжение реторты, которое выставляется наружу из печи; в нем укрепляется восходящая труба, отводящая газ в гидравлику. Мундштук, как показано на фигуре 1, имеет поперечник, равный поперечнику реторты, а восходящая труба, укрепляемая посредством винтов (на случай перемены от порчи), имеет в 3 раза меньший диаметр. Весьма важную часть реторты составляет крышка, или дверца, реторты; она должна удовлетворять двум главным условиям, именно: плотно запирать реторту, и самая манипуляция запирания и отпирания должна происходить быстро. В настоящее время практика выработала, как показывают фигуры 1 и 2, такие дверцы, которые укрепляются на мундштуке без всякой замазки, а непосредственно плотно нажимаются на обточенные края мундштука.
Запирание и открывание дверцы достигается поворотом рычага. Прежде, когда применялись металлические реторты, их помещали по пяти в одну печь, располагая в два ряда. При употреблении глиняных реторт число их увеличилось. Наиболее часто встречаются печи с шестью и семью ретортами; при отапливании печей газом стали строить печи с восемью и даже девятью ретортами. Печи для накаливания реторт должны быть сложены из огнеупорного материала, выдерживающего температуру 1300—1400°; кроме того, при постройке нужно иметь в виду необходимость восстановлять отдельные части печи по мере их разрушения. Расстояние реторт от свода и между отдельными ретортами не должно быть слишком мало, так как скорость распространения пламени обратно пропорциональна квадрату сечения. Скорость горячих газов в печи должна быть от 3—4 метров в секунду; поэтому обыкновенно расстояние между двумя соседними ретортами или ретортою и сводом бывает от 10—15 сантиметров. Прежде заставляли пламя циркулировать под ретортами по ходам, устроенным соответственным образом; но при этом получалось неравномерное нагревание. В настоящее время предоставляют пламени свободно подыматься по оси печи, распространяясь по своду и спускаясь по косякам. Этого достигают, устанавливая непроницаемые перегородки между ретортами. При этой системе циркуляции возможна полная утилизация пламени по причине попеременных суживаний и расширений свободного пространства между отдельными ретортами. Печи должны иметь толстые стены, так как количество тепла, проходящего через стенки, при одном и том же материале, обратно пропорционально их толщине. Передняя стена (фасад) печи не должна быть тоньше 25 сантиметров. Во Франции переднюю стену печи облицовывают камнем с целью уменьшения лучеиспускания. При этом достигается сбережение до 15% топлива. Вообще, заботясь уменьшить по возможности потерю тепла через лучеиспускание, прибегают к дурным проводникам, воздуху, слою песка и группируют печи в батареи, причем отдельные печи непосредственно соприкасаются друг с другом. Также заботятся, чтобы печь стояла на сухой земле; где нельзя этого прямо достичь, там производят кладку печи на сводах и столбах. Общий вид расположения печей дан на фиг. 3.
Газовые печи, смотря по способу отопления, разделяют на колосниковые и генераторные, хотя бы в том и другом случае топливом служил каменный уголь или кокс. Кроме того, для отопления газовых печей может быть употреблено жидкое топливо, напр. газовая смола. Но этот способ отопления реторт весьма редко употребляется.
Колосниковые печи. — Топочное пространство колосниковой печи складывается из больших (чтобы избежать большого числа стыков) шамотовых камней. Шиллинг устраивает колосниковые печи из шамотовых камней, имеющих внизу ширину 0,30 м, вверху 0,25 м, вышину от 0,20—25 м и длину 0,60 м, кладя два таких камня один на другой так, что образуется топка, имеющая одно только продольное соединение на каждой стороне. Чем глаже поверхность боковых стенок топки и меньше отдельных соединений между камнями, тем дольше выдерживает топка, так как стенки печи страдают не столько от высокой температуры, которой они подвергаются, сколько от осаждения на них шлаков, которые должны быть время от времени удаляемы из печи. Нижнюю часть топки составляет колосниковая решетка, состоящая из отдельных железных стержней, колосников, лежащих на двух поперечных балках. Эти колосники обыкновенно делают из кованого железа, редко из чугуна; они имеют квадратную форму, толщина их 30—50 мм. Вся колосниковая решетка имеет в топке несколько наклонное положение к задней части топки, для чего задняя балка кладется на 7—15 см ниже, чем передняя. Что касается как общей величины поверхности решетки, так и отношения величины промежутков между отдельными колосниками, то нет возможности установить числовые данные, так как эти величины зависят от качества употребляемого для топки кокса, т. е. от его спекаемости и от количества золы и шлаков, получаемых при его сжигании. Но при слишком редкой кладке колосников горючий материал будет проваливаться и, следовательно, цель колосниковой решетки не будет достигнута. Если приток воздуха недостаточен для того, чтобы верхние слои горючего материала также вполне сгорали, как нижние, то часть угольной кислоты переходит в окись углерода. Напротив того, если воздух доставляется в избытке, то этот избыток воздуха понижает температуру. След., оба случая вредно отзываются на топке: при неполном сгорании происходит потеря теплопроизводительности кокса (см. Горючие материалы), при избытке же воздуха понижается температура пламени. Поэтому, чтобы достичь полного сгорания, нужно, чтобы слой горючего материала, с одной стороны, и приток воздуха, с другой — постоянно находились в определенном отношении. Невозможность практически выполнить эти условия и делает невыгодным топку печей твердым топливом. Величина свободной колосниковой поверхности для печей в шесть, семь и восемь реторт от 1500—3000 кв. см, ширина колосниковой решетки изменяется от 25—30 см, длина от 60—90 см. По Редтенбахеру, на 1 кв. м ретортной поверхности должно приходиться 0,012 кв. метра колосниковой поверхности. Для пористого, богатого золой и шлаками кокса требуется большая колосниковая поверхность, чем для плотного и чистого кокса. На 1 кв. м колосниковой поверхности рассчитывают 0,5 кв. метра поперечного разреза дымовой трубы. Более целесообразным считают устраивать для каждой отдельной печи особую дымовую трубу с поперечным разрезом в 0,35—0,4 кв. метра; также предпочитают ставить широкие и невысокие трубы (20—25 метров). При колосниковой топке в больших печах требуется на 100 кг перегнанного угля от 20—22 кг; в малых печах до 30—40 кг кокса. Переднюю часть топки составляют дверцы; они обыкновенно состоят из чугунной рамы и двух, одна над другой поставленных, дверок; верхняя служит для введения в топку горючего материала. а нижняя — для выгреба золы. Под колосниковую решетку ставится железный ящик для золы (Aschenkasten), передняя стенка несколько склонена и выступает из печи. Этот ящик, в который сваливается зола и мелкие куски кокса, провалившиеся между колосниками решетки, наполнен постоянно водою; он охлаждает решетку и испаряющаяся в нем вода содействует процессу отопления.
На фиг. 4 и 5 изображена печь с семью ретортами.
Подобные печи располагаются в два ряда, прикасаясь между собою задними стенами. Ширина подобной печи 2,35 метра. Промежуток между двумя верхними ретортами 20 мм. Промежуток между стенками и ретортами 15 см. Колосниковая решетка имеет в ширину 25 см, в длину 1 метр, следовательно, поверхность ее равняется 2500 кв. см.
