Топливо из воды – Газ Броуна. Водяной (коксовый) газ Как называется газ который выходит из воды
Что такое "Водяной газ"? Как правильно пишется данное слово. Понятие и трактовка.
Водяной газ (Watergas, Wassergas) - горючая газовая смесь, получаемая при разложении водяного пара раскаленным углем и имеющая следующий, в предельной степени чистоты, состав: по объему 50 процентов водорода и 50 процентов окиси углерода или по весу 6 процентов водорода и 94 процента окиси углерода. Обыкновенно же водяной газ не имеет этого состава; он содержит, кроме названных составных частей, некоторую примесь угольной кислоты, азота и болотного газа. Мы увидим ниже, что состав водяного газа изменяется как по способу добывания, так по горючему материалу, употребляемому для добывания газа. Факт получения горючего газа через разложение водяного пара раскаленным углем открыт был итальянским ученым, профессором Фелицием Фонтана, жившим в 1730-1805 г. Несмотря на давность этого открытия, В. газ только в последние 15-20 лет, и то преимущественно в Америке, получил большое распространение как для освещения, так и для технических целей. Прежде чем описать различные способы и аппараты, употребляемые для добывания В. газа, рассмотрим сперва его физические и химические свойства, благодаря которым он справедливо оспаривает свое преимущество перед другого рода газообразными топливами, как-то: каменноугольным и генераторным газами. Водяной пар при прохождении через раскаленные угли разлагается, при чем образуется водород, окись углерода и угольная кислота. Количество последней зависит от температуры, при которой происходит разложение. При 500° происходит полное разложение на водород и углекислоту, а при 1000-1200° на водород и окись углерода, так что процесс образования В. газа следует себе представить таким образом, что первоначально происходит образование водорода и угольной кислоты, которая затем при достаточно высокой температуре в прикосновении с углем переходит вполне в окись углерода [СО2 + С = 2CO, а вначале: С + 2Н2О = 2Н2 + СО2, следовательно в сумме: С + Н2О = H2 + СО]. Хотя в газовой смеси, составляющей В. газ, находится небольшое количество угольной кислоты и азота, но отличительные качества В. газа обусловливаются двумя главными составными частями его: водородом и окисью углерода. Поэтому при определении нагревательной способности В. газа и количества развиваемых единиц тепла (калорий) нужно иметь в виду количества тепла, развиваемого при сгорании водорода в воду и окиси углерода в угольную кислоту. Единственная затрата теплоты, которая происходит при образовании В. газа, - это на превращение воды в парообразное состояние, на что, по Науману, затрачивается около 8%, так что 92% тепловой способности употребленного для добывания водяного газа углерода содержится в В. газе. На основании этого считают, что при В. газе наивыгоднейшим способом утилизируется тепловая способность углерода. Это мнение оспаривает преимущественно Лунге, который говорит, что В. газ нужно сравнивать не со сгоранием угля в печи, а с генераторным газом, который перед его употреблением не охлажден, как принимает Науманн, до температуры окружающего воздуха, а который непосредственно из генератора поступает в то место, где он должен быть сожжен. При таких условиях генераторный газ, по мнению Лунге, представляет более выгодную утилизацию тепловой способности углерода, чем В. газ [Термохимические данные, относящиеся до В. газа, и сравнение его с другими видами газообразного и твердого топлива, будут приведены в статьях: Горючие материалы, Топливо, Термохимия и Калориметрия. - ?.]. Сравнение В. газа с другими по температурам горения показывает, что более высокую температуру горения дает В. газ. Температура горения будет: для светильного газа - 2700°; для генераторного газа - 9350°; для водяного газа - 2859°; для водорода - 2669°; для окиси углерода - 3041°. Лунге справедливо замечает, что при этом делается предположение, которое на практике не имеет места, что генераторный газ и воздух, в котором он сгорает, имеют обыкновенную температуру, между тем как на практике температура генераторного газа и воздуха обыкновенно бывает 800-1100°. Тем не менее, тепловой эффект, который производит В. газ, гораздо значительнее, чем даже нагретого до такой высокой температуры генераторного газа [тем более, что в регенеративных топках воздух, потребный для гореня газообразных видов топлива, нагревается на счет тепла, теряющегося из топки, водяной же газ дает выходящим продуктам горения высшую температуру. - ?.]