Раздел очень прост в использовании. В предложенное поле достаточно ввести нужное слово, и мы вам выдадим список его значений. Хочется отметить, что наш сайт предоставляет данные из разных источников – энциклопедического, толкового, словообразовательного словарей. Также здесь можно познакомиться с примерами употребления введенного вами слова.

Водяной газ

продукт газификации топлив, получается в газогенераторах при взаимодействии раскалённого топлива с водяным паром.

Википедия

Водяной газ

Водяно́й газ - газовая смесь, состав которой CO - 44, N - 6, CO - 5, H - 45.

Водяной газ получают продуванием водяного пара сквозь слой раскалённого угля или кокса . Реакция идёт по уравнению:

H_2O + C \rightarrow H_2 + CO

Реакция эндотермическая, идёт с поглощением тепла - 31 ккал / моль (132 кДж /моль), поэтому для поддержания температуры в газогенератор время от времени для накаливания слоя кокса пропускают воздух (или кислород), либо в водяной пар добавляют воздух или кислород.

Именно поэтому водяной газ обычно имеет не стехиометрический состав, то есть 50 об.% H + 50 об.% CO, а содержит также другие газы.

Продукты реакции имеют в 2 раза больший объём относительно объёма водяного пара. Именно на увеличение объёма затрачивается, согласно термодинамике, значительная часть внутренней энергии реакции.

Представляет интерес установка, которая может рекуперировать эту энергию. Часть энергии, в виде электроэнергии может быть потрачена на подогрев твёрдого топлива. В такой установке подогрев может производиться за счёт адиабатического сжатия водяного пара.

Если газогенераторная установка должна питать электростанцию, то её отработавшие газы могут подогревать водяной пар.

ДЕГИДРАЦИЯ ГАЗА

Глава XV СОДЕРЖАНИЕ ВОДЫ В ПРИРОДНОМ ГАЗЕ ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ

Газовое месторождение, не содержащее нефти, есть газовая шапка над водой. Газ такого месторождения насыщен парами воды. Ранее дана классификация газовых месторождений по размерам контакта газ-вода. На фиг. 62 изображена схема месторождения, имеющего!0О% площади контакта газ-вода.

____________Поверхность земли

¦газ -У.-:;

¦’.Уров^н^.водь^ *. ’ : >’/

бода"

Фиг. 62. Разрез месторождения, имеющего 100% контакта газ-вода.

Если площадь контакта газ-вода составляет менее 100% газоносной площади, в течение длительного геологического времени вследствие диффузии газ всего месторождения насыщается парами воды.

Также считалось, что количество насыщенного водяного пара в единице объёма воздуха при постоянной температуре обратно пропорционально абсолютному давлению. Совместное влияние давления и температуры выражается цифрами таблиц, имеющихся в технических справочниках, в курсах физики и термодинамики, в книгах по паровым котлам и т. д.

Таблица 62 показывает содержание, воды в г в 1 м г воздуха, насыщенного парами воды, при разных температурах и разном давлении .

Таблица 62

Температура			Давление в		1 ата	(метрические ата)

Из таблицы видно, что при температуре 0° С при абсолютном давлении в 1 метрическую атмосферу насыщенный воздух содержит 4,9 г воды, при давлении в 10 ата - 0,49, при давлении в 50 ата -

0,098 и т. д. Получается точная обратная пропорциональность.

Но все таблицы, аналогичные табл. 62, оказались неверными. В них верны лишь цифры, относящиеся к малым давлениям.

В нефтяных и газовых месторождениях воздуха нет, но в них есть природные газы, состоящие, главным образом, из метана и содержащие, кроме метана, различные другие углеводороды, а также некоторое количество азота и углекислоты.

Газы известняковых пластов обычно содержат небольшое количество сероводорода. Кроме того, в нефтеносных и газоносных пластах всегда есть вода, и выходящие из скважин газы содержат тот или иной процент воды в виде пара. Из очень многих скважин выходят углеводородные газы, насыщенные водой. Изучение содержания воды в газах нефтяных и газовых месторождений оказалось необходимым для правильной эксплоатации месторождений.

При транспорте и хранении дрбытого природного газа, при получении из него бензина, при различной другой переработке газа, при очистке газа от H 2 S и С0 2 , при эксплоатации газопроводов и т. д. детальное и точное изучение содержания воды в газе также оказалось необходимым.

Иногда вода, содержащаяся в газе, приносила большие затруднения при добыче газа и при перекачке его по газопроводам. При снижении давления газ охлаждался и выделял воду в жидком состоянии, которая иногда превращалась в лед и закупоривала газопроводы, счетчики газа, регуляторы давления и разные другие приборы. В присутствии воды в газопроводах возникали гидраты углеводородов, закупоривавшие газопроводы.

ИССЛЕДОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВОДЫ В ГАЗАХ

В 1927 г. Э. П. Бартлет напечатал статью г, в которой помещены результаты его опытов над поглощением воды водородом, азотом и смесью водорода и азота при высоких давлениях. Оказалось, что водород и азот при высоких давлениях поглощают воду в количествах на 200% больше, чем это указано в таблицах, принятых в технике и промышленности.