Невозможность сжечь твердый горючий материал на колосниках, не вводя избытка воздуха, заставило (см. Генераторные газы) перейти к генераторным печам. Генератор ставится отдельно от газовой печи, и развивающийся генераторный газ проводится в топку газовой печи, где он смешивается и сгорает с предварительно нагретым теплотою продуктов горения атмосферным воздухом. Замена твердого топлива — газовым, произвела переворот в газовом производстве, вызвав не только сбережение топлива и рабочих рук, но сделав самое нагревание реторт более правильным, не зависящим от ловкости рабочего, как это имеет место при колосниковой топке, вследствие чего при газовом отоплении выход газа из единицы веса перегнанного каменного угля увеличился, равно как печи и реторты сохраняются более продолжительное время, чем при колосниковой топке.
Первоначальная форма регенеративных печей, предложенная для газового производства братьями Сименс, состоящая из регенераторов, помещаемых под ретортной печью, и генератора, производящего генераторный газ, оказалась слишком дорогой и мало практичной, так что вскоре появились новые, более упрощенные системы газовых печей. К ним нужно отнести рекуператорные и регенераторные печи Понсара и Ленкоше, Мюллера и Эйхелбрённера, Лигеля, Эхельгаузера, Гассе, Грена, Шиллинга и друг.
На рис. 6 и 7 изображены в разрезе так назыв. Мюнхенские генераторные печи; они содержат девять (или 8) эллиптических реторт. Пламя, поднимаясь, охватывает все средние реторты и проходит затем вниз между стенкою печи к нижним боковым ретортам, откуда оно поступает в выводящие каналы. Печь построена из особых шамотовых камней, а нижняя реторта защищена шамотовыми пластинками. Отверстия для входа генераторных газов и нагретого воздуха находятся направо и налево от средней реторты. Окись углерода, смешанная с воздухом, поступает в печь, через 12 щелей с каждой стороны, след., в общем 24 щели, каждая в 10 × 5 см, что составляет общий поперечный разрез в 1200 кв. см. Встреча горючего газа с воздухом происходит в середине щелей, как это видно на фиг. 7.
Генератор обыкновенно устроен в виде шахтной печи и изображен справа на фиг. 7, а на фиг. 6 — слева; он имеет высоту 1,40 м, считая от нижнего края отводящего канала до крышки. Его поперечник внизу равен квадрату, сторона которого в 1 м. Емкость всего генератора не более 1 куб. м. Генератор помещается обыкновенно в подвальном помещении, перед печью. Предварительное нагревание воздуха производится под печью теплотою продуктов горения. Отводящие каналы для продуктов горения идут под нижними боковыми ретортами в задней стенке печи, спускаются вертикально вниз и идут в систему каналов, где и употребляются для нагревания атмосферного воздуха, поступающего в переднюю стенку печи. При колосниковой топке газовых печей обыкновенно расход топлива при лучших условиях был 20—22 кг кокса на 100 кг перегнанного угля; теперь же при газовом отоплении потребление топлива пало до 16—17 кг кокса на 100 кг угля.
III. Температура разложения каменного угля. Заряжание реторт каменным углем и выгребание раскаленного кокса составляет одну из самых тяжелых работ в газовом производстве. Обыкновенно засыпка реторт углем, доставляемым к печам из склада в особо приспособленных к этому тачках, производится лопатами; быстрота, с которой совершается эта операция, много зависит от ловкости рабочего, вообще закидывание угля лопатой сопряжено с потерей газа, которая доходит до 2—3% всего производимого газа. Поэтому понятно, что на многих газовых заводах стали заботиться о замене этого заряжания реторт лопатами — автоматическими способами. Для этой цели устраивают совки, которые на небольших вагончиках доставляются к печам и посредством особого механизма подымаются на различную высоту. В последнее время стали устраивать газовые печи с наклонными ретортами, так что раскаленный кокс при открытии нижней заслонки сам выпадает из реторты: тогда заряжание реторты производится с верхнего конца; следовательно, такие реторты имеют дверки на верхнем и нижнем концах. Хотя при этом способе время заряжения реторт значительно сокращается, тем не менее, эти реторты представляют то неудобство, что потеря теплоты через лучеиспускание больше, чем у лежачих реторт, имеющих одну дверку. Заряжание печи с 7—8 ретортами продолжается от 15—20 минут и производится каждые пять часов. Высота слоя угля в реторте обыкновенно от 20—30 сантиметров, так что при каждом заряжании реторты в нее вводится 100—150 кг угля. Смотря по температуре, которую приняли реторты, явления перегонки каменного угля можно различать следующие. При температуре 300—350° происходит слабое отделение газа; при температуре свыше 350—400° начинается разложение каменного угля и выделение летучих веществ, тем более образующихся, чем выше получаемая температура. При 800° уголь дает наибольший объем газа, способного произвести наибольшее количество света; при более высокой температуре количество светильного газа увеличивается, но световая сила его уменьшается. Хотя разложение угля уже происходит при темп. 350°, но обыкновенно реторты накаливают до температуры, значительно более высокой (900—1200°), желая вести перегонку быстрее и получить большее количество газа. Влияние температуры на производство светильного газа имеет большое значение. Вопрос о распределении теплоты в слоях угля во время его перегонки много занимал техников. С этою целью в Париже были произведены исследования. Исследование кокса, взятого из реторты, обнаружило, что менее обожженный кокс составляет центральную часть, и что линия разделения между коксом и непрожженным углем представляет замкнутую кривую, которая постепенно подвигается от периферии к центру, по мере того, как продолжается перегонка. Эту кривую называют линиею изотермов 350°, так как принимают, что уголь, который коксируется, остается во все время перегонки приблизительно при одной и той же температуре, равной темп. начала его разложения. Эти наблюдения показали, что теплота в массе перегоняемого угля распространяется через передачу и через лучеиспускание (через передачу слоям, находящимся в соприкосновении со стенками реторты — через лучеиспускание — верхним слоям) и что действие теплоты через передачу более сильное, чем через лучеиспускание. Поэтому более быстрая перегонка достигается в овальных ретортах, где уголь имеет большую поверхность соприкосновения со стенками реторты.
Количество газа, кокса и др. продуктов перегонки угля изменяется не только от природы угля, но также от температуры перегонки, толщины слоя угля в реторте, давления в реторте, от присутствия посторонних веществ и т. д. Из всех этих причин самое важное влияние оказывает температура, и поэтому много раз определяли количество и качество продуктов перегонки, получаемых при высокой и низкой температуре, как это видно из следующей таблицы:
| Из 100 кг угля получено | При высокой температуре, 6-час. перегонка |
При низкой температуре, 8-час. перегонка. |
|---|---|---|
| Газа в кубич. м | 25,071 | 16,132 |
| Световая сила в карселях | 0,705 | 1,185 |
| Кокса в гкл | 1,840 | 1,640 |
| Вес одного гкл кокса, кг | 35,944 | 37,376 |
| Коксовой пыли | 0,012 | 0,015 |
| Газовой смолы | 2,964 | 4,010 |
| Плотность газовой смолы | 1,177 | 1,143 |
| Аммиачные воды | 5,927 | 6,078 |
Из этой таблицы видно, что, производя перегонку угля при высокой температуре, получают большее количество светильного газа, но небольшой световой силы; хотя объемное количество кокса при высокой температуре больше, но зато получаемый кокс менее плотен.
