| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
Способность к адсорбции тех или иных веществ определялась как раз наличием тех или иных катионов. Собственно, цеолиты и подразделялись на минералы разного состава — шабазит, фаязит, морденит и так далее. И сама-то структура цеолита зависела от соотношения катионов, которые взаимодейтствовали между собой во всех трех направлениях и придавали ту или иную структуру — если все три силы равноценны, получается нормальная трехмерная решетка, если в каком-то направлении силы слабее — получается слоистая структура, а если силы слабые в двух направлениях — цепочечная.
Так, подбирая соотношение кремния, алюминия и катионов, можно было управлять структурой, размерами каналов и полярностью цеолитов. Причем если в природе вещества, участвующие в их образовании, загрязнены множеством примесей, то мы могли "подсунуть" в реакцию чистые вещества и таким образом получать цеолиты с нужными параметрами. Сам синтез был сравнительно несложным делом — надо было "всего-то" повторить природные условия их формирования из перегретых водных растворов веществ под давлением. Мы синтезировали их в автоклавах — из растворов алюмината натрия, водной суспензии кремневой кислоты и щелочи. Собственно, точно по такой же технологии мы получали пьезокерамику, так что процессы нам были известны. В зависимости от типа щелочи, а также температуры и времени реакции получались разные цеолиты. Скажем, если в качестве шелочных металлов выступал только кальций, получали левинит, если к этому добавлялся натрий — получали шабазит, гмелинит или фаязит, а если присутствовал еще и калий — то морденит. Для цеолитов с барием, стронцием и другими металлами природных аналогов нам было неизвестно. Время реакции — от 15 минут до нескольких суток, температуры — от 85 до 300 градусов — набор параметров был велик и еще изучался. Но американцам мы подметки уже подрезали — в США цеолитами занимался Баррер, и в 1942 он запатентовал способ разделения углеводородов при помощи молекулярных сит на основе цеолитов. А мы — через подставную фирму — запатентовали сам способ получения синтетических цеолитов (в РИ этот патент Баррер получил в 1946 году).
И каждая разновидность цеолита имела свои размеры решетки, точнее — пор. Так, фаязит имел сравнительно большие каналы сечением 12 ангстрем, в которые проникали большие молекулы апарафинов, изопарафинов. А другая разновидность фаязита имела каналы уже 24 ангстрема — тут уже проникали и ароматические углеводороды. А вот шабазиты имели каналы только 4,9 ангстрема — тут пролезут только мелкие молекулы — метан, этан, уже хуже — пропан, гептан. Натрийморденит имеет каналы еше мельче — тут почти не проходят метан и этан, не говоря уж о крупных молекулах, а левиниты с каналами 3,8 ангстрема не пропускают даже их, принимая только газы типа азота, и с трудом поглощают даже соляную кислоту, аммиак, аргон. Наши исследователи уже активно пользовались этими свойствами цеолитов, прежде всего для разделения фракций и получения чистых веществ. Но цеолиты начинали все активнее работать и в промышленности. Например, для осушки газов и жидкостей — цеолиты впитывали пары воды, и затем такие фильтры было достаточно нагреть в вакууме — и можно снова отбирать воду из газов. Впрочем, цеолиты использовались для улавливания и других веществ из газов — сероводорода, аммиаков и так далее — пусть даже в материал вбиралось несколько газов, их потом было уже легче разделять с помощью других видов цеолитов или другими способами — например, охлаждением, когда одни газы начинали сжижаться раньше, чем другие. Так, один грамм цеолита с порами 5 ангстрем поглощает 0,2 грамма воды, 0,126 грамма углекислоты, 0,024 грамма азота и 0,008 грамм кислорода, так что может работать и как поглотитель углекислоты на подводных лодках — мы уже испытывали такие аппараты на своих лодках, захваченных еще в 1942 в Кенигсберге. Ну или разделение гептана и толуола, этана и пропана — цеолиты применялись нами для разделения уже полусотни смесей.
