Отклоняясь немного в сторону, чтобы два раза не вставать, торф был для нас источником не только кокса, но и других продуктов. Так, деготь, получающийся при коксовании торфа, содержит до девяти процентов воска, до восьми — парафина, до двадцати процентов фенолов и карбоновых кислот и до двадцати процентов нейтральных масел — по этим показателям верховой и низинный торф практически не различаются. А вот асфальтенов из верхового получается максимум 15 процентов, а из низового — от 17 до 40ка. А в срединном — переходном — торфе — до двадцати процентов битумов, за счет чего он не пропускает воду и является водоупорным горизонтом. Из-за этого же он дает более высокую теплоту сгорания, а также много смол и восков. Да много чего получали из торфа — это считай что нефть, только сыпучая — даже бензин, по идее, можно гнать — в "Общей химической технологии топлива" от 1941го года описано несколько процессов получения синтетического бензина из генераторных газов, так что разберемся с первоочередными делами — попробуем.
ГЛАВА 14.
Сейчас больше всего меня заботила азотная кислота, которая нужна для выделки пороха и взрывчатки. Пока мы еще использовали местные запасы, что нашлись на предприятиях, на складах и в сельской местности — либо непосредственно самой азотной кислоты, либо азотных удобрений — разных селитр. И, хотя их и было тут десятки, если не пара сотен тонн, но когда-то они закончатся. И торф, как источник аммиака — исходного вещества для получения азотной кислоты, казался мне одним из вариантов выхода из, как я его называл, азотного кризиса.
В Советской военной энциклопедии, первые и единственные два тома которой были изданы в начале тридцатых, расход азотной кислоты по результатам Первой Мировой указывался как тонна на тонну пороха, при теоретическом минимуме в двести килограмм — проблема была в том, что кислота расходовалась не только непосредственно на нитрацию, но и вымывалась при промывке — от 11, 30, до 50 процентов, в зависимости от технологии нитрования — по методу Абеля, Нобеля или Зельвига — методы различались и количеством ручного труда — чем меньше потери кислоты — тем его больше — описание методов мы прочитали в книге "Пороха и взрывчатые вещества" от 1936го года.
Вообще в книгах было много интересных фактов. Так, в книге француза Паскаля "Взрывчатые вещества, пороха и боевые газы", написанной в 1925м и переведенной на русский язык в 1932м, была даже приведена вязкость нитроклетчатки в зависимости от возраста дерева, из которого была изготовлена целлюлоза. Так, нитровали целлюлозу из тополя, и получалось, что молодые — до четырех лет — деревья давали вязкость почти в четыре раза большую, чем старые деревья возрастом более двадцати пяти лет. А ведь от вязкости зависит возможно достижимое качество последующей обработки — прежде всего степени чистоты, то есть промывки от остатков кислот.
А так, там было написано, что из ста весовых единиц целлюлозы можно получить от 150 до 170 весовых единиц нитроклетчатки, которые превращаются в 160..180 единиц пороха — в зависимости от добавок. Правда, мы не добавляли, скажем, стабилизаторы — тот же вазелин — смесь парафинов, которые мы получали из нефти, с маслами — так-то он поглощал оксиды азота, которые постоянно выделяются из пороха при разложении нитроклетчатки, причем, смешиваясь с влагой, всегда остающейся в порохе и имеющейся в окружающем пространстве — даже гильзе — эти окислы образуют азотную кислоту, которая воздействует на нитроклетчатку и та начинает разлагаться еще сильнее — процесс все ускоряется, по сведениям из книг, нитроклетчатка могла разложиться за два-три месяца, а в замкнутом пространстве — даже загореться, а то и рвануть. А повышение температуры еще и ускоряет этот процесс — так, при температуре в 125 градусов за период в сто пятьдесят часов порох теряет половину своего веса и более шестидесяти процентов азота — по сути, становится безвредным веществом, а при 150 градусах всего за 20 часов он теряет 70 процентов веса и почти сто процентов азота — после прочтения этих фактов мне стало понятно, как именно можно испортить патроны, отварив их в воде — пусть температура и ниже, но азота в клетчатке будет уже недостаточно, чтобы порох загорелся. Вот вазелин активно и поглощает эти образующиеся окислы и существенно замедляет разложение пороха.
У нас порох использовался почти что с колес — либо на стрельбищах, либо в боях — поэтому мы упростили технологию, убрав добавление вазелина — порох просто не успеет сколько-то разложиться, хотя подразделениям и пришлось следить, чтобы патроны не протухали — в крайнем случае, если какое-то подразделение не участвовало в боях, старые патроны недельной давности сдавались обратно и шли на стрельбища, а взамен выдавались новые — конечно, морока, но и, извините, процесс смешивания нитромассы с вазелином — тоже не такой-то простой — это не ложкой помешать в стакане воды — оба вещества вязкие, даже растворенные в спирте, и мешать надо долго.