Как количество газа, так свойства его в различное время перегонки различны. Так, напр., при перегонке в продолжение 4 часов.
| Объем газа куб. м | Плотность | |
|---|---|---|
| В 1 час | 24 | 0,53 |
| » 2 » | 29 | 0,41 |
| » 3 » | 29 | 0,38 |
| » 4 » | 28 | 0,31 |
Состав газа в различное время перегонки изменяется следующим образом:
| Название газов. | 1 час. | 2 час. | 3 час. | 4 час. |
|---|---|---|---|---|
| Угольная кисл. СО2 | 0,50 | 0,50 | 0,50 | 0,00 |
| Этилен и аналоги С2Н4 и СnН2n | 8,65 | 4,46 | 1,51 | 1,11 |
| Окись углерода СО | 3,57 | 4,27 | 2,46 | 1,69 |
| Болотный газ СН6 | 73,92 | 51,17 | 43,94 | 34,13 |
| Водород Н2 | 13,56 | 39,60 | 51,59 | 62,07 |
| Плотность газа | 0,54 | 0,40 | 0,32 | 0,26 |
От примеси к каменному углю посторонних веществ изменяются выход и свойства газа и побочных продуктов. Так, опыты показали, что присутствие 2,5—3% извести в перегоняемом каменном угле увеличивает на 4—5% выход газа, уменьшает содержание в нем серы на 0,15—0,20% и увеличивает на 15—20% колич. аммиака. Но, с другой стороны, сила света получаемого при этом газа на 5% меньше; кокс содержит больше золы и имеет иное, чем обыкновенно, сложение. Кроме того, при этом газовая смола получается в меньшем количестве, и она беднее бензолом. В газе тогда много водорода.
IV. Охлаждение газа. Газ, выходящий из реторт, представляет смесь постоянных газов и сгущающихся паров, и твердых частичек. Поэтому газ перед употреблением должен быть очищен. Очищение газа распадается на две операции: на 1) сгущение и на 2) химическое очищение.
Сгущение. Газ, выходя из реторт, имеет температуру от 400 до 500°. Он охлаждается медленно по мере удаления от реторт, так что, поступая в газгольдер, имеет температуру не более 20°. Во время своего прохождения по аппаратам газ оставляет пары смолы и аммиачную воду. Но охлаждение газа не должно производиться быстро, так как световая способность газа главным образом зависит от содержания паров бензола, толуола и друг., которые при быстром сгущении газа могут быть поглощены тяжелыми углеводородами газовой смолы. На этом основании стараются сгустить в горячем состоянии большую часть газовой смолы и избежать соприкосновения газа с продуктами конденсации.
Гидравлика. — Газ из реторт по трубе поступает первоначально в гидравлику (Vorlage, barille), главное назначение которой — препятствовать возвращению газа обратно к ретортам во время заряжения последних. В гидравлике происходит сгущение летучих веществ и осаждение большей части газовой смолы. Гидравлика представляет железный желоб, наполненный воюю, в которую опущена труба, доставляющая газ из реторт, а над уровнем воды находится труба, выводящая газ. Форма гидравлики, как показывает фиг. 8, большею частью кругла или в виде .
Иногда же гидравлические сосуды снабжают перегородками и делают дно их наклонным для более удобного удаления из них смолы. В некоторых аппаратах это удаление смолы происходит непрерывно. Поверхность воды в гидравлике определяют таким образом, что она должна быть в десять раз больше, чем сумма поперечных разрезов опущенных в нее труб; при таком расчете понижение уровня воды, происходящее при открытии реторт, не в состоянии открыть свободные концы погруженных в воду труб. Во время перегонки гидравлика представляет, конечно, затруднение для свободного выхода газа, так как она увеличивает давление в ретортах; поэтому придумали различные приспособления, или аппараты, которые прекращали бы действие гидравлики на время перегонки и восстановляли его во время заряжания реторт; но все они не получили общего практического применения. Особого надзора за гидравликою не требуется, но только в сомнительных случаях следует испытать плотность сгустившейся смолы и температуру выходящего газа. Плотность газовой смолы не должна быть более 1,1—1,2, температура не более 60—65°. По меньшей мере 50% газовой смолы осаждается в гидравлике. Газ из гидравлики поступает первоначально в охладительные трубчатые аппараты, конденсаторы, которые обыкновенно бывают воздушные или водяные, т. е. охлаждаемые воздухом или водою. Из воздушных наиболее распространен конденсатор, так называемый «Ventilating condensor Kirkham»’a. При устройстве воздушных конденсаторов обыкновенно рассчитывают их размеры таким образом, чтобы 15 кв. м охлаждающей поверхности приходилось на 1000 куб. м газа, производимых в 24 часа. Конденсаторы водяные представляют ряд железных цилиндров с железными трубами, по которым внутри протекает холодная вода, а газ проходит по цилиндрам между трубами в обратном направлении течения воды, как изображено на фигуре 9.
При водяных конденсаторах считают 10 квадр. м охладительной поверхности на 1000 куб. м, производимых в 24 часа. Кроме того, следует упомянуть о механических конденсаторах (condenseures á choc). Они основаны на том, что если в газе заключаются сгущающиеся пары веществ, то их можно обратить в жидкость, направляя струи газа, выходящего из ряда отверстий на сплошную стенку. Наиболее известный из механических конденсаторов есть конденсатор Пелуза и Одуена (фигура 10), состоящий из двойного металлического колокола, в стенках которого просверлены отверстия равной величины в 1—1,5 мм, но отверстия одного колокола приходятся против промежутков между отверстиями в другом колоколе.
Г., протекающий с известной скоростью, проходит через отверстия первой пластинки, ударяясь о промежутки между отверстиями второй пластинки, оставляет жидкие частички на пластинках конденсатора. Многие техники находят этот аппарат непрактичным, так как отверстия в пластинках быстро засоряются. В последнее время стали делать механические конденсаторы разъемные, удобные для прочистки отверстий. Конденсация газа — одна из важных операций в газовом производстве. Хорошую конденсацию газа считают половиной очистки газа, ибо при дурной конденсации очистка газа обходится дороже и идет труднее. Обыкновенно считают, что вес сгустившихся жидкостей равняется приблизительно 1/10 веса перегнанного угля. При конденсации газа надо заботиться о том, чтобы газ был охлажден на заводе до температуры более низкой, чем он будет иметь в трубах газопроводной сети. В противном случае в трубах будет осаждаться нафталин, скопление которого может вызвать засорение труб. Нафталин задерживается в суспензированном виде парами воды, сгущение которых и обуславливает его осаждение.
V. Химическое очищение газа. Газовую смесь, вышедшую из конденсаторов, можно рассматривать состоящею из: 1) полезных газов: а) свет дающих (богатых углеродом) — этилена, ацетилена, бензола и тяжелых углеводородов; б) производящих накаливание, хотя и горящих неярким пламенем, но полезных для производства света — водорода, окиси углерода и болотного газа; 2) вредных газов: а’) газы сами по себе негорючие и вредные для развития его (отнимают теплоту) — угольная кислота и азот; б’) газы, хотя и горючие, но вредные для освещаемого помещения — сернистый водород, сернистый углерод и аммиак. Химическое очищение светильного газа должно заключаться в совершенном удалении элементов группы б’ и уменьшении по возможности содержания элементов группы а’.