А вбирающая способность была невероятна — так, прощадь поверхности одного грамма цеолита была от 140 до 1000 квадратных метров. Это не опечатка — именно метров. Другими словами, на поверхности кристаллической решетки в одном грамме цеолита могло поместиться десять соток — да у моих родителей огород всего шесть соток !
Причем наши исследователи уже навострились менять размеры пор чуть ли не на ходу, произвольно — они обрабатывали уже готовые цеолиты растворами, замещали одни ионы другими и смотрели что получится. Так, шабазит с преобладанием натрия обрабатывали концентрировнными растворами солей кальция, кальций замещал натрий, а так как его радиус больше, решетка чуть раздвигалась (причем без ее разрушения), поры увеличивались — увеличивалась и способность цеолита поглощать крупные молекулы. И наоборот — замещение кальция натрием сжимала решетку и цеолит поглощал только мелкие молекулы. Да там вообще была какая-то фантастика. Так, исследователи создавали кристаллы с повышенным содержанием оксидов алюминия — и решетка приобретала больший заряд, так как часть инертных оксидов кремния была замещена алюминием. А если при этом запихивались одновалентные катионы — калий, натрий, а не двухвалентные — типа кальция — то поляризация пор повышалась и они сильнее захватывали поляризованные молекулы типа воды, но тем сложнее потом и отпускали их при регенерации цеолита — его требовалось нагревать сильнее, чтобы он отдал захваченную воду. То есть свойствами кристаллов игрались как детскими кубиками, управляя с помощью механики электрическими свойствами внутрикристалльного пространства. Впрочем, повышенное содержание оксида кремния, наоборот, повышало прочность самих кристаллов, что было важно для ряда процессов, так что "фантастика" имела свои ограничения.
Эту-то "фантастику" исследователи и пытались прикрутить к синтезу диметилэфира, причем уже одностадийному. Сам по себе синтез ДМЭ из метанола — это реакция дегидрирования, когда из двух молекул метанола получается молекула ДМЭ и молекула воды. Казалось бы — победа ! Но молекула воды содержит два атома водорода, которые уходят в пар вместо того, чтобы образовать полезные вещества. Непорядок. Грабят. Но если в реакцию запустить побольше угарного газа, уже он будет отнимать от молекулы воды атом кислорода — водород снова высвобождается и становится готовым для дальнейших реакций, и заодно получается молекула углекислого газа — а она может соединиться с тем же водородом на поверхности медного катализатора и дать метиловый спирт, который на соседнем — алюминиевом — катализаторе сможет поучаствовать в синтезе ДМЭ. То есть если бы удалось подавать в реакционную камеру побольше угарного газа, а катализаторы работали бы слаженно — процесс был бы очень эффективным — на цинк-хромовых участках катализатора из угарного газа и водорода образовывался бы метанол, на медных — из углекислого газа и водорода — снова метанол, на алюминиевых — из метанола — ДМЭ, и угарный газ разлагал бы получающуюся воду на углекислый газ и водород — и снова на меди получаем метанол. То есть надо как можно больше подавать угарного газа — чтобы он не только создавал метанол, но и расщеплял бы воду. Ну а уж что не успело прореагировать — выводить из камеры — ДМЭ-то там точно больше не нужен, затем сепарировать — перегонять в колоннах, охлаждать — и конечный продукт — ДМЭ — совсем выводить за пределы установки, а остальные продукты заворачивать обратно.