Так что технологи были очень рады избавиться хотя бы от этого процесса — они и так проводили нитрацию по меленному процессу, чтобы получить максимально чистый порох — хотя при низких температурах нитрование идет гораздо медленнее, зато клетчатка практически не подвергается гидролизу под действием кислот и соответственно образуется очень мало глюкозы и декстринообразных веществ, тогда как уже при тридцати градусах этих веществ образуется достаточно много, причем они тоже нитруются — и мало того что на них расходуется азотная кислота, так они еще загрязняют продукт, снижая его энергетику. Так что понижением температуры мы исключили еще и этап очистки от этих примесей — нам пока было важно получить хоть какой-то порох с минимальным количеством технологических процессов — а уж потом будем отлаживать более быстрые методы. В частности, эти нитрированные сахара и декстрины нерастворимы в воде, поэтому промывкой их не отделишь — надо кипятить массу в слабом растворе щелочи, чтобы омылить эти вещества — нужная нам нитроклетчатка, конечно, тоже будет омыляться, но она более устойчива и ее сохранится гораздо больше, чем этих сахаров. Так что, по сути, более медленным нитрованием мы скомпенсировали необходимость проваривать в дальнейшем нитромассу в течение 30-50 часов — так-то все-равно проваривали, но меньше время, только чтобы вымыть остатки кислот.
Для производства пороха мы применяли нитрование в ваннах и горшках — медленный и низкотехнологичный, но поэтому доступный нам сразу, метод. Начинали, конечно, совсем с небольших объемов, но, забегая вперед, отмечу, что к концу сентября аппаратура состояла уже из шести чугунных ванн длиной и высотой под метр и шириной сорок сантиметров — в каждую закладывалось по 200 кг смеси кислот и затем туда последовательно окунают на 5-6 минут целлюлозу весом до килограмма — в исходном варианте, описанном в книге, туда просто окунали пряди хлопка, но у нас его не было и мы не могли использовать длинноволокнистость — поэтому окунали в чугунных дуршлагах. А потом вытаскивали и закладывали в чугунные же горшки — за время окунания в ванны масса набирала в себя кислот в 9-12 раз больше собственного веса — то есть 9-12 килограммов на килограмм — и этой пропитанной кислотами массой и донитровывалась уже в горшках — их-то и ставили на 3-10 часов в проточную воду для охлаждения. Самовоспламенения, характерные для этой технологии, были опасны больше в жаркую погоду, да если туда еще капнуть водой — будет взрыв. Так что меры предосторожности были адскими. Ну а потом — отжать на центрифуге — в массе еще останется килограмм-полтора кислот — и — на промывку. При шести ваннах, 300 горшках и одной центрифуге в сутки можно произвести тонну пороха, а число рабочих — всего восемь на смену. На тот момент это были очень неплохие для нас показатели. Разве что технология загрязняла воздух кислотами — вплоть до 0,6 грамма паров азотной кислоты на кубометр, так что люди работали в костюмах химзащиты, но по холодной погоде это было терпимо. И на один килограмм пороха уходило семьсот грамм целлюлозы, один килограмм триста грамм азотной кислоты и почти столько же серной — остатки азотной кислоты в отработке были небольшими, но и их еще можно было вернуть в оборот, а серная возвращалась на девяносто процентов — она лишь впитывала образующуюся при нитровании воду и не расходовалась на реакции, убывая лишь с отходами, так как мы не всю ее могли вернуть из растворов.
Это я все к чему — на тонну пороха нам требовалось одна тонна и триста килограммов азотной кислоты. Были и другие технологии изготовления пороха, более экономные в плане расхода кислоты, и мы их прорабатывали, но на данный момент потребности в кислоте были именно такие. А тонны пороха, что мы выделывали в сутки в конце сентября, достаточно, чтобы снарядить 2 000 000 патронов ТТ для пистолетов-пулеметов. Или 300 000 винтовочных патронов. Или 60 000 патронов для крупняка 12,7х108. Или 50 000 патронов 20в99R для ШВАКов. Или 25 000 патронов 20в138B для немецких зениток 2.0 cm FlaK 30/38. Ну или 50 000 немецкого же 20в82 мм для самолетных пушек. Или — 50 000 комплектов зарядов — центральный плюс один кольцевой дополнительный — для мин калибра 82 мм. То есть по идее та пара или даже больше сотен тонн кислоты и селитры, что тут были до войны, нам хватило бы на производство порохов для стрелковки, МЗА, минометных мин на полгода минимум, ну, на три месяца точно. Вот только были ведь еще и орудия, да и взрывчатку надо бы производить в более масштабных количествах — так-то ее пока брали из авиабомб, крупнокалиберных снарядов, но и производство толуола из торфа или древесины уже налаживали в заметных количествах. А на взрывчатку тоже нужна кислота.
Можно переделывать для патронов стрелкового оружия и артиллерийские пороха, надо только учесть разный состав — так, в артиллерийских порохах применяется пироксилин с содержанием азота до тринадцати процентов, а в винтовочных — более тринадцати. Первый дает при сгорании больше газов и меньше тепла, второй — наоборот. Впрочем, разница составляет процентов десять от силы, так что чтобы сохранить баллистику, можно просто подобрать другую навеску пороха, а не просто отвешивать то же количество, что и из винтовочного. Ну, если только там не подмешивается нитроглицерин, как у немцев в некоторых порохах — он, конечно, увеличивает энергию сгорания пороха, но это приводит к повышенному разгару стволов, и более резкой отдаче.