. Пламя В. газа незначительно, но в нем плавится платиновая проволока, накаливается сильно магнезиальное тело, испуская яркий белый свет, чего нельзя достичь ни светильным каменноугольным газом, сжигая его в бунзеновской горелке, ни генераторным газом. Пламя В. газа сравнительно с пламенем светильного газа имеет незначительную поверхность, которая почти в 6 раз меньше поверхности пламени светильного газа при равных объемах вытекающих газов. Вследствие меньшей поверхности пламени В. газа оно охлаждается через лучеиспускание весьма незначительно. Эти свойства В. газа и делают его выгодным и удобным источником теплоты, которым техника, как увидим ниже, в последнее время воспользовалась в больших размерах. Но, с другой стороны, благодаря своему химическому составу, т. е. большому содержанию окиси углерода, В. газ встречает много затруднений для более широкого распространения и применения; хотя техника и выработала уже известные правила предосторожности при употреблении В. газа на фабриках и в мастерских, тем не менее все-таки опасения отравиться В. газом еще очень велики. Известно, что окись углерода - газ ядовитый, производящий порчу крови и припадки угара.
Топливо из воды – Газ Броуна Жюль Верн в своей книге “Таинственный остров” (1874) написал следующее:
«Вода разлагается на примитивные элементы водорода и кислорода, и, несомненно, превращается в электроэнергию, которая затем становится мощной и управляемой силой. Да, друзья мои, я считаю, что вода в один прекрасный день будет использована в качестве топлива».
Газ Броуна.Это самое совершенное топливо для наших транспортных средств. Получается он из воды (то есть водорода и кислорода), так же как и чистый водород, но сгорает в ДВС так, что, в зависимости от регулировки, может отдавать кислород в атмосферу. На выхлопе получается кислород и водяной пар (как и в случае топливных баков), однако кислород здесь берется из воды, используемой для получения газа. Поэтому при сжигании газа Броуна в атмосферу поступает дополнительный кислород.
Таким образом, использование газа Броуна помогает решить очень важную для нас проблему уменьшения кислорода в окружающей среде.
С этой точки зрения газ Броуна представляет собой идеальное топливо для автомобилей будущего. Новая технология применения газа Броуна
Почему газ Броуна – как топливо, лучше чистого водорода?
В настоящее время окружающая среда испытывает серьезнейшие проблемы, и одна из них – это потеря атмосферного кислорода. Содержание его в воздухе становится таким низким, что в некоторых регионах это представляет угрозу самому существованию человека. Нормальное содержание кислорода в воздухе – 21 процент, но в некоторых регионах оно в несколько раз ниже! Так, например, в Японии в Токио оно упало до 6-7 процентов. Если содержание в воздухе кислорода достигнет 5 процентов, люди начнут умирать. В Токио на углах улиц даже установили пункты продажи кислородных подушек, чтобы в случае необходимости человек мог подышать кислородом. Если мы не примем меры, то, в конце концов, уменьшение содержания кислорода в воздухе повлияет на каждого из нас.
Получаемый электролизным способом, газ Броуна может поставлять в атмосферу кислород, в то время как другие технологии либо никак не влияют на атмосферу (как при использовании чистого водорода или топливных баков), либо загрязняют ее (как при использовании ископаемого топлива). Поэтому, мы считаем, что именно эта технология в ближайшем будущем должна быть выбрана для обеспечения топливом транспортных средств.
Газа Броуна / HHO газа = Вода разлагается на водород и кислород в электроэнергию
Газ Броуна также называют: коричневый газ / HHO газ / водяной газ / ди-гидроксид / гидроксид / зеленый газ / клейн газа / оксигидроген.
Каждый литр воды расширяется на 1866 литра горючего газа.