В 1939 г. Б. М. Лаулхир и Ч. Ф. Брайско в докладе, представленном в «Газовую ассоциацию Тихоокеанского побережья», изложили свои исследования по вопросу о содержании воды в природных газах Калифорнии. Оказалось, что при давлении 35 ата газ содержит на 30% больше воды, чем полагается по таблицам,

В 1941 г. Р. Вибе и В. Л. Гэдди исследовали поглощение воды углекислым газом (С0 2) при давлениях до 700 ати . При больших давлениях содержание воды сильно превосходило цифры таблиц.

Детальное изучение вопроса о содержании воды в природных газах предприняло Горное бюро США. Это изучение еще не закончено. Часть исследований опубликована .

Точные данные о содержании воды в природных газах потребовались для правильной постановки работ на гелиевом заводе Горного бюро США в г. Амарилло в северо-западном Тексасе. Этот город находится около крупного газового и нефтяного месторождения Пан-хандль, залегающего в слоях пермской системы. На гелиевый завод идет газ из купола Клифсайд, содержащий около 1,7% гелия. Большое содержание воды сильно мешало выделению гелия из газа.

Воду надо было удалять до переработки газа. Инженеры этого завода В. М. Дитон и Э. М. Фрост произвели в лаборатории гелиевого

завода исследования по вопросу о содержании воды в природных газах, в воздухе и в гелии.

Результаты этих исследований были представлены в виде доклада 3 на съезде «Американской газовой ассоциации» 5-8 мая 1941 г. в г. Даллас в Текс асе.

Исследования имели достаточную точность. При разной температуре и различном давлении было определено содержание воды в трех газах, насыщенных водой. Состав этих газов указан в табл. 63.

В этой таблице газ А есть природный газ главного газового поля месторождения Панхандль, газ В - газ из купола Клифсайд Пан-хандльского района и газ С - калифорнийский природный газ. исследованный Ляулхиром и Брайско.

ТОЧКА РОСЫ ПРИРОДНОГО ГАЗА

На фиг. 63 изображена диаграмма точек росы природного газа А для различных давлений. На оси ординат нанесены lgP 1? а на оси

абсцисс 4- , где Т - абсолютная температура.

После построения диаграммы на оси абсцисс против соответствующих делений были написаны цифры температуры в обычном обозначении.

Во время опытов, послуживших основанием для составления фиг. 63, для каждой кривой чертежа температура и давление воды (или водяного пара) удерживались постоянными. Вода не прибавлялась к газу и не отбиралась из него.

Мольная концентрация воды была постоянной для каждой отдельной кривой.

Таблица 63

Состав газов в °/о по объему

	Природный газ
Составные части газа
Воздух. . с.....* . . .
Углекислота.... . . . .
Азот............
Гелий...........
Метан............
Этан............
Пропан...........
Бутан и более тяжелые углеводороды........

Рассмотрение получившихся диаграмм показало, что при малых давлениях кривые точек росы природного газа соответствуют цифрам, полученным из таблиц давления водяного пара.

При повышенных давлениях они начинают отклоняться от цифр" таблиц. При малых давлениях это есть прямые линии. С увеличением давления они загибаются кверху.

Отклонение от закона Бойля при больших давлениях еще более увеличивает расхождение фактических данных и общепринятых таблиц.

Фиг. 63. Кривые точек росы природного газа.

Цифры на кривых обозначают количество воды в г в 1 m s газа.

ФАКТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ВОДЫ В ПРИРОДНОМ ГАЗЕ

Для промышленности природного газа более удобно пользование диаграммой, на которой непосредственно нанесены кривые содержания воды в газе при том или ином давлении и при той или иной температуре. Такая диаграмма изображена на фиг. 64. Она была построена следующим образом.

На оси абсцисс деления соответствуют -у-, где Т-абсолютная

температура (по Кельвину). На оси ординат деления соответствуют lg w, где w - вес воды в определенном объёме газа. После построения диаграммы на оси абсцисс поставлены цифры температуры в обычном обозначении (по Цельсию).

Каждая кривая дана для определенного постоянного давления, и видно, как при данном давлении на максимальное возможное содержание воды влияет температура.

Зо$ь/ 0 при аде дсЗле/л/и /, fjj084amu и темг/еда/луре fSJS V

щ/бщ } wooo 80М

6001, 5000 . 4000

/6,0/8492

/2,$f*W6

9,6 НО952 6 M 924 6

6,40 7 3968

W5M5-

^ >, 60fS 492

^ /, 23/4 7S36-

11,96/10952 0,8009246 8.640 73963-

0.WS5476 A 52036984

3.i6Qte*92

0 /0 20 39 40 SO 60 70 80 90 W M °f

j h8 /2,2 6,67 f,/t 444 /0 f.5,56 2/J 25.7 38.2 37,543j‘C

А. Цифры на кривых обозначают абс. давление в метр. ата.

swum $6,/msг

80,69246

млзт

43,1)55476

з2,озбт

X

Чем выше температура, тем больше воды может содержаться в газе. Влияние давления видно из сопоставления нескольких кривых по вертикальной линии, т. е. при одной и той же температуре. Чем выше давление, тем меньше воды может содержаться в данном газе. При больших давлениях и низких температурах кривые начали загибаться кверху, но при малом масштабе чертежа это на диаграмме не видно.