Вот над такой схемой исследователи теперь и корпели — сам-то ДМЭ из метанола мы уже получали, пока мирясь с отбросами в виде воды, теперь хотелось получать его более эффективно. Но — пока на лабораторных столах — слишком уж сложные получались и взаимозависимости, и катализаторы — дополнительные-то порции угарного газа получали из поставленной рядом газогенераторной установки, а вот все это совместить — тут требовалось множество экспериментов. И я, несмотря на заверения что "мы вот-вот уже все получим", все-таки отдал распоряжения запустить в массовое производство раздельный синтез — топливо нам было нужно здесь и сейчас, а раздельный процесс уже был отлажен в сравнительно промышленных масштабах — собственно, метанол мы вырабатывали уже более года, и к установкам добавлялись только реакционные камеры для синтеза ДМЭ — там и было-то разницы что другой катализатор. Лишь напоследок бросил экспериментаторам "Да пускайте эту воду обратно на газификацию ... ну или обрабатывайте ее угарным газом в отдельном объеме — и не придется возиться с комплексными процессами ..." — и ушел, оставив всехв недоумении. Собственно, так вскоре и сделали, но и работы по комплексным процессам катализации не оставили — тема была очень интересная.
Так что летом 1943го на ДМЭ уже бегало несколько десятков единиц техники — пока в качестве эксперимента и в основном строительной — краны, грейдеры, бульдозеры, экскаваторы, самосвалы — ездить на дальние расстояния им не требуется, поэтому если что-то сломается, то ремонтники смогут быстро починить. Да если и не сломается — мы все-равно ежедневно отслеживали состояние двигателей — все-таки дело новое, надо присмотреть. На фронт двигатели на ДМЭ мы посылать и не собирались — баллон высокого давления, в котоом хранился ДМЭ — слишком уязвимая вещь — пробьют — все топливо хорошо если быстр испарится, а то ведь может накопиться во внутреннем объеме бронетехники и рвануть. Да и так может рвануть — все-таки шесть-восемь атмосфер — если они вырвутся из бака в обитаемые объемы — экипажу мало не покажется. Так что ДМЭ использовался там, где не стреляют, ну если и стреляют, то нечасто — какие-нибудь лесные бандиты или шальные самолеты фрицев.
Правда, не обошлось без проблем. Так, после разогрева двигателя стали обнаруживаться провалы в его работе. Оказалось, что ДМЭ, шедший по топливопроводу, разогревался, его давления, полученного от топливного бака, уже не хватало, чтобы оставаться в жидком состоянии, он переходил в газ — возникала газовая пробка. Пришлось ставить подкачивающий насос и датчики давления и температуры. Так же некоторые сорта резины оказались нестойки к ДМЭ — тут еще предстояло подобрать нужные рецептуры, так что пока стали чаще менять прокладки и уплотнения. В остальном же мы пока сдержанно отмечали несомненный успех нового топлива.
Причем диметилэфир оказывался все более удобным топливом — и не только для транспорта. Мы уже строили установку для применения в промышленности. Расчеты показывали, что проще произвести ДМЭ на месте добычи полезного ископаемого — торфа, бурого угля — и затем везти баллоны к потребителям — промышленным предприятиям — чем везти туда само топливо в его исходном виде — если пересчитывать через относительную калорийность, то потребности в перевозках снижались как минимум в три раза, даже с учетом того, что для перевозки ДМЭ требовались стальные емкости на давления в несколько атмосфер — в конце концов, их можно изготавливать на автоматических станках — гибочных и сварочных, а давления не такие уж и большие. Единственная проблема — для перемещения этих емкостей потребуется подъемное оборудование, тогда как тот же торф можно и лопатами перекидать. Но подъемное оборудование нужно по любому, и мы уже запустили производство небольших кранов на грузоподъемность две-три тонны — они могут работать от электрического двигателя, ДВС, и даже на ручном приводе. Но мы рассчитывали, что эти краны будут иметь широкое применение. Очень широкое — в конце концов, в народном хозяйстве найдется много чего весом до трех тонн, что необходимо поднять и перенести на небольшое расстояние, а не только емкости с диметилэфиром. На крайняк — поставим газопроводы для транспортировки ДМЭ в газообразном, а может даже и в жидком состоянии — тут мы еще прикидывали и считали. Конечно, картина трубопроводов с топливом "из леса" была для меня диковатой, но и особых возражений не вызывала.