Рабочая модель газового генератора, Американского некомерческого университета
Оценка информации
Записи на схожие темы
Воздуха, а из воды ». А дальше больше, заменить топливо водой полностью, и дело... правда, не автомобильная, начала использовать газ Брауна, уникальные свойства которого активно... даже углекислый газ не образуется в результате горения такого топлива . И, возможно...
Которой топлива вообще не требуется, где используется только энергия падающей воды ?Да... от слова «вообще», поэтому приготовьтесь.Газ фторида урана для начала пропускают... мог удерживать внутри себя радиоактивные газы , образующиеся в процессе ядерного распада...
Газификация есть процесс превращения органической части твердого, а иногда и жидкого топлива в газообразное состояние. Главными составными частями полученного генераторного газа являются СО, Н2, СН4 и тяжелые углеводороды.
Газообразное топливо в технике находит весьма широкое применение вследствие ряда преимуществ.
Для газификании, с получением газа высокой калорийности, могут быть использованы разное малоценное твердое топливо и его отбросы.
Газы можно сжигать при незначительном избытке воздуха с предварительным его подогревом теплотой отходящих продуктов горения; при сжигании газов развивается высокая температура (1500--1900е), вследствие чего коэффициент полезного действия печи или другого нагревательного аппарата получается высоким н возрастает производительность печи.
Предоставляется возможным получать газы на центральной газогенераторной станции.
При сжигании газов достигается удобство обслуживания печей, простота конструкции горелок, возможность точного регулирования процесса горения.
Твердое топливо, превращенное в газообразное состояние, может быть использовано как хорошее и экономически выгодное горючее для двигателей внутреннего сгорания.
Но наряду с большими достоинствами генераторный газ при применении его как горючего имеет и недостатки, к числу которых следует отнести дополнительные капиталовложения на установку газогенераторов и потерю физического тепла генераторного таза при охлаждении его в процессе очистки.
Однако вследствие весьма больших преимуществ газообразного топлива все крупные современные заводы, имеющие много печей и других нагревательных устройств, расположенных на большой площади, имеют свои центральные газогенераторные станции.
На уральских металлургических заводах и на стеклоплавильных заводах во многих районах СССР газогенераторные установки работают на древесном топливе. За последние годы приобрели большое значение газогенераторные установки на автомобилях и тракторах, работающие на древесных чурках.
Генераторный газ быв я воздушны и, с меша нны и, к од я но и 11 оксигаз.
Получение воздушного газа достигается продуванием сухого воздуха через слой раскаленного топлива. Смешанный газ получают продуванием смеси воздуха и водяного пара через слой раскаленного топлива. Водяной газ можно получить пропусканием через слой раскаленного топлива паров воды и воздуха при периодической подаче то водяных паров, то воздуха. Получение окси - газа достигается пропусканием через слой раскаленного топлива паров воды в смеси с кислородом.
Воздушный газ. При интенсивной подаче воздуха через слой раскаленного топлива получается воздушный газ. При его обработке развивается очень высокая температура (1400-1500°). являющаяся крайне нежелательной, так как вызывает шлакование в газогенераторе, вследствие чего нарушается нормальный его ход.
Смешанный газ. Способ газификации, при котором получается смешанный генераторный газ, является наиболее приемлемым для промышленности, так как позволяет использовать для разложения паров воды тот избыток тепла, который получается при образовании воздушного газа. Водяной пар вводится одновременно с воздушным дутьем.
Соотношение между количеством воздуха и паров воды устанавливается опытным путем, причем оно должно быть таково, чтобы генератор чрезмерно не остывал и не шлаковался. О содержании влаги, вводимой с дутьем, судят по температуре паровоздушной смеои, которую обычно измеряют термометром, показывающим точку росы подаваемой паровоздушной смеси. Эта температура обычно держится в пределах 38-52°.
Водяной газ. В связи с развитием синтеза аммиака, метанола, жидкого топлива и других веществ, находит большое применение водяной газ. Его используют в смеси со светильным или другим высококалорийным газом и снабжают им население для использования, как горючее.
В состав водяного газа входят в основном СО и Н: при небольшом содержании СО^, N2 и СН4.