* Л /2,8/4S32

14,0953 22/263 29,1573

AGfaewt дметр отв.

36,1883 шт

0333 &0642 < 4,0553 21./263 29./373 Ш 683 43 jt 9 s"

Лбе. бабле we 3 мел?л та

Ч 66,66903 §

& 57,665396

% 54,461763

Ц\33,6МШ II Д 93S93/ М 3&434S/i

¦5 Si шшя гизвш

^ 23.623 №

1 J 333 d №2

<4053

22, /263 29,/573 36,1883

? ота>

Фиг. 64 дана для природного газа А, который близок к бугуруслан-скому газу из газовых скважин. На фиг. 65 даны диаграммы содержания воды в трех природных газах, в воздухе и в гелии. При высоких давлениях содержание воды в газах отклоняется от обычных газовых

законов и от общепринятых таблиц в сторону увеличения. В отношении высоких давлений цифры общепринятых таблиц не годятся ни для воздуха, ни для природных газов.

Под давлением 43 ата воздух, насыщенный водой, при температуре 37,8° С содержит на 15% больше воды, чем указано в обычных таблицах, а при температуре 15,56° С - на 24% больше.

Природные углеводородные газы, насыщенные водой, содержат воды больше, чем воздух при тех же условиях, причем разные газы в состоянии насыщения содержат различное количество воды. Сухие углеводородные газы поглощают меньше воды, чем газы, богатые бензином.

Увеличение содержания азота в газе уменьшает способность газа поглощать воду. Природный газ А при 37,8° С в состоянии насыщения водой при 43 ата содержит на 25% больше, а при температуре 15,56° С на 35% больше воды, чем сказано в общепринятых таблицах.

Калифорнийский газ С дает в сторону увеличения еще более значительное расхождение с таблицами. Только гелий не дает больших расхождений.

В природе газ в газовых или нефтяных пластах обычно насыщен водой, так как в каждом газовом и в каждом нефтяном пласте есть вода и, находясь в контакте с водой, газ рано или поздно делается насыщенным водой. При выходе из пласта через скважину имеет место снижение давления, и газ из насыщенного водой может перейти в ненасыщенный. Понижение давления увеличивает способность газа держать в себе воду в парообразном состоянии.

Но понижение температуры, вызываемое расширением газа, обычно пересиливает это благоприятное действие снижения давления, и из газа может осесть жидкая вода, образуя при этом гидраты углеводородов.

Ненасыщенный водою газ перекачивается по газопроводу и в холодное время, например, зимой или весной. Понижение температуры газа может перевести газ из ненасыщенного состояния в насыщенное; из газа выделятся жидкая вода и гидраты углеводородов, которые могут закупорить газопровод, счетчики, регуляторы давления и пр.

Бугурусланский газ из газовой шапки близок к газу А вышеприведенных таблиц, и этими диаграммами можно руководствоваться при определении температуры и давления, сообщающих газу насыщенность водой, и при определении количеств воды, которые могут содержаться в газе при разных условиях.

ПОДСЧЕТ ЗАПАСОВ ГАЗА В МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

В каждом месторождении при начале его разработки газ насыщен водой, находящейся в парообразном состоянии. Эта вода занимает часть объёма в порах пласта. При подсчете запасов газа по объёмному методу этот объём воды надо вычесть из объёма газа. В большинстве месторождений объём воды в газе составляет малую часть объёма газа* Но при большом давлении в глубоко залегающих месторождениях вода занимает существенную часть объёма. Для определения количества парообразной воды в газе следует руководствоваться вышеприведенными кривыми. Но есть газы, где содержание бензина значительно выше, чем в газах, для которых даны кривые. В них содержание воды будет еще выше. Его надо сосчитать, исходя из данных кривых и увеличив содержание воды пропорционально среднему молекулярному весу газа.

Таблицы и кривые доведены лишь до 43 ати . Для более значительных давлений эти кривые можно продолжить. Но когда они дойдут добавления максимальной конденсации»,которое имеет место в различных газах соответственно их среднему молекулярному весу, при 60-91 ати кривые содержания воды резко загнутся кверху и содержание воды возрастет. При давлениях в пласте выше «давления максимальной конденсации» вода, залегающая в пласте в жидком состоянии, будет переходить в пар и примешиваться к газу. На какой-то значительной глубине вся пластовая вода будет в парообразном состоянии находиться в смеси с газом. Газ газово-конденсатных месторождений выходит из скважин, неся громадное количество воды в виде пара. К такому типу месторождений относилось месторождение Кала до начала разработки. Неумеренное снижение давления при эксплоатации перевело большую часть этой воды изгазообразного состояния в жидкое и, кроме того, осадило в пласте конденсаты из газа. Но подсчитывать первоначальные запасы газа и вычитать из них воду мы должны для месторождений, еще не затронутых разработкой. Конденсаты должны включаться в запасы газа.