Так что оборудование шести табачных фабрик, что тут находились, были под завязку нагружены набивкой пороха в гильзы — вопреки бытовавшему в мое время мнению, табачные фабрики использовались не для полного цикла производства патронов, а только для их снаряжения порохом, так как процесс навески и отсыпки табака в гильзу папиросы схож с процессом навески и отсыпки пороха в гильзы патронов стрелкового оружия.
ГЛАВА 15.
Правда, для получения азотной кислоты аммиак надо окислить — и тут были проблемы с катализаторами. Они делались в виде сетки из платины, или платины с добавлением родия, палладия. При окислении аммиака происходило несколько реакций, и катализаторы увеличивали количество именно нужных, уменьшая количество ненужных — например, образования молекул азота, которого вокруг и так выше крыши. То есть реакция происходила на поверхности катализаторов. К сожалению, у этой же поверхности требовалось обеспечить избыток кислорода — иначе кто же будет окислять аммиак. Но при этом кислород окислял и платину — получался летучий оксид платины, который уносился с потоком газов. То есть катализаторы были расходным материалом. Часть этого летучего оксида улавливалась специальными ловушками — порошком оксида кальция, но не более половины, а ведь ее еще надо было переработать обратно в металлическую платину.
Так что пока наши работали на тех установках и запасах, что тут были, но уже подбирали и другие процессы — прежде всего играясь с понижением температур и давлений — пусть процесс пойдет медленнее, но зато и уменьшится термическое разложение аммиака на молекулярный азот и водород, вместо образования оксидов — ведь молекула азота довольно устойчивое соединение, нам же нужны именно оксиды, которые при смешивании с водой и дадут азотную кислоту — ну, через промежуточную азотистую.
Да и другие катализаторы можно попробовать — ведь для того же окисления серы при получении серной кислоты также используют и платиновые, и железные, и ванадиевые катализаторы — все зависит только от доступности — ванадиевый самый оптимальный, платиновый — самый дорогой, а железный дает небольшой выход. Но ведь дает ! Так и здесь — еще помучаемся. Тот же Оствальд, получивший в 1903 году патент на производств кислоты из аммиака на платиновых катализаторах (хотя реакцию открыл Кюльман в 1839м, а еще раньше — в 1800м году — Фуркуа безо всякого катализатора окислял аммиак при высокой температуре ) — так вот, Оствальд использовал и другие материалы — окись серебра, меди, железа, хрома, никеля (как порой писали в книгах этого времени — никкеля — с двумя "к", калькируя с английского названия). И тоже работало, правда, с меньшим выходом.
Так, на платиновых катализаторах при наиболее оптимальной температуре 450 градусов выход оксида азота составлял более 93 процентов, непрореагировавшего аммиака — чуть более процента, и остальное — молекулярный азот. А для катализатора из окиси железа — то есть обычной ржавчины — оптимальной температурой было уже 670 градусов — при этом в окись азота переходило 90 процентов аммиака, непрореагировавшего аммиака практически не было, и 10 процентов — молекулярный азот. То есть катализаторы на окиси железа были почти идентичны катализаторам на платине. А примешивание к ним 3-4 процентов висмута было даже эффективнее платины — при 600 градусах выход окиси азота составлял уже 95 процентов. Пока это мелочь, но надо будет озадачить химиков выцарапать висмут из висмутовых бронз — если дойдем до больших объемов производства, то каждый процент будет вырастать в дополнительные тонны кислоты и сотни убитых фрицев.
Собственно, на этих технологиях Германия и воевала в первую мировую войну, когда доступ к чилийской селитре был утерян — только в 1915м она производила таким образом сто тысяч тонн азотной кислоты. Конечно, платина в качестве катализатора более удобна в том числе и по своим механическим свойствам — так, платиновые сетки строятся из проволоки диаметром 0,04-0,06 миллиметра, с густотой плетения одна-три тысяч петель на квадратный сантиметр. То есть получается очень большая площадь контакта. Окись железа так, естественно, не сплести, а появляющаяся на железных проволочках ржавчина будет быстро уноситься набегающим потоком. Поэтому наши сейчас работали над пока лабораторными установками, в которых можно было бы создать большую поверхность именно ржавчины. Проблема еще заключается в том, что нельзя устанавливать слишком низкий поток реагентов — при окислении — собственно, сгорании — аммиака происходят шесть разных реакций, и те реакции, в результате которых образуются не оксиды азота или азотная кислота, а молекулы азота — вредные для нас. И на железных катализаторах азот как раз интенсивно образуется при высоких температурах — при 700 градусах — уже пятнадцать процентов, а не десять, как при 670, при 800 — 20, при 865 — 44 процента. Соответственно, смесь надо все-таки быстро прогонять, чтобы область реакций не достигала таких температур. Или как-то механически отводить тепло, образующееся при сгорании аммиака.