Водяной газ в промышленном масштабе можно получать путем накопления тепла в газогенераторе (первый способ) или подводом тепла в газогенератор с газифицирующей парогазовой смесью (второй способ).
Процесс получения водяного газа по первому способу, т. е. по способу накопления тепла в газогенераторе, состоит в том, что через раскаленный слой кокса или древесного угля снизу шахты газогенератора продувается воздух; слой топлива постепенно разогревается, а получающийся газ при этом выбрасывается обычно в атмосферу. Как только температура в зоне газификации повысится до 1100-1200°, доступ воздуха прекращают и пускают перегретый пар сверху вниз. Водяные пары, проходя через раскаленный слой топлива, разлагаются по указанным ниже реакциям, давая водяной газ, направляемый к потребителю.
Процесс разложения водяных паров есть процесс эндотермический; поэтому температура в шахте газогенератора постепенно падает. После понижения температуры до известного предела (800°) подачу пара прекращают и в шахту снова подают воздух. Обычно работу ведут так, что в течение 10 минут вдувают воздух, а затем в течение 5 минут - пары воды.
Второй способ получения водяного газа, т. е. путем подвода тепла в газогенератор с газифицирующей парогазовой смесью, является более новым; он может быть осуществлен двояко: либо смесью кислорода с водяным паром, либо смесью водяного пара с циркуляционным газом, предварительно нагретой до высокой температуры.
Второй способ получения водяного газа имеет перед первым то преимущество, что при нем процесс ведется непрерывно, при постоянном режиме работы газогенератора.
Аппараты, в которых газифицируется топливо, называются газогенераторами.
В качестве топлива для газификации служит кокс, каменный уголь, торф, дрова и др. Мы рассмотрим лишь газогенераторы, работающие на древесном топливе.
Топливо поступает в шахту газогенератора сверху и, спускаясь вниз навстречу нагретому газовому потоку, постепенно превращается в парогазовые продукты.
В низ шахты газогенератора (рис. 44) под колосниковую решетку, при получении смешанного газа, подводят воздух и водяной пар, которые, поднимаясь вверх, проходят сначала через слой шлака (зона V), за счет теплоты которого они несколько подогреваются, и затем - через слой раскаленного горючего, вступая в реакцию с его углеродом. В зоне IV горения (в кислородной зоне) получается и С02, и СО; пары воды частично реагируют с углеродом.
Образовавшаяся в зоне горения (кислородной зоне) СОг и неразложившиеся пары воды, поднимаясь выше и проходя через слой раскаленного углерода топлива, восстанавливаются с образованием СО и Н2.
Слой топлива, в котором происходит образование СО и Н2, называется зоной восстановления (зона III). В составе газового потока на выходе из зоны восстановления преобладает СО, но не С02.
Обе зоны, кислородная и восстановления, обычно называются зонами газификации.
Выше, непосредственно над зоной восстановления ///, находится зона II сухой перегонки. В этой зоне происходит выделение
/-зона сшкн; //-зона сухой перегонки: ///- зона восстановления: VI- Зона горения (кислородная); V -зона шлака-, /-шахта газогенератора; 2-фартук шахты-, 3-загрузочное устройство; -^-колосниковая решетка; 5-вращающаяся чаша; 6-подвижные опоры чаши; 7-привод чашн-, 8- шлаковый нож; У- шуровочное отверстие; 10-выводной патрубок; 11 -воздо-.опронод-, 12 -дутьевая камера; 13- Нижний гидравлический затвор; 14 -люк для розжига
Летучей парогазовой смеси, в состав которой входят неконденсирующиеся газы, кислоты, спирты, смолы и другие парообразные органические вещества.
В верху шахты газогенератора, в зоне /, происходит сушка топлива.
Зона II сухой перегонки и зона I сушки топлива носят название зоны подготовки топлива.
ОСНОВНЫЕ РЕАКЦИИ ГАЗИФИКАЦИИ
В кислородной зоне. По вопросу взаимодействия углерода с кислородом существуют три гипотезы.