1) Удаление аммиака. Аммиак находится в каменноугольном светильном газе в свободном состоянии; удалить его весьма легко, промывая газ свежею водою: при 15°С 783 литра аммиака растворяются в одном литре воды. При промывании газа вода удерживает не только аммиак, но сернисто-водородную и угольную кислоты, так как в аммиачной воде находятся сернистый аммоний и углекислый аммиак. Промывание должно происходить при возможно низкой температуре. Но промывание газа должно производить быстро, ибо при долгом соприкосновении газа с водою последняя содействует выделению из него углеводородов, понижая через то световую силу газа. Приборы, употребляемые для промывания газа, известны под названием скрубберов (фиг. 9 D и E). Они бывают различного устройства, но все основаны на одном принципе, именно привести газ в соприкосновение с возможно большею смачиваемою водою поверхностью. Для этой цели устраиваются железные цилиндрические сосуды, с различного рода деревянными перегородками, решетками внутри, или наполняют их крупными кусками кокса, которые смачиваются постоянно свежею водою, причем вода течет навстречу проходящего в цилиндре газа. В некоторых скрубберах смачивающею поверхностью служит вращающийся вал с круглыми жестяными пластинками, которые на 1/3 погружены в воду и делают от 2—7 оборотов в минуту. Кроме того, для очистки газа от аммиака служат ящики, наполненные древесными опилками. Очищение производится таким образом, что сперва через ящики с опилками пропускают газ, тогда их наполняют водою, оставляют некоторое время, и затем спускают воду, которая поглощает задержанный опилками аммиак. Для хорошего промывания газа нужно употребить от 80—100 литров воды на 1000 куб. м газа, производимых в 24 часа. Полного удаления аммиака из светильного газа нельзя достичь; но при надлежащей очистке можно довести до того, что количество аммиака не будет превышать 0,1 г в 1 куб. метре газа. Обыкновенно аммиачной воды получается около 6 кг на 100 кг угля, или на 25 куб. м газа, и тогда в получаемой воде содержится от 4 до 7% аммиака, который на самом заводе обыкновенно превращают в серно-аммиачную соль, вес которой в три раза более веса аммиака.
2) Удаление сернистого водорода. Для удаления сернистого водорода из светильного газа пользуются свойством сернистого водорода образовать с металлами нерастворимые сернистые соединения. Ламингу принадлежит заслуга введения в практику способа очищения газа посредством водной окиси железа и восстановления последней действием атмосферного воздуха. Обыкновенно употребляют для очистки газа так называемую смесь Ламминга, состоящую из сернистого железа и водной извести, к которым прибавляют древесные опилки. Эта смесь имеет следующий состав: 3 гектолитра сернистого железа, 2—21/2 гектолитра водной извести и 25 гектолитров древесных опилок. Обыкновенно эту смесь сперва кладут на открытом месте в виде кучек на несколько часов и время от времени перемешивают; когда смесь перестала нагреваться, то ее можно употреблять для очистки газа. В последнее время на многих газовых заводах, преимущественно в Германии, употребляют для той же цели массу Лукса, состоящую из водной окиси железа и соды. Эта масса получается, как остаток, при производстве глинозема. Кроме того, употребляют некоторые натуральные минеральные массы, содержащие окись железа, как, напр., сидерит и др. Все эти очистительные массы следует употреблять настолько влажными, чтобы их можно было мять руками в комки. Количество употребляемых опилок весьма различно; масса не должна быть тяжела, ибо очищение газа происходит тем лучше, чем меньше давления сообщает масса. Обыкновенно один гектолитр свежей массы весит от 60—65 килограммов, а после очищения вес его доходит до 80—85 килограммов. Массы, которые содержат в свободном состоянии щелочи (масса Ламинга и Лукса), действуют довольно хорошо с первых дней, но после двух-трех восстановлений они действуют с наибольшей силою. Свежая масса поглощает светящие углеводороды и тем самым уменьшает световую силу газа. Поверхность очистительной массы берут в расчете от 3—3,5 квадр. метра на 1000 куб. м газа, производимых в 24 часа. Слой массы от 50—60 см. Скорость прохождения газа по очистителям должна быть весьма незначительная. По опытам, произведенным на газовом заводе в Штеттине, она не должна быть более 5 мм в секунду. Что же касается расхода окиси железа на очищение газа, то, приняв среднее содержание сернистого водорода равным 8,5 г, теоретически необходимо 13,33 г окиси железа на это очищение, или, другими словами, 100 г окиси могут удержать 6,459 кг сернистого водорода и очистить, следовательно, 6,459/0,0085 = 760 куб. м газа. Поэтому, зная количество окиси железа в очистительной смеси, можно определить, какое количество смеси потребно для очистки газа. Сравнивая теоретический расчет с практическими результатами, получается большая разница, так как при восстановлении смеси образуется безводная окись железа, которая не способна очищать газ; кроме того, водная окись не вся действует вследствие того, что она попадается в зернах, и вследствие того, что она загрязняется немного газовой смолой. Очистительную массу для восстановления кладут под навесом на доски, заботясь о большом доступе воздуха. Смотря по составу очистительной массы и угля, из которого добывается газ, она может различное число раз подвергаться восстановлению [2] Следующая таблица показывает относительное достоинство очистительных масс:
| Массы: | Число восста- новлений |
Число тысяч куб. м газа, очищенных куб.м массы. |
|---|---|---|
| Ламинга | 11 | 100 |
| Лукса | 30 | 300 |
| Минеральная масса, содержащая 75% окиси железа | 15 | 225 |
3) Удаление угольной кислоты. Угольную кислоту удаляют известью, употребляя ее или в виде известкового молока, или в порошке. Последний способ наиболее употребителен, так как, употребляя известковое молоко, нужно постоянно поддерживать жидкость в движении, что осложняет операцию. Величину очистительной поверхности известковых очистителей определяют в 3—4 кв. метра на 1000 куб. метров газа, производимых в 24 часа. Количество употребляемой извести от 8—10 кг негашеной извести или от 12—15 кг гашеной извести. Эти числа взяты на том основании, что 3 кг негашеной извести и 4,625 кг водной извести поглощают 1 куб. метр угольной кислоты. Очистители с известью помещают после очистителей с окисью. Присутствие угольной кислоты в светильном газе сильно понижает его световую силу, как это видно из следующей таблицы:
| Угольная кислота в объемных % |
Потеря световой силы | |
|---|---|---|
| Аргантовая горелка | 1,3 | 2,3% |
| 2,8 | 5,4% | |
| 4,9 | 9,2% | |
| Разрезная » | 1,4 | 6,0% |
| 2,5 | 12,4% | |
| 3,9 | 16,9% |
4) Удаление сернистого углерода. — Светильный газ содержит обыкновенно не более 0,25 граммов в 1000 куб. метрах сернистого углерода. В Англии особенно обращают внимание на удаление из светильного газа сернистого углерода. Для этой цели употребляют два способа очищения: или посредством кислорода, или посредством сернистых щелочей. В Англии достигают того, что очищенный газ содержит серы, в виде различных сернистых соединений, не более 0,14—0,15 граммов в 1000 куб. футов.
Для того, чтобы дать возможность составить более ясное представление о процессе очищения светильного газа в различных аппаратах, мы приведем здесь средние результаты, полученные парижским газовым обществом из 5 испытаний над газами, приготовленными из различных каменных углей:
| Элементы | NH3 | HCl | H2S | CyH | СО2 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1) Весовое количество (в граммах) в газе при выходе его из реторт: | |||||
| На 1 куб. м газа | 8,03 | 1,17 | 8,33 | 1,57 | 46,5 |
| На 100 кг угля | 241,00 | 35,20 | 230,00 | 47,00 | 1395,0 |
| 2) Распределение 100 весов. частей каждого элемента: | |||||
| В конденсаторе | 63,1 | 96,3 | 8,1 | 3,3 | 9,8 |
| В ящике с опилками | 35,4 | 3,7 | 3,8 | 5,2 | 7,5 |
| В очистителе с окисью | 1,5 | нет | 88,1 | 9,5 | следы |
| В очищенном газе | следы | нет | нет | следы | 82,7 |
| Всего | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Очистительная масса после очищения газа имеет весьма различный состав, смотря по ее первоначальному составу, равно как по условиям, при которых производилось очищение. В ней находят серно-кислый аммиак, серу, сернистые, серно-цианистые и железо-цианистые соединения, водную окись и закись железа, сернистое железо, известковые соли, органические вещества. В следующей таблице приведен состав очистительной массы в различные периоды ее употребления:
| Составные части | Масса, восстановляемая | ||
|---|---|---|---|
| 1 раз | 2 раза | 3 раза | |
| Серно-кислый аммиак | 0,20 | 0,52 | 0,77 |
| Железо-синеродистый аммиак | 1,00 | 2,00 | 4,40 |
| Серно-синеродистый аммиак | 4,69 | 7,82 | 14,08 |
| Окиси железа | 41,82 | 26,903 | 16,82 |
| Берлинская лазурь | 5,933 | 7,84 | 11,12 |
| Сера | 15,24 | 28,20 | 33,50 |
| Опилки, газовая смола | 31,12 | 24,72 | 19,31 |
На большей части газовых заводов очистительную массу, негодную более к очищению, систематически промывают горячей водою для извлечения из нее растворимых аммиачных солей. Остаток обрабатывают сернистым углеродом для извлечения серы.