Водяной газ, горючая газовая смесь, в главной массе состоящая из окиси углерода и водорода и образующаяся при разложении паров воды раскаленным углем. Для добывания водяного газа употребляется чаще всего кокс или антрацит. Теоретически водяной газ должен содержать 50% окиси углерода и 50% водорода, но на практике, так как трудно поддерживать в генераторе необходимую температуру (1 200°С), в газе всегда содержится 3-5% углекислоты, немного метана, азота и, если топливо содержало серу, то также в незначительном количестве и сероводород.

Для получения 1 куб. метра водяного газа указанного теоретического состава надо 0,4 килограмма водяного пара; в действительности обыкновенно расходуется больше, так как часть пара проходит через генератор неразложенным и тем в большем количестве, чем ниже температура, при которой происходит газование. Так как при низкой температуре (ниже 900°С) в генераторе сильно возрастает содержание в нем углекислоты, то отсюда ясно, какое большое значение для правильности работы генератора имеет непрерывное поддержание в нем достаточно высокой температуры. Из 1 килограмма кокса получается обыкновенно от 1,4 до 2 куб. метров водяного газа с теплотворной способностью от 2 300 до 2 600 калорий на куб. метр. Водяной газ горюч, но в обыкновенных разрезных горелках горит бесцветным пламенем; в Ауэровских же горелках, с накаливающимся чулочком из окислов редких металлов, горит, давая довольно значительный свет. С целью увеличить световую способность водяного газа, его нередко карбюрируют, и это делается или непосредственно, в одном и том же приборе (системы Лау, Гемфри-Глазго), или в отдельных карбюраторах (системы Страхэ, Дельвик-Флейшера и др.). Для карбюрации водяного газа употребляются или дешевые нефтяные масла в количестве 0,3-0,4 литра на куб. метр (чаще всего соляровое масло), причем карбюрация ведется при высокой температуре распыливанием масла в камере с накаленной пористой кладкой, через которую проходит карбюрируемый газ, или же бензол, причем в этом случае карбюрация делается холодным путем, и бензола тратится 80-90 граммов на куб. метр.

В виду значительного содержания окиси углерода водяной газ очень ядовит и не имеет запаха, так что утечку его не всегда легко обнаружить. С целью придать ему запах, его парфюмируют каким-нибудь пахучим веществом: меркаптаном или карбил-амином. Очень большое значение водяной газ получил в металлургии, в сталелитейном деле, на пушечных и оружейных заводах, на стеклянных, фаянсовых и химических заводах. Если водяной газ употребляется для освещения, то он подвергается очистке от парообразных примесей, а также углекислых и сернистых соединений, для чего проходит через холодильник, скруббер и очиститель, заполненный болотной рудой. Пройдя через очиститель с окисью железа, газ содержит летучее соединение окиси углерода с железом, которое при сжигании газа в Ауэровских горелках обусловливает быструю порчу накаливающегося чулочка. Для удаления этого соединения из газа, последний, пройдя очиститель, направляется еще через концентрированную серную кислоту.

В Соединенных Штатах, Англии и Германии водяной газ часто примешивается к светильному газу (до 30%), причем он вводится в гидравлику и проходит вместе с каменноугольным газом все очистительные станции газового завода.

ВОДЯНОЙ ГАЗ , коксовый газ , - газ, получающийся из кокса пропусканием через него перегретого водяного пара при температуре выше 1000° и состоящий приблизительно из равных объемов СО и Н 2 с примесью небольших количеств СО 2 , Н 2 О, СН 4 и N 2 .

Теория . При пропускании водяного пара над раскаленным углем (коксом) последний окисляется за счет кислорода воды. В зависимости от окисление может протекать по одному из следующих уравнений. При низких температурах (500-600°):

При высоких температурах (1000° и выше):

Уравнения (1) и (2) дают:

Последнее уравнение показывает, что с повышением температуры реакция протекает все более и более в направлении правой части, но продукт реакции всегда будет состоять из смеси всех четырех газов. Их соотношение определяется уравнением:

где р - парциальное давление соответствующего газа в смеси, а К - постоянная равновесия. Уравнение (4) называется уравнением равновесия водяного газа . К не зависит от давления, но сильно возрастает с повышением температуры. Ган экспериментально определил К для ряда температур:

По теории, при температуре около 2800° К достигает высшего значения - 6,25; но вследствие высокой эндотермичности этой реакции температура в генераторе быстро падает, что влечет за собой увеличение содержания СО 2 , падение содержания СО и Н 2 и понижение калорийности газа. Избежать падения температуры в генераторе можно было бы при перегреве водяного пара до 2200°, что технически неосуществимо. Поэтому температуру в генераторе восстанавливают посредством горячего дутья. Для этого прекращают впуск пара и одновременно начинают продувать воздух, образующий с коксом генераторный газ.