1. Редукционная гипотеза предполагает, что в результате взаимодействии углерода и кислорода образуется непосредственно С02 по уравнению:
TOC o "1-3" h z С - 02 = CO., ; Q, (97)
Причем наличие в вышележащих зонах СО по этой гипотезе рассматривается, как результат восстановления С02 раскаленным углеродом топлива по реакции:
CO.. С = 2СО - Q. (98)
2. Гипотеза первичного образования СО предполагает, что к результате взаимодействия С и (): образуется сначала СО но уравнению:
2С а::СО -Q, (99)
Которая потом может окисляться по уравнению:
2С0--0, = 2С02 Q. (100)
3. Гипотеза комплекса предполагает, что сначала образуется сложный углеродно-кислородный комплекс, а затем из него образуется С02 и СО по реакциям:
Л-С -^-0, = Cr0v (10!)
CxOv = mCO, л СО. (102
Наиболее вероятной нз указанных грех гипотез в настоящее время считается третья гипотеза.
В зоне восстановления. Она начинается там, где исчезают последние следы кислорода. В зоне восстановления имеют место следующие эндотермические реакции:
А) взаимодействия С с С02:
С CO., -- 2СО; (103)
Б) взаимодействия водяных паров с раскаленным углеродом топлива:
С 211 О - CO. 2Н, (104
С - !1<> С> Н.. (105)
Возможно, что частично эти две последние реакции протекают и в кислородной зоне. При температурах выше 900° преобладает вторая из этих двух реакций, а ниже 900° - первая.
Процессы восстановления успевают достаточно полно пройти, если высота восстановительной зоны составляет 12-15 диаметров кусков угля.
Таким образом высота слоя топлива в газогенераторе является основным конструктивным размером.
Уйти от сжигания ископаемых углеводородов и получить дешевый альтернативный источник энергии – было и остается мечтой многих предприимчивых людей. Да и кто из домовладельцев не хотел бы получить подобный источник в свое распоряжение, чтобы с минимальными затратами обогревать свое жилище? Один из таких источников – так называемый газ Брауна, получаемый из обыкновенной воды. Но как его добыть и насколько он дешев – вопросы, ответы на которые можно найти в данном материале.
Немного теории
Необходимо отметить, что резонансное разложение воды в газ Брауна – отнюдь не миф, а реальный химический процесс, призванный выделять газообразное горючее из воды. Этот газ получил свое имя в честь изобретателя, который первым попытался вывести эту технологию за рамки экспериментов. Другое название, бытующее в интернете – гремучий газ (гипотетическая формула ННО).
Горючий газ Брауна – это не что иное, как смесь свободного водорода и кислорода, выделяемого из воды путем электролитической реакции.
Вода, чью химическую формулу (Н2О) знают даже дети, - это водород, который полностью окислен. По отдельности данные химические элементы весьма активны, водород хорошо горит и считается энергоносителем, а кислород поддерживает горение. Вот почему расщепить воду, чья цена – копейки, на столь полезные составляющие стало очень популярной идеей.
В результате трудами разных людей на свет появился генератор для получения газа – электролизер. Глубоко не вдаваясь в тонкости процесса, отметим, что вышеозначенный аппарат методом электролиза выделяет из воды газ Брауна, а точнее, смесь кислорода с водородом. Для этого через погруженные в емкость с водой электроды пропускается ток оптимальной частоты. Полученный газ скапливается под водяным затвором и при достижении определенного давления выходит по трубке наружу и может быть использован в разных целях.
Целесообразность получения газа Брауна
Генераторы газа Брауна, чей принцип работы описан выше, нашли свое практическое применение в 2 сферах:
- производство водородного топлива для автомобилей;
- газопламенные работы (сварка и пайка металлов).
Ездить с электролизером на борту автомобиль не может, поскольку ему требуется внешний источник электроэнергии. Штатной батареи хватает ненадолго, потому что на получение газа Брауна необходимо израсходовать больше энергии, чем отдает само топливо при сжигании. Поэтому компании, всерьез разрабатывающие тему водородного горючего на авто, внедрили схему заправки машин топливом, полученным из отдельного генератора.