IV. Эксгаустер. Газ, выходящей из реторт, на своем пути, через гидравлику, конденсаторы и очистительные аппараты в газгольдер, должен преодолевать известное сопротивление. При таких условиях давление газа в ретортах иногда достигает 15—20 см, вследствие чего выход газа значительно уменьшается, реторта покрывается графитом, легко происходит закупоривание труб, выводящих газ из реторт, и утечка газа из трещин может быть довольно значительной. Для избежания этих неудобств явилась надобность в аппаратах — эксгаустерах, которые бы высасывали газ и гнали его в газгольдер. Подобные аппараты существуют различных систем. Наиболее известные эксгаустеры Беля (Beale) и инжектор Кертинга.
Эксгаустер Беля, изображенный на фиг. 11 и 12 в продольном виде и поперечном разрезе, состоит из цилиндрического сосуда В, в котором помещается эксцентрически второй цилиндрический сосуд таким образом, что он внизу почти соприкасается с наружным сосудом.
Через внутренний цилиндр проходит ось, которая лежит одним концом на подшипнике, находящемся в стенке эксгаустера, а другим проходит через сальник, помещающийся в стенке эксгаустера. В меньшем цилиндре при его вращении передвигаются пластинки, разделяющие пространство эксгаустера и действующие, как вентилятор, т. е. уменьшающие давление газа по одну сторону (обращенную к ретортам) и увеличивающие его по другую сторону. Действие аппарата непрерывно, хотя несколько изменяется во время передвижения, ибо при вертикальном положении пластинок эффект наибольший, а затем уменьшается. Но эти колебания не производят никакого вредного влияния на самое производство. На многих газовых заводах, как эксгаустер употребляют паровой инжектор Кертинга, изображенный на фиг. 13 в продольном разрезе.
Пар вылетает из конической трубки, регулируемой посредством подвижной иголки, и поступает в ряд трубок с постоянно увеличивающимся поперечником. В этих трубках пар смешивается с газом и сообщает ему свою скорость. Смотря по тому давлению, которое газ должен преодолеть на своем пути, берут соответственное количество пара. Хотя при этом эксгаустере происходит довольно сильное нагревание газа, но оно, как показали анализы Грена (Grahn), не сопряжено с существенным изменением состава газа его и понижением его световой силы. При эксгаустерах употребляют особые регулирующие приборы, известные под названием Bypassregulator, дабы при мгновенном прекращении действия эксгаустера не было бы приостановлено движение газа. Наиболее известные регуляторы для этой цели — Эльстера и Пинча.
Для измерения количеств производимого и потребленного газа служат приборы, называемые газомерителями, или газовыми часами. Для измерения производимого Г. служит фабричный газомеритель, отличающийся от обыкновенных газомерителельных «часов» только своими размерами. На фиг. 14 показано устройство газомерителя с часовым механизмом.
Измерение газа производится посредством вращающегося в воде барабана, который представляет четырехлопастный винт. Каждая лопасть винта есть камера, которая последовательно наполняется газом; последний, производя давление на перегородки камер, заставляет барабан вращаться. Вращение барабана посредством зубчатого колеса К, насаженного на ось барабана, передается (фиг. 14) зубчатому колесу счетчика, которое уже передает вращение на целую систему зубчатых колес. Первые колеса имеют по 20 зубцов, следующие — 24, а последнее — 40 зубцов. Колесо N сделает 1 оборот, если барабан сделал 40/24 оборота, и если объем равняется 6 куб. м, то один оборот колеса N равняется прохождению 10 куб. м газа. На валу колеса N устанавливается первый циферблат, разделенный на 10 частей, так что каждое деление соответствует 1 куб. метру газа. Между отдельными колесами взято такое отношение, что 10 делений на первом циферблате колеса соответствуют одному делению на втором циферблате и т. д. последовательно, справа налево. Поэтому, желая отсчитать количество газа, пройденного через газомеритель, стоит только отсчитать на каждом циферблате, начиная с левого циферблата, числа, которые прошли стрелки во время отчета. Иногда фабричные газомерители снабжают пишущим прибором, в котором карандаш на диске, совершающем 1 оборот в 24 часа, чертит кривую, обозначающую количество прошедшего в это время газа.
VII. Газгольдер. Фиг. 15 и 16.
Светильный газ, приготовленный на заводе, до поступления в газоносную сеть, собирается в газгольдер, где он находится под определенным давлением. Газгольдер представляет железный колокол, свободно плавающий над водою в особо устроенной цистерне. Газгольдеры делают из колокола с выпуклой крышкой и цистерны, глубиной равной высоте колокола, или устраивают так называемые телескопные газгольдеры, т. е. два или три колокола, один в другом, которые вытягиваются наподобие зрительной трубы. Существенные части каждого газгольдера, следовательно, будут составлять бассейн или цистерну для воды и железный колокол. Величина колокола определяется таким образом, что объем его должен вмещать 75% количества наибольшего потребления газа в 24 часа. Глубина бассейна, при телескопном устройстве газгольдера, должна равняться половине или 1/3 высоты колокола. При таких требованиях постройка цистерны или бассейна, понятно, сопряжена с большими трудностями, так как они должны выдержать давление большого количества воды. Цистерны редко делают чугунные, обыкновенно их строят из бетона. Вычисление толщины стенок бассейна требует точных сведений относительно достоинств строительных материалов. Поэтому все назначенные для постройки бассейна материалы подвергаются тщательному испытанию. Бассейны делают в земле, углубляясь в ней до подпочвенной воды. Стенки бассейна — вертикальные; дно обыкновенно горизонтальное; иногда его делают несколько выпуклым кверху. В тех случаях, когда колокол имеет устройство телескопа и его окружают зданием, тогда стенками бассейна служит фундамент для стен этого здания. Обыкновенно через дно бассейна пропускают трубу несколько выше уровня воды. В Англии строят газгольдеры, емкостью в 75000 куб. метров, причем глубину бассейна делают равною 1/3 поперечника. Колокола газгольдеров бывают простые или телескопные (выдвижные). Простой колокол представляет цилиндрический сосуд, сделанный из листового железа с несколько выпуклым верхом. Телескопные состоят из двух, много трех входящих друг в друга цилиндров, из которых внутренний закрыт верхом; на нижнем крае — желоб наполняемый водой, служащий для запора. Наружный цилиндр на обоих концах открыт и на внутренней стороне имеет книзу загнутый край (фиг. 17).