История . Действие водяного пара на раскаленный уголь открыл Феличе Фонтана (1780 год). Карбюрированный нафталином водяной газ для осветительных целей впервые применил Донован в Дублине (1830 г.). Жиляр в 1849 г. применил продувание генератора воздухом для восстановления температуры. Керкгем (1852 г.) усовершенствовал конструкцию генератора и применил тепло отходящих газов для получения пара. Около 1855 г. водяной газ впервые применили для городского освещения во Франции (Нарбонна), около 1860 г. - в Германии, около 1870 г. - в Англии и CША. В 1898 г. Дельвик и Флейшер увеличили силу воздушного дутья и уменьшили высоту слоя топлива, чем сократили продолжительность горячего дутья. В 900-х годах начались опыты по применению подвижных колосников для предотвращения спекания нижнего слоя шихты генератора. Штрахе (1906 г.) предложил способ получения т. н. двойного водяного газа , позволяющий вместо кокса применять уголь. Общество Дельвик-Флейшер (1912 г.) сконструировало генератор для тройного водяного газа , дающий возможность получать из применяемого угля также и первичный деготь. В настоящее время в разных странах ведутся работы по автоматизации управления генераторами и увеличению их мощности.

Классификация водяного газа . Кроме чистого водяного газа различают еще карбюрированный водяной газ и уже названные двойной и тройной водяной газ. Последние производятся преимущественно в Германии и носят также название угольноводных газов (Kohlenwassergase). К водяному газу надо отнести также полуводяной газ.

Производство водяного газа . Схема устройства для получения обыкновенного водяного газа изображена на фиг. 1.

Генератор 1 состоит из железного кожуха с внутренней шамотной обмуровкой. В нижней его части находится колосниковая решетка. Неподвижные решетки - плоские; подвижные строятся в виде выпуклого кверху, наклонного конуса, чем лучше всего предотвращается спекание шлаков. Мелкие генераторы строят вовсе без решетки, с шамотным подом, а генераторы с производительностью свыше 1000 м 3 газа в час всегда снабжаются подвижной решеткой. Над решеткой находятся герметически закрывающиеся дверцы для спуска шлака, под ней - такие же дверцы для выгребания золы.

В зольнике помещаются трубы 2, подводящие воздух для горячего дутья и пар для нижнего парового дутья и отводящие газ верхнего парового дутья. В верхней части генератора находятся: загрузочный самоуплотняющийся люк, труба 3, вводящая пар верхнего дутья, и отводные трубы для газа нижнего парового дутья. Высота слоя кокса в зависимости от размеров генератора колеблется от 1,4 до 2,5 м. При металлургическом коксе она бывает несколько больше, чем при газовом. Загрузка производится через 30-60 мин. Пар получается или путем впрыскивания воды в перегреватели, выложенные особо устойчивым материалом (термофикс), или, в больших установках, от особого парового котла, для отопления которого обычно используются газы горячего дутья. В больших установках для равномерности действия пар вводится одновременно снизу и сверху. Воздух, под давлением 300-600 мм водяного столба, вдувается воздуходувками по трубопроводу 5. Они приводятся в действие паровыми машинами или периодически работающими электромоторами. Продолжительность горячего дутья колеблется от 3/4 до 2 мин., а парового - от 4 до 8 мин. При переходе от одного дутья к другому соответственные трубопроводы закрываются задвижками. Во избежание ошибок управление переменой хода сосредоточивается в одном механизме 4, а в новейших установках совершается автоматически. Газы горячего дутья в мелких установках выпускаются через вентиль 8 в дымовую трубу 9, а в крупных - с добавочным воздухом дожигаются в пароперегревателях и служат для нагрева паровых котлов, обслуживающих генератор. Механический унос скапливается в сборниках для пыли 7 при помощи специальных пылеотделителей 6 или же задерживается в наполненных коксом колоннах, где происходит и охлаждение. Для отделения смолы водяной газ пропускают через гидравлику 10 и по трубопроводу 13 он поступает в газгольдер. Для питания гидравлики водой служит трубопровод 12. Смола из гидравлики собирается в резервуаре 11. Теоретически 1 кг углерода и 1,5 кг водяного пара должны дать 4 м 3 водяного газа (приведенного к 0° и 760 мм ртутного столба), т. е. для получения 1 м 3 водяного газа требуется 0,25 кг углерода и 0,375 кг водяного пара. Практические выходы водяного газа и расход пара колеблются в зависимости от содержания углерода в коксе и от конструкции установки. Вследствие потерь углерода при горячем дутье в шлаках и в механическом уносе выход водяного газа на 1 кг содержащегося в коксе углерода снижается в среднем до 2,2 м 3 и не превышает 2,8 м 3 . Вследствие неполного разложения пара расход его на 1 м 3 газа колеблется от 0,6 до 1,0 кг. Расход энергии для воздуходувок колеблется от 10 до 30 Wh, а расход воды для охлаждения и промывки - от 5 до 10 л, считая все на 1 м 3 водяного газа. Для характеристики теплового баланса производства водяного газа могут служить результаты испытаний, произведенных двумя научными учреждениями (табл. 1).

О размерах установок позволяют судить данные завода Франке Верке (Бремен), приведенные в табл. 2.