Со сваркой и пайкой металлов дело обстоит лучше, водородные горелки используются на многих производствах Западной Европы. Так как температура горения газа Брауна (2235 °C) ниже, чем ацетилена (2620 °C), а продуктом сжигания является водяной пар, то многие мероприятия по экологической безопасности стали излишними. Промышленные генераторы газа, что при этом используются, весьма дороги, поскольку для повышения эффективности в них применяются катализаторы из редких элементов, в том числе платины.
Менеджеры одной из британских производственных компаний подсчитали, что общая стоимость выделения и использования газа Брауна равняется затратам на закупку и доставку ацетилена. Только сжигание водорода безопаснее и экологичнее. Другое дело, что на его получение расходуется электроэнергия, добытая путем сжигания тех же углеводородов.
На данный момент отопление газом Брауна крайне неэффективно, потому что энергии на производство горючего затрачивается больше, нежели получается при его сгорании. Существующие электролизеры пока что не в состоянии обеспечить высокий выход топлива при малых затратах. Чтобы в этом убедиться, стоит посмотреть видео:
На второй минуте отснятого материала четко видны показания приборов генератора при работающей водородной горелке. Напряжение – 250 В, сила тока – 14 А, соответственно, потребляемая мощность аппарата составляет 250 х 14 = 3500 Вт или 3.5 кВт. А теперь вопрос: сможет ли такой факел нагреть воду для обогрева комнаты площадью хотя бы 30 м2? Даже визуально заметно, что нет. А простой электрокотел мощностью 3.5 кВт легко обогреет помещение до 40 м2.
Вывод: Горючий газ Брауна в домашних условиях не может сравниться по отоплению с обычными электрическими нагревателями. Слишком много уходит энергии на его выделение из воды, а значит, использовать его для обогрева – нецелесообразно. Самостоятельным получением водорода можно заниматься как хобби либо в качестве эксперимента.
Как получить водород в домашних условиях?
На просторах интернета легко можно отыскать чертежи и схемы самых разнообразных самодельных установок, позволяющих выделять из воды газ Брауна. Если отфильтровать информационный мусор, относящийся к этой теме, то выяснится, что у себя дома вы сможете получить водород двумя путями. Первый – это приобрести готовый электролизер, таковые уже имеются в продаже. Одна беда – цена их слишком высока, а величина КПД неизвестна.
Покупая водородный генератор, надо понимать, что он не станет для вас панацеей в плане отопления. Цена оборудования и потребляемой электроэнергии получится выше, чем простой электрический нагрев воды, так что об окупаемости речи не идет.
Можно в качестве эксперимента сделать генератор газа Брауна своими руками, позволяющий выделить небольшое количество горючего. Использовать его для обогрева здания вряд ли получится, а вот на питание небольшой горелки для плавления металла вполне может хватить. Для начала надо изготовить электролизер, представляющий собой емкость с водой, куда погружены электроды. Чем больше площадь поверхности электродов, тем выше производительность установки. Подойдут стальные пластины произвольного размера, прикрепленные к основанию из диэлектрика. Рабочая схема аппарата показана на рисунке:
Электроды опускаются в герметично закрытую емкость с водой, куда для улучшения реакции добавлена обычная соль. Через крышку выводится трубка для газа, идущая во второй сосуд, являющийся водяным затвором, он наполняется водой на 2/3.
Вторая трубка, выходящая из этой емкости, подключается к горелке. Напряжение на электроды лучше подавать с помощью автотрансформатора, контролируя его величину мультиметром. Как собрать мини-генератор газа Брауна своими руками, показано на видео:
Внимание! Если вам удалось добиться сколько-нибудь значительной производительности установки, горелку к трубке следует подключать через обратный клапан, чтобы избежать обратного удара и взрыва.
Заключение
На данный момент не существует недорогого и одновременно высокоэффективного оборудования для получения газа Брауна из воды. Пока первенство в отоплении остается за углеводородами, но технологии продолжают совершенствоваться и не исключено, что скоро водородные генераторы станут достойно конкурировать с традиционными источниками тепловой энергии.
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.