Как желоб, так и загнутый край, как видно из рисунка, состоят из двух вертикальных и одного горизонтального кругов, сделанных из листового железа и склепанных угловым железом. Колокола, при помощи катков а (фиг. 17), двигаются по шинам. Как было выше замечено, размеры газгольдера обуславливаются наибольшим потреблением газа в сутки. Но при этом надо принять во внимание, что наибольшее давление газа, господствующее в городской сети, зависит от давления, производимого весом колокола. Это давление может быть уменьшено, но не увеличено. Если мы обозначим через р давление, измеряемое водяным столбом в мм, поперечник колокола d в метрах, то W, или вес колокола, в килограммах, по меньшей мере должен равняться
Наибольшее давление, которое имеет газ на заводе, колеблется обыкновенно от 75 до 125 мм водяного столба. Часто, вследствие недостаточного давления газа на заводе, в конце длинной городской сети давление газа так незначительно, что не может удовлетворять требуемому расходу в уличных фонарях. Для избежания этого недостатка в некоторых городах в центре сети устанавливают особые газгольдеры, сообщающиеся широкою трубою с газовым заводом. Впрочем, такое устройство усложняет наблюдение за газоносною сетью. Для правильного потребления газа, как для освещения, так и для технических целей, необходимо, чтобы давление было по возможности постоянное. Для этой цели употребляют особые автоматические регуляторы давления, которые устанавливают на заводе у главной магистральной трубы. Подобные же регуляторы устанавливают и в фотометрических камерах, где при измерении световой силы необходимо гарантировать постоянство давления газа во время опыта. Устройство таких приборов отнесено к статье Регуляторы газового давления.
Следует еще упомянуть, что на всех газовых заводах устанавливают автоматично записывающие или регистрирующие давление газа аппараты, а также снабженные сигнальным звонком аппараты, дающие знать, что давление газа достигло известного предела. При выборе места для газового завода для освещения города необходимо иметь в виду удобную доставку каменного угля к газовому заводу и вывоз из него побочных продуктов, именно кокса; место для газового завода нужно выбирать на окраине города, и если некоторые части города расположены на возвышенном месте, то следует предпочесть место для завода в более низкой части города. Давление газа, вследствие трения его о стенки труб, с удалением от завода уменьшается, а от возвышения земли, напротив, увеличивается, так что эти два влияния могут быть отчасти уничтожены, и тогда не будет надобности выпускать газ с завода под большим давлением. Что касается размеров газового завода, то при постройке завода первоначально надо иметь в виду потребление газа для уличного освещения, которое в различных городах различно и зависит как от географического положения города (годовое число часов горения), так и от жизни самого города. Развитие газового дела показывает, что первоначально построенные газовые заводы в больших городах Европы не в состоянии были удовлетворять потребности в свете и постоянно до последнего времени вызывали необходимость в достройке новых газовых заводов. Но в настоящее время, при громадной конкуренции с электрическим и керосиновым освещением, расчеты при устройке газовых заводов становятся более затруднительными. При расположении отдельных частей газового завода прежде всего имеют в виду легкую доставку угля из склада в ретортное отделение. На больших газовых заводах эта доставка совершается автоматически в тачках по рельсам. Ретортное отделение обыкновенно состоит из длинного ряда печей и помещается вдали от прочих отделений газового завода, в особенности должно быть уединено от него отделение, где помещаются скрубберы и очистители, так как в этом отделении легко может произойти выход газа наружу. Из гидравлики и конденсаторов по особым широким трубам стекает газовая смола в цистерну, которую обыкновенно делают из бетона. За отделением очистителей следует отделение, в котором помещаются газовые часы, регуляторы, измерители давления и фотометрическая камера.
VIII. Газоносная сеть. Из газового завода газ по трубам проводится к приборам, в которых он сжигается или с целью освещения, или для технического потребления. Эти трубы составляют замкнутую сеть, в которой должно отличать главные трубы, идущие по улицам, называемые магистралями, и ветви от них, побочные трубы. Для вычисления размеров газоносной сети, т. е. определения отношения между давлением газа, количеством вытекающего в единицу времени газа и размерами труб, — нужно иметь в виду, что давление, производимое весом колокола газгольдера на заключенный в нем газ, есть давление, которое приводит в движение газ в газоносной сети. Это давление, выраженное в кг на кв. м или в мм водяного столба, равняется весу колокола, разделенному на его поперечный разрез. Это давление при прохождения газа по трубам, вследствие трения газа о стенки труб, уменьшается. Это уменьшение или потеря давления сети может быть вычислено, зная законы трения газов. Оно определится:
В этих формулах h обозначает потерю давления в мм водяного столба, d — поперечник трубы в сантиметрах, l — длину трубы в метрах, Q — количество газа, вытекающее в 1 час. При этом вычислении принято, что удельный вес светильного газа, в среднем, равняется 0,42. Если l принять равным 1000 м, то потеря давления на 1 километр Г. сети выразится:
или
Это есть уравнение прямой линии (у = ах), идущей через нулевую точку системы координат, для которых есть ординаты у, a Q — абсциссы; обозначает тангенс угла, который образует линия с осью абсциссы. Французский инженер Моннье для размера труб от 40 мм до 1 метра (ширины) вычислил координаты и составил таблицы, которые пригодны для практических расчетов и соображений.
Магистральные трубы обыкновенно отливают из чугуна, хотя в последнее время в Германии делают трубы, имеющие поперечник в 600 мм и более из листового железа, абсолютная твердость которого 40—45 кг на кв. мм. Каждая труба на одном конце расширена (муффа) для соединения с другой. В прежнее время в приготовлении газовых труб господствовал произвол относительно толщины стенок, величин муфф и т. д. В 1872 г. общество немецких газовых инженеров выработало нормы для размеров труб. Трубы перед употреблением подвергаются испытанию давлением воды до 6 атмосфер. По испытании трубы смолят снаружи. Герметичность соединения труб достигается посредством прокладки смоляной веревки и заливания свинцом, редко соединяют трубы посредством резиновых колец. Магистральные трубы кладут в землю на глубине 1 метра. В Лондоне устраивают подземные каналы вышиною в 2 метра и шириною в 3 метра; в этих каналах укрепляют на столбах или консолях газовые и водопроводные трубы. Выгоды, которые достигаются этим способом, состоят в том, что избегают часто повторяемого разрывания земли, а утечка газа, происходящая вследствие неплотности соединения у труб, легче может быть открыта и устранена. Так как в подобных каналах температура более постоянна и потому укорачивания и удлинения труб, происходящих при обыкновенной прокладке труб, здесь не бывает. На более глубоких местах газоносной сети устанавливают сифоны или чугунные резервуары для собирания осаждающихся в трубах жидких веществ. Сквозь крышку проходит труба до дна сифона, а другой конец идет наружу почти до поверхности улицы. Труба эта имеет поперечник в 50 мм и служит для соединения с насосом, кот. откачивают сифон. Соединение магистральных труб с ветвями производится или посредством тройников, или так называемых седелок (Sattelmuffe). Первый способ соединения пригоден только при магистральных трубах небольших размеров, а последний — при больших магистральных трубах. В первом случае перерубают магистральную трубу и вставляют тройник, т. е. трубу в виде буквы Т. Для соединения посредством седелки нужно магистральную трубу пробуравить и затем укрепить седелку посредством скобки, которая обхватывает магистраль.
Побочные трубы следует делать из железа, так как они обладают большей упругостью и менее хрупки, чем чугунные малого диаметра. Поэтому обыкновенно для побочных труб, доставляющих газ в уличные фонари и в дома, берут железные трубы. В редких случаях при проводке газа в дома употребляют свинцовые трубы.