Для обслуживания одного генератора достаточно одного рабочего. Добавочный персонал необходим для разгрузки от шлаков, а в больших генераторах и для загрузки кокса. Наряду с установившимися типами генераторов идет разработка новых типов с целью автоматизации и более совершенного использования тепла.

Фиг. 2 изображает автоматическую установку для получения карбюрированного водяного газа с весьма совершенным использованием тепла, выполненную в 1926/27 году фирмой Гемфриз (Глазго, Лондон) для Societe d’Eclairage, Chauffage et Force Motrice в Женевильере.

Генератор А окружен водяной рубашкой В, соединенной с паровым котлом низкого давления С, служащим для утилизации тепла, излучаемого генератором. При горячем дутье воздух поступает в генератор снизу. Выходящие сверху газы поступают в верхнюю часть карбюратора F, где сгорают с добавочным воздухом и нагревают карбюратор. Поступая в пароперегреватель G снизу, они в верхней его части окончательно дожигаются с новой порцией добавочного воздуха и поступают в рабочий котел Н, а оттуда, через пылеотделитель J, в дымовую трубу К. Газы как нижнего, так и верхнего парового дутья поступают в верхнюю часть карбюратора, смешиваются с парами вводимого туда масла и карбюрируются. Если в карбюрации нет надобности, газы, минуя карбюратор, также поступают под котел по особой трубе для теплообмена. Спекание шлаков уменьшается введением вращающейся колосниковой решетки Е. Производительность каждого генератора достигает 80000 м 3 карбюрированного газа в сутки; вся установка должна давать 600000-800000 м 3 в сутки. Комплект из трех таких генераторов обслуживается тремя наблюдающими рабочими и одним - для уборки шлаков.

Т. к. необходимость пользоваться коксом для получения водяного газа сильно ограничивает распространение газа, то Штрахе предложил применять уголь в генераторах особой конструкции. Генератор Штрахе для получения «двойного газа» (фиг. 3) представляет собой соединение генератора 1 с подобием коксовой реторты 6 в его верхней части.

Загружаемый туда уголь обогревается отходящими газами горячего дутья, проходящими в кольцевом пространстве вокруг ретортной части генератора. Продукты сухой перегонки по трубе 13 уходят в водяной регулирующий клапан 5 и трубу 14. В случае проникновения туда также и газов горячего дутья контрольная горелка, соединенная с трубой 14, гаснет, и тогда необходимо повысить сопротивление клапана. При горячем дутье воздух по воздухопроводу 8 поступает снизу; газы горячего дутья поступают через вентиль 2 в пароперегреватель 3, где и сжигаются с добавочным воздухом, подведенным через канал 12, и уходят через вентиль 10 в дымовую трубу 11. При паровом дутье (пар поступает из 4) закрывают вентили 2, 9 и 10 и впрыскивают в верхнюю часть пароперегревателя воду. Пар через канал 12 поступает в нижнюю часть генератора. Образовавшийся водяной газ в смеси с продуктами коксования (двойной газ ) оставляет генератор через трубу 13. Для чистки служит люк 7. Тройной газ представляет собой смесь водяного газа с генераторным и продуктами сухой перегонки примененного угля.

Свойства водяного газа . Теоретически водяной газ должен представлять смесь равных объемов СО и Н 2 . Такой газ (при 0° и 760 мм) имеет удельный вес (по отношению к воздуху) 0,52; его высшая теплотворная способность на 1 м 3 равна 3070 Cal, низшая - не превышает 2800 Cal; температура пламени 2160°; смеси с воздухом взрывают при содержании водяного газа от 12,3 до 66,9%. Практически состав и свойства водяного газа отклоняются от выведенных теоретически. Средний состав и свойства различных видов водяного газа характеризуются табл. 3 (по де-Гралю).

Свойства карбюрированного газа зависят от способа и степени карбюрации. Газ обогащается метаном (до 15%) и тяжелыми углеводородами (до 10%); его теплотворная способность повышается до 5000 Саl/м 3 .

Очистка водяного газа производится в зависимости от его назначения. Газ для освещения и технических целей очищается, как и светильный газ. Так как водяной газ обладает ядовитыми свойствами, но вместе с тем не имеет ни цвета, ни запаха, то из предосторожности к нему примешивают пары сильно пахнущих веществ (меркаптаны, карбиламин). В последнее время, в связи с применением водяного газа для каталитических целей, потребовалась тщательная очистка его от присутствующих в нем ядовитых примесей, отравляющих катализаторы. Из них в водяном газе находятся сероводород, сероуглерод и сероокись углерода. Для удаления их Ф. Фишер предлагает следующий способ, дающий вместе с тем возможность выделить и утилизировать содержащуюся в них серу. Сероуглерод и сероокись углерода восстанавливаются каталитически водородом водяного газа при температуре 350-400° (в зависимости от катализатора). Катализаторы: Сu, Pb, Bi, CuPb, Сг 2 O 3 и др. При этом сера этих соединений количественно дает сероводород H 2 S и его соли, которые окисляются до S по следующей реакции:

(реакция идет в присутствии карбонатов или бикарбонатов); K 4 Fe(CN) 6 на никелевом аноде окисляется до K 3 Fe(CN) 6 с выходом по току в 100 %. На 1 кг полученной S расходуется 3 kWh.