Тем более что мы испытывали и установки на десять, двадцать и тридцать килограммов топлива в час — они уже перерабатывали в ДМЭ отходы древесных производств и лесоразработок. Был расчет, что они смогут обеспечивать себя топливом только за счет этих установок. А это — снова сокращение объемов грузоперевозок — того же топлива. Да и в хозяйствах будет больше рабочих мест, требующих некоторой квалификации — мы хотя и проектировали установки на максимально простую эксплуатацию, но будущим работникам подучить кое-что все-равно придется. Зато, в отличие от газогенераторов, ДМЭ можно гнать и в промежутки между работами, запасая топливо, тогда как газогенераторное топливо "прозапас" особо и не попроизводишь — оно требует для хранения газгольдеров — да один газгольдер потребует металла как с сотню емкостей для ДМЭ, и все-равно будет хранить в пять раз меньше топлива — если считать исходя из калорийности хранящегося топлива.
А так — если тракторы будут расходовать пусть даже двести грамм на лошадиную силу в час, то двадцать литров в час — это сто лошадиных сил в течение часа. Так как тракторы работали в среднем на мощности в тридцать лошадок, то получается, что одна установка сможет обеспечить работу трех тракторов. А если учесть, что трактора работают максимум десять часов в сутки, а установка может работать и круглосуточно, ну путь двадцать часов — она обеспечит топливом на день работы уже шесть тракторов. А если учесть, что установка может работать не только в периоды сельхозработ, то с ее помощью колхоз или МТС могут поднакопить топлива — и его может хватить уже на всю технику. край — поставят вторую. Третью установку.
Впрочем, мы проектировали и установку на 12 тонн в сутки. Для ее оборудования металла потребуется уже больше. Так, для получения угля потребуются камера предварительной сушки, шнековый транспортер, камера пиролиза, где получают древесный уголь или кокс, если печь работает на торфе — продукты сгорания идут на получение пара и на сушку сырья. Далее идет оборудование для получения синтез-газа — шнек для транспортировки охлажденного угля, высокотемпературная камера, где этот уголь раскаляется и обрабатывается паром — полученный синтез-газ поступает в циклон для очистки от золы и других твердых веществ, в теплообменник и затем — в промежуточный накопитель. Ну и далее следует стадия получения ДМЭ — компрессор, сжимающий синтез-газ до давлений в 50 атмосфер, реактор с катализаторами, охлаждающий теплообменник, сепаратор, где разделяются газовая и жидкая фазы продуктов реакции, приемник метанола, конденсатор диметилэфира, ну и ветка возврата непрореагировавшего синтез-газа и метанола обратно в реакционную камеру. И все это требовалось делать модульным, так как где-то могли быть свои сушилки, газогенераторы, теплообменники — а это значит, что требовалось согласовать переходники, внутренние объемы камер и сечения труб. При этом мы закладывались сразу на три уровня производительности установок, что потребует, соответственно, трех вариантов оборудования, и тут надо бы провести максимальную унификацию, хотя бы по соединительным муфтам и кранам. А еще насытить все это датчиками температуры и давления, расходомерами, пробоотборниками, да и на будущее — хотелось бы предусмотреть подключение дополнительной автоматики и датчиков — а это требует предусмотреть посадочные гнезда, окна, фланцы — впрочем, от резервирования конструкций под будущие датчики мы отказались — если что — врежемся в трубы, а вот площадки под исполнительные устройства — хотя бы для задвижек — решили делать сразу — пока задвижки и краны будет крутить обслуживающий персонал, а в дальнейшем постараемся переложить это на автоматику. Впрочем, и сейчас подумывали поставить газоанализатор — параметры подготовки сырья будут плавать, поэтому его надо бы постоянно отслеживать чтобы вовремя прибавить или убавить температуру или подачу пара — пусть этим и будет заниматься поначалу оператор, а не автоматика — автоматический анализ вместо лабораторного все-равно уменьшит время реагирования. Да и для проверки продуктов тоже бы надо ставить газоанализаторы.
| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