Утечка газа. Несмотря на все предосторожности, принимаемые при прокладке газоносной сети, всегда происходит потеря, или так называемая утечка газа. Утечка газа есть разность показаний газомерителя на заводе и суммы показаний газомерителей, расставленных в местах потребления. Если газ доставляется для уличного освещения, то при расчете принимают во внимание число уличных рожков, число часов горения и известный часовой расход газа в фонаре, и затем произведение, полученное через перемножение названных величин, вычитают из общего количества выпущенного с завода газа. Разность между производством и суммою расхода составляет потерю газа. Понятное дело, что в эту потерю газа входит и сгущение газа, происходящее в трубах газоносной сети. Но главная потеря газа происходит все-таки вследствие неплотности сети. В прежнее время утечка газа доходила до 20% всего выпущенного с завода газа; но теперь благодаря постоянному контролю за плотностью сети довели, что эта потеря составляет всего 3—5% выпущенного газа. Для наблюдения за плотностью сети лучше всего просверливать буравом в почве, в местах прокладки труб, каналы до трубы и вводить туда железную трубку, на верхнем конце которой посредством каучуковой трубы надета стеклянная трубка. В эту стеклянную трубку вводят бумажку, смоченную раствором хлористой платины или смесью растворов хлористой платины и хлористого золота. Это средство тотчас открывает утечку газа, так как бумажка, пропитанная названным раствором, тотчас буреет от светильного газа. Посредством газомерителя или регулятора на заводе возможно определить утечку. Соединяя входную трубу газомерителя с трубою, выходящею из газгольдера, а выводную трубу с магистральною, заботясь, чтобы все краны были закрыты и сифоны наполнены водою, можно заметить, есть ли утечка газа. Точно таким же образом можно исследовать отдельные участки газоносной сети.
IX. Газ нефтяной, или масляный (gaz à l’huile, oilgas, Oelgas). Начало производства так называемого масляного газа, добываемого как из органических, так и из минеральных масел, относится к 1815 г., когда англичанином Джоном Тайлором взята была привилегия на освещение масляным газом, для добывания которого он употреблял животные и растительные масла. Таким газом освещались нек. время Ливерпуль и Гуль. Несмотря на давность открытия, только в конце шестидесятых и начале семидесятых годов освещение масляным газом получило большое распространение в Европе, когда стали этот газ готовить из минеральных масел, нефти и нефтяных остатков. Известные фирмы Ридингер, Гирцел, Эленбергер, Суков и затем Пинч построили в Европе много заводов для добывания нефтяного газа. Устройство заводов нефтяного газа сопряжено относительно с меньшими расходами, так как расход нефтяного газа на единицу света, напр. одну свечу, в 3—4 раза меньше каменноугольного газа; следовательно, для одинакового освещения, т. е. для одного и того же числа рожков, размеры нефтегазового завода и газоносная сеть могут быть сделаны в три-четыре раза меньше, чем для завода каменноугольного газа. Это обстоятельство и было причиною, что нефтегазовые заводы стали устраивать для освещения фабрик, станций железных дорог, домов для умалишенных, вообще заведений, находящихся вне городской газоносной сети. В России несколько городов, как Баку, Ялта, Казань, освещаются нефтяным газом. Особое же распространение нефтяной газ имел до последнего времени для освещения вагонов железнодорожных поездов. При добывании нефтяного газа употребляют обыкновенно чугунные реторты, которые бывают двоякого рода — горизонтальные и вертикальные; первые наиболее употребительны. Длина горизонтальных реторт, т. е. расстояние от передней до задней головки, около 2 метров; сечение реторт имеет сплющенную форму, вышина около 228 миллиметров. Нефть или нефтяные остатки доставляются в реторту каплями или весьма тонкой струею. Для этой цели названный материал на больших заводах доставляется из бассейна по трубам или, как это делается на маленьких заводах, разливается в отдельные небольшие жестяные сосуды (маслянки), устанавливаемые на печи над ретортами. При помощи кранов нефть из трубы или отдельных сосудов вытекает каплями в воронку, которая непосредственно, с помощью сифона или трубки, согнутой два раза под прямым углом, сообщается с ретортою. В реторте нефть первоначально попадает на железный совок или доску, с которых она уже разливается по реторте. На некоторых заводах нефтяного газа для увеличения поверхности разложения в реторту вводят железную трубу. На некоторых заводах употребляют вертикальные реторты. Пинч на своих заводах нефтяного газа употреблял до последнего времени двухъярусные реторты, имеющие одну общую голову (Retortenkopf). Нефть из резервуара каплями поступает в железную коробку, находящуюся в верхней реторте. Образовавшиеся в этой реторте и отчасти уже разложившиеся здесь продукты перегонки переходят через соединительную часть в нижнюю реторту, которая одинаковых размеров и формы с верхней ретортой, и здесь уже подвергаются полному разложению. В последнее время Пинч употребляет одну реторту, разделенную вставленной в нее железной доской на два яруса. Часовая производительность реторт, т. е. количество газа, перегоняемого в реторте в один час, весьма различна на различных заводах. Она колеблется от 4,2 до 7 куб. метров в час. Очистка реторт производится двояким образом: выжиганием или механическим удалением остатков.
При перегонке газа из нефти нужно иметь в виду, чтобы реторты не имели температуры выше 1000°С; при такой температуре реторта имеет вишнево-красный цвет. Для наблюдения за процессом перегонки служит манометр. Перегонку, или впуск нефти в реторту, начинают тогда, когда реторта уже приняла вишнево-красный цвет, и наблюдают, чтобы манометр показывал давление от 75—100 мм. Если давление в реторте при нормальных условиях достигло 125 мм, то это указывает или на чрезмерный приток нефти, или на закупоривание труб. Напротив, если давление упало до 60 мм, то это указывает или на недостаточный приток нефти, или на то, что реторта чрезмерно накалена. Равномерным нагреванием реторты обуславливается как качество, так и количество добываемого газа. Обыкновенно как топливо предпочитают употреблять кокс, дрова (в Казани), в Германии смесь бурого угля с каменным углем. Для перегонки одного пуда нефти или нефтяных остатков на русских заводах, средним числом, выходит от 1,4—1,8 пуда кокса. На некоторых нефтяных заводах как топливо употребляют газовую смолу. Для этой цели смолу в особом баке, посредством змеевика, подогревают и затем при помощи обыкновенной плоской форсунки (см. это сл.) вводят в печь. Из этого рода опытов, произведенных инженером Дормидонтовым, оказалось, что для перегонки 1 пуда нефтяных остатков нужен приблизительно 1 пуд смолы. При правильной перегонке газа на различных нефтегазовых заводах получается из 1 единицы сырья почти одно и тоже число кубических футов газа: другими словами, выход газа из нефти почти один и тот же, несмотря на различие систем, употребляемых для перегонки реторт. В 1886 г. при техническом обществе была образована комиссия для исследования нефтяного газа, которая исследовала нефтяной газ на 6 заводах в Петербурге и собрала сведения от нескольких нефт. газовых заводов России относительно выхода газа из пуда нефти, количества потребляемого топлива и размеров производства. Из этих данных можно принять как среднее 330 куб. ф. газа из 1 пуда (или 50—55 куб. м из 100 кг нефти) нефтяных остатков; этот результат вполне согласуется с данными в иностранной литературе. Количество смолы, получаемой при добывании нефтяного газа на различных заводах, различно. На заводе в экспедиции заготовления государственных бумаг — получается 20%, в Казани 30—35%, на заводе резиновой мануфактуры — 30%. Сравнительно меньшее количество смолы, получаемое на первом заводе, объясняется тем, что на этом заводе в реторту вводят каплями воду. Существуют прямые опыты Кюхлера, что, вводя воду, при перегонке нефти получается меньше смолы и получаемый при этом нефтяной газ склонен меньше к копоти, так как содержит водород, повышающий температуру пламени, вследствие чего более тяжелые углеводороды вполне сгорают, а не осаждаются в виде копоти. Нефтяной газ, как это видно из фиг. 18, сперва из реторт поступает в гидравлику, затем в конденсаторы и очистители.