Применение водяного газа . Наибольшее применение водяной газ находит в освещении; но в виду того, что он горит несветящим пламенем, его карбюрируют: горячим способом - нефтяными маслами, холодным способом - бензолом , легкими нефтяными и т. п. погонами - или примешивают к светильному газу. Горячее карбюрирование распространено в США., где карбюрированный водяной газ составляет около 75% всего вырабатываемого светильного газа. Примешивание водяного газа к каменноугольному светильному газу распространено в 3ападной Европе, где почти каждый газовый завод имеет установку для водяного газа. Здесь водяной газ составляет от 5 до 8% всего вырабатываемого количества светильного газа. Водяной газ широко распространен в металлургической и стекло-фарфоровой промышленности в виду высокой температуры его пламени и возможности предварительного подогрева. Водяной газ применяется для получения водорода и, вместо водорода, в ряде восстановительных процессов: для свинцевания жести (по Мелей и Шанкенбергу), для получения NО (по Гейсеру), для получения S из SО 2 (по Тельду, Зульману и Пикару). В последнее время водяной газ стал применяться для изготовления искусственного жидкого топлива и синтетического метилового спирта. В связи с этим возводятся мощные генераторы (Винклер) для газирования до 1000 т кокса и полукокса в сутки, причем здесь применяют способ ускорения реакции при пульсации порошкообразного топлива под действием дутья воздуха и пара.

В 80-х гг. прошлого столетия водяной газ называли «топливом будущего», но затем интерес к нему ослабел вследствие ряда непреодолимых затруднений. В последние годы, благодаря возможности при производстве водяного газа целесообразного использования самого низкосортного (порошкообразного, высокозольного) сырья как в качестве топлива, так и для химических реакций, к водяному газу вновь пробудился интерес.

ВОДЯНОЙ ГАЗ В КАЧЕСТВЕ СИЛОВОГО ГАЗА

Инженеръ Н.Г. Кузнецовъ, "Двигатель" № 3, 1911 г.

Водяной газ, получивший широкое распространение во многих отраслях промышленности, как в железоделательной (сварка), в стекольной (плавление) и осветительной технике (освещение города, отопление, газовая кухня), не имеет до сих пор в качестве силового привода того успеха, которого от него можно было ожидать. К сожалению, вина в этом падает не на водяной газ, а на заводы тепловых двигателей, которые его отодвинули на второй план из-за некоторых довольно значительных затруднений, связанных с применением этого газа. Благодаря этому получилось такое положение, что в тех местах, где имеются газовые заводы для освещения, нельзя соединить заводские двигатели с газовой сетью, а их приходится питать бензином, так как они не приспособлены для работы на водяном газе.

Австрийскому инженеру K. Reitmaier"у несколько лет назад удалось приноровить газовые двигатели существующих конструкций для работы на водяном газе. Но прежде, чем объяснить причину прежних неудач в этом направлении и приступить к описанию выработанного инженером Рейтмейером способа, сначала надо остановиться на свойствах водяного газа.

Последний образуется при пропускании водяного пара через слой раскаленного кокса в генераторе, подобно тому, как во всасывающем генераторе через слой раскаленного горючего пропускается смесь пара и воздуха. В данном случае проводится один только пар, причем происходит распадение последнего и образование окиси углерода.

Смесь освободившегося водорода и окиси углерода и образует водяной газ. Химическая реакция сопровождается поглощением тепла, так как разложение пара на кислород и водород для 12 кг кокса требует приблизительно 57560 калорий. Тепловая потеря, следовательно, выражается в 28970 калориях, которая возмещается периодическим перерывом газообразования (пропускания пара) и свежей задувкой генератора. На практике задувка продолжается две минуты, а газовый период - 6 минут.
Генератор водяного газа, отличающийся способностью накапливать в столбе кокса весьма большой запас тепла в период дутья имеет следующую конструкцию. Кокс лежит в генераторе, как в открытом ящике, и вдуваемый воздух проникает в него со всех сторон, образуя почти полное горение. Это достигается тем, что воздух входит только одной частью в генератор (через трубу), а другая же часть его поступает в кожух генератора, распределяется там в кольцевом канале и только после этого попадает через решетку в слой кокса, где совершается сгорание окиси углерода в углекислоту. На степень полноты сгорания указывает состав продуктов горения, выпускаемых в период дутья через отверстие в дымовую трубу: СО2 - 17,2%; СО - 5,5.%; O- 0,4%; N - остальное.

На основании данных этого анализа вычисляется количество накопленного в генераторе тепла каждыми 12 кг кокса. Получается всего 98818 калорий.

Так как продукты горения уходят с температурой в 600°С, тот они уносят с собой 21012 калорий.

Остается в генераторе 98818 - 21012 = 77806 калорий, между тем как потеря во время газообразования составляет 28970 калорий на 12 кг углерода. Эта потеря, таким образом, покрывается с избытком, что на практике выражается в весьма коротком периоде дутья (3/4 - 1 мин.) и длинном периоде газообразования (около 7 мин.).