Сгущение, или конденсация, газа составляет одну из необходимейших манипуляций, которую должно производить весьма тщательно. Нефтяной газ получается при более низкой температуре, чем каменноугольный газ; в нем заключается большее количество паров смолы, т. е. жидких и твердых углеводородов, при температуре 20°С еще не вполне сгущается, так что они попадают во все трубы и осаждаются в газгольдере. Кроме механической очистки газа, достигаемой, главным образом, охлаждением и промыванием, необходима еще химическая очистка газа для удаления из него угольной кислоты. Для этой цели употребляют ящики, наполненные ламинговой массою. По Кюхлеру, следует брать 2 куб. ф массы на очищение 10000 куб. ф. газа. Нефтяной газ обыкновенно не содержит в себе серы. Руднев («Журн. химич. общ.» 1877 г.), который исследовал нефтяной газ в Казани, объясняет это отсутствие серы тем, что сера, заключающаяся в нефти, при перегонке последней остается в смоле, как это видно из обильного выделения сернистого водорода при перегонке этой смолы. Руднев, исследуя воду, в которой промывался нефтяной газ, не нашел в ней ни цианистых, ни роданистых соединений, и только следы аммиака. В следующей таблице приведены известные анализы нефтяного газа.
| Газ | Уд. вес | Углеводороды | Водород | Окись углер. |
Кто производил анализ | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| тяжел. | легкие | |||||
| Нефтяной | 0,80 | 36,60 | 45,70 | 22,70 | — | Bolley |
| Нефтяной газ казанск. завода | 0,75 | 28,40 | 37,71 | 13,96 | 3,68 | |
| Нефтяной газ Кузнецова | 0,75 | 25,26 | 56,6 | 17,20 | — | Дианин |
| Минеральный | 0,78 | 28,91 | 54,9 | 6,41 | — | Кюхлер |
Вышеприведенные анализы показывают, что нефтяной газ Кузнецова богаче легкими углеводородами, чем газ казанского завода и газ исследованный Bolley, но зато беднее водородом, чем последний газ. Удельный вес нефтяного газа колеблется обыкновенно от 0,67—0,80. Сила света нефтяного газа в разрезной горелке, при расходе 1 кубического фут. газа в час, равняется 10—12 свечам, в аргантовой горелке, при расходе от 3,3—3,6 к. ф. в час, — 29—32 свечам. В среднем следует принять, что на 1 свечу расходуется около 0,1 куб. фут. газа. Принимая, что хороший каменноугольный газ при расходе 5 куб. фут. газа в аргантовой горелке имеет силу света от 14 до 15 свечей, получится отношение между расходом нефтяного и каменноугольного газа от 1/3 или к 4. При этом следует заметить, что при сравнении двух газов относительно световой силы нужно их сравнивать при их лучших условиях горения, т. е. нужно заставить каждый из них гореть при том расходе газа, при котором он дает наибольший световой эффект, — иначе это сравнение приведет к неправильному заключению. Нефтяной газ при малых расходах в 0,5—0,75 куб. фут. дает светящее пламя, между тем как каменноугольный газ при соответствующих расходах едва светится. Нефтяной газ, как более плотный газ, требует, чтобы горелки были с тонким разрезом и мелкими отверстиями; это последнее обстоятельство делает неудобным употребление нефтяного газа для освещения мастерских, атмосфера которых наполнена мелкою пылью. Коль скоро отверстия и разрезы горелки от прочистки сделаются более широкими, нефтяной газ начинает коптеть. Особые определения показали, что при 10% содержании атмосферного воздуха сила света нефтяного Г. уменьшается почти на 1/3, при 20% — наполовину. Исследуя смесь нефтяного газа с атмосферным воздухом относительно ее взрывчатости, оказывается, что 1 объем нефтяного газа с 7—9 объемами атмосферного воздуха образует наиболее сильную взрывчатую смесь. Хорошо очищенный нефтяной газ при охлаждении до температуры — 35°, как показали опыты д-ра Дианина, не выделяет никаких жидких продуктов и световая сила его заметно не падает. При сжатии нефтяного газа до 10—12 атмосфер световая сила его понижается только на 1/3. Пользуясь этим свойством, нефтяной газ применили для освещений вагонов железнодорожных поездов. С этой целью на больших станциях устраивают нефтегазовые заводы. Кроме обыкновенных печей и аппаратов, необходимых для приготовления нефтяного газа, на этих заводах обыкновенно устанавливают два паровых насоса для сгущения и накачивания в резервуары. Один из насосов накачивает газ из газгольдера в цилиндр, устроенный наподобие конденсатора, назначение которого — отнять последние капли воды, находящиеся в газе. Этим насосом газ сгущается до 3 атмосфер, вторым до 10—12 атмосфер. Резервуары, в которых находится сгущенный газ, помещаются обыкновенно под вагоном; такой резервуар содержит 350 литров сгущенного газа, который проходит через регулятор, установленный таким образом, чтобы давление, при котором горит газ, было 16 мм, независимо от давления в резервуаре. Цена нефтяного газа исключительно зависит от стоимости нефтяных продуктов и поэтому весьма различна в различных местностях.
X. Газ древесный (le gaz au bois, wood gas, Holzgas). Во многих городах еще употребляют древесный газ, получаемый при сухой перегонке дерева. Все сорта дерева дают одно и то же количество газа. При перегонке 100 кг угля получается около 34—40 куб. м газа, 25—30 кг древесного угля, 40—45 кг древесного уксуса и 4—5 кг смолы. Дерево перед перегонкой, которая ведется в чугунных ретортах, следует хорошо просушить и расколоть на небольшие куски. Удельный вес древесного газа от 0,6—0,7. Световая сила его на 1/5 больше каменноугольного. Неочищенный газ содержит от 20—25% угольной кислоты, поэтому необходима сильная очистка. Для очистки употребляется водная известь; на 100 куб. метров газа в 24 часа требуется от 100—130 кг извести. Объем скруббера должен быть так рассчитан, чтобы газ в нем оставался не более 10—12 минут. Производство газа идет быстрее, чем каменноугольного, поэтому газгольдер может быть взят меньших размеров. Серы в этом газе почти не содержится.
Примечания
[править]- ↑ Определение содержания паров бензола сопряжено с некоторыми трудностями вследствие сжижения этой составной части в опытном газометре и экспериментальных газовых часах. Употребляемая метода заключалась в том, что количество бензола, которое отделялось при охлаждении до — 22°С (смесь толченого льда с солью) предварительно высушенного газа определялось и увеличивалось на то постоянное количество, которое еще остается в газе при означенной температуре. Многократные опыты показали, что при охлаждении газа до — 70°С (посредством хлористого метила) может быть выделен весь бензол из газа, и что таким образом есть возможность определить постоянное количество бензола, которое при температуре — 22°С остается еще в газе. Это остающееся количество бензола и прибавляли к тому количеству бензола, которое выделилось при охлаждении до — 22°С и таким образом получали общее количество паров бензола.
- ↑ При очищении газа действует водная окись железа Fe2(OH)6, кот. с сероводородом 3H2S дает сернистое железо Fe2S3 и воду 6Н2O; при регенерации полученной массы под влиянием кислорода воздуха идет вновь образование водной капли железа, а сера освобождается (см. Сера) по уравнению:
- Fe2S3 + О3 + 3Н2О = Fe2(OH)6 + S3