Выходящий из генератора газ нуждается еще в очистке, так как кроме серы содержит еще золу и кремнезем. Последний отлагается в виде тонкого белого порошка на стенках генератора и трубопроводов. Этот кремнезем образуется от окисления содержащегося в золе кокса кремневодорода.

Удаление из газа твердого осадка и сероводорода безусловно необходимо. Неполная очистка газа от этих веществ ведет к тому, что цилиндры и поршни быстро теряют свою герметичность, следствием чего является потеря газа в период сжатия, уменьшение степени наполнения, а потому - уменьшение мощности двигателя. Потеря герметичности происходит, с одной стороны под влиянием разъедающего действия на стенки цилиндра и поршня серной кислоты, образующейся от сгорания в цилиндре сероводорода, а с другой стороны, порошкообразный кремнезем, смешиваясь с маслом, образует род наждака, который истирает стенки цилиндров.

Для удаления серы и кремнезема требуется в случае правильно оборудованной газовой установки два очистителя; один наполнен гидратом окиси железа для поглощения сероводорода, а другой - деревянными опилками, улавливающими частицы кремнезема. Кроме того, до поступления в очистители газ промывается в скруббере, где освобождается от золы и охлаждается. Из очистителей газ направляется в резервуар, а оттуда к двигателю. Содержимое очистителей должно обновляться через каждые 5-6 недель; кроме того необходимо производить почаще испытание газа на присутствие в нем серы и кремнезема.
Для этого служит следующий прибор. Газ подводится к нему посредством гуттаперчевой трубки и проходит через регулятор, установленный на проход 50 литров газа в час, идет далее по стеклянной трубке и сгорает в горелке, снабженной градуированным цилиндром. В стеклянной трубке имеется бумажная полоска, смоченная уксуснокислым свинцом (свинцовым сахаром). Если в газе имеется сероводород, то последний окрашивает бумажку в коричневый или черный цвет. Присутствие кремнезема в газе обнаруживается при помощи куска обыкновенного листового железа (черной жести), который держат над цилиндром; появление на черной поверхности металла белого пятна указывает на присутствие кремнекислоты. Само собой разумеется, что в случае обнаружения указанных элементов в газе, необходимо наполнить очистители свежими реагентами.
Водяному газу приписывается еще тот недостаток, что он имеет склонность давать преждевременные вспышки. При применении электрического зажигания этого, конечно, не бывает, но при зажигании трубкой этот недостаток проявляется довольно регулярно. Объясняется это высоким содержанием водорода в водяном газе, сравнительно с генераторным газом. Устраняются преждевременные вспышки укорачиванием трубки накаливания, или помещением лампы ближе к концу трубки, так как сжатая газовая смесь при этом позже доходит до раскаленной части трубки; или же помещают лампу ближе к концу трубки.
Остается еще указать тепловой коэффициент полезного действия двигателя, питаемого водяным газом, и стоимость его эксплуатации. Тепловой коэффициент полезного действия, как известно, определяется формулой:

а действительный коэффициент полезного действия выводится из теплового эквивалента Q = 624 калории на 1 л. силу, деленного на действительный расход единиц тепла.

Так как теплопроизводительная способность газа - 2500 калорий на 1 кб. метр, температура пламени - 1700°С, а температура уходящих газов около 400°С, то при расходе 900 метров газа на силу, получим: Тепловой коэффициент полученного действия равен 0,66, действительный тепловой коэффициент полезного действия равен 0,276, а действительное использование составляет 41,9 %.

Стоимость эксплуатации 100-сильной установки, доставляющей 1000 куб. метров водяного газа в день или 300000 куб. метров в год.

15 вагонов кокса по 250 марок..................3750 марок
3 вагона угля для производства пара....…….600 марок
1 мастер и помощник..................................…..1800 марок
Очистка газа...................................................…... 300 марок
Ремонт...............................................................……....200 марок
Погашение капитала и % с него (7 % с 35000 марок).......2450 марок
ИТОГО..............................................................………………9100 марок
Стоимость 1 куб. м. газа......9100/300000=3.03 пфен.
Стоимость 1 силы-час................. 3.03х0.9 = 2.727 пфен.

Городские газовые заводы в Германии взимают 10 пфенигов за 1 кубич. метр водяного газа для промышленных целей. Для тех, кто пользуется покупным газом, стоимость 1 силы-час выразится, следовательно, величиной 10х0.9=9 пфен.
В Шенеберге многие мелкие и средние предприятия питаются водяным газом, доставляемым городской центральной газовой станцией, и действие их вполне безукоризненно.

Двигатель, питающийся водяным газом, имеет, по мнению Рейтмейера, большую будущность. Путь, по которому идет развитие городского благоустройства, приведет в ближайшем будущем к слиянию газовой и электрической центральных станций в одну, двигатели которой будут питаться водяным газом и приводить в действие динамомашины. Такая станция, вырабатывая одновременно газовую и электрическую энергию для целей освещения, отопления и передачи силы, имеет на своей стороне преимущество дешевизны оборудования и эксплуатации.

(Подготовка к печати: инженер Д.А. Боев, 06-2006)