История выпускаемых топливных газов - History of manufactured fuel gases

Рисуем реплики на Кирпичном переулке Большого газового предприятия, из Ежемесячный журнал (1821)

В история газового топлива, важная для освещения, отопления и приготовления пищи на протяжении большей части 19 века и первой половины 20 века, началась с разработки аналитический и пневматическая химия в 18 веке. Процесс производства синтетических топливные газы "(также известный как" промышленный топливный газ "," промышленный газ "или просто" газ ") обычно состоял из газификация горючих материалов, обычно угля, а также древесины и нефти. Уголь газифицировали путем нагревания угля в закрытых печах с обедненной кислородом атмосферой. Образовавшиеся топливные газы были смеси из многих химические субстанции, включая водород, метан, монооксид углерода и этилен, и могли быть сожжены для обогрева и освещения. Угольный газ, например, также содержит значительное количество нежелательных сера и аммиак соединения, а также тяжелые углеводороды, и поэтому произведенные топливные газы необходимо было очистить, прежде чем их можно будет использовать.

Первые попытки производства топливного газа промышленным способом были предприняты в период 1795–1805 годов во Франции. Филипп ЛеБон, а в Англии Уильям Мердок. Хотя прекурсоры можно найти, именно эти два инженера разработали технологию с расчетом на коммерческое применение. Фредерик Винзор был ключевым игроком в создании первой газовой компании, расположенной в Лондоне. Газовая легкая и коксохимическая компания, зарегистрированный королевской грамотой в апреле 1812 года.

Промышленные газовые компании были созданы сначала в Англия, а затем в остальной части Европа и Северная Америка в 1820-е гг. Технология увеличивалась в масштабе. После периода конкуренции бизнес-модель газовой отрасли превратилась в монополию, когда одна компания поставляла газ в заданную зону. Собственность компаний варьировалась от прямой муниципальной собственности, как в Манчестере, до полностью частных корпораций, как, например, в Лондоне и большинстве городов Северной Америки. Газовые компании процветали на протяжении большей части девятнадцатого века, обычно возвращая своим акционерам хорошую прибыль, но также были предметом многих жалоб по поводу цены.

В начале 19 века промышленный газ чаще всего использовался для газовое освещение, как удобный заменитель свечей и масляных ламп в доме. Газовое освещение стало первой широко распространенной формой уличное освещение. Для этого потребовались газы, которые горели очень ярким пламенем, «осветительные газы», в отличие от других применений (например, в качестве топлива), где тепловая мощность была основным соображением. Соответственно, некоторые газовые смеси с низкой собственной светимостью, такие как голубой водяной газ, были обогащены маслом, чтобы сделать их более пригодными для уличного освещения.

Во второй половине XIX века промышленность по производству топливного газа перешла от освещения к отоплению и приготовлению пищи. Угроза электрического света в конце 1870-х и 1880-х годах сильно повлияла на эту тенденцию. Газовая промышленность не уступила газовое освещение рынок электричества немедленно, как изобретение Мантия Вельсбаха Огнеупорный сетчатый мешок, нагретый до накала за счет в основном несветящегося пламени внутри, резко повысил эффективность газового освещения. Ацетилен также использовался примерно с 1898 года для газовая кухня и газовое освещение (видеть Карбидная лампа ) в меньшем масштабе, хотя его использование также уменьшилось с появлением электрического освещения, и СУГ для приготовления пищи.^[1] Другие технологические разработки конца девятнадцатого века включают использование водяной газ и машинное топление, хотя они не были приняты повсеместно.

В 1890-х гг. трубопроводы из месторождения природного газа в Техасе и Оклахоме были построены в Чикаго и других городах, и натуральный газ использовался для пополнения запасов произведенного топливного газа, в конечном итоге полностью вытеснив его. Производство газа в Северной Америке прекратилось к 1966 году (за исключением Индианаполиса и Гонолулу), а в Европе производство газа продолжалось до 1980-х годов. «Промышленный газ» снова оценивается как источник топлива, поскольку энергетические компании стремятся газификация угля еще раз как потенциально более чистый способ производства энергии из угля, хотя в настоящее время такие газы, вероятно, будут называться "синтетический природный газ ".

Ранняя история топливного газа

Прекурсоры

Алессандро Вольта

Пневматическая химия была разработана в восемнадцатом веке благодаря работе таких ученых, как Стивен Хейлз, Джозеф Блэк, Джозеф Пристли, и Антуан-Лоран Лавуазье, и другие. До восемнадцатого века газ не считался отдельным состоянием материи. Скорее, хотя некоторые из механических свойств газов были поняты, как типичные Роберт Бойл эксперименты и развитие воздушный насос, их химических свойств не было. В соответствии с аристотелевской традицией четырех элементов газы считались воздухом, одним из четырех основных элементов. Различные виды воздуха, такие как гнилостный или легковоспламеняющийся воздух, рассматривались как атмосферный воздух с некоторыми примесями, очень похожими на мутную воду.

После того, как Джозеф Блэк понял, что углекислый газ на самом деле был газом, совершенно отличным от атмосферного воздуха, были идентифицированы другие газы, в том числе водород к Генри Кавендиш в 1766 г. Алессандро Вольта расширил список своим открытием метана в 1776 году. Также давно было известно, что горючие газы могут быть получены из большинства горючих материалов, таких как уголь и дерево, в процессе дистилляция. Стивен Хейлз, например, писал об этом явлении в Овощные статики в 1722 году. В последние два десятилетия восемнадцатого века, когда было открыто больше газов, а методы и инструменты пневматической химии стали более сложными, ряд естествоиспытателей и инженеров задумались об использовании газов в медицинских и промышленных целях. Одним из первых таких применений было воздушный шар начиная с 1783 года, но вскоре последовали и другие применения.^[2]

Одним из результатов увлечения воздухоплаванием в 1783–1784 годах было первое использование искусственного газа для освещения. Профессор естественной философии Лувенский университет Ян Питер Минкелеерс и двух его коллег попросил их покровитель, герцог Аренберг, чтобы исследовать воздушный шар. Они так и сделали, построив аппараты для производства легковоспламеняющихся газов из угля и других легковоспламеняющихся веществ. В 1785 году Минкеллер использовал часть этого аппарата для газификации угля, чтобы осветить свой лекционный зал в университете. Он не стал распространять газовое освещение намного дальше этого, и когда он был вынужден бежать из Лёвена во время Брабантская революция, он вообще отказался от проекта.^[3]

Филипп ЛеБон и термолампа

Филипп ЛеБон

Термолампа ЛеБона из его патента (1799 и 1801 гг.)

Филипп ЛеБон был французским инженером-строителем, работавшим в общественном инженерном корпусе, который во время учебы в университете заинтересовался дистилляцией как промышленным процессом производства таких материалов, как смола и масло. Он окончил инженерное училище в 1789 году и был направлен в Ангулем. Там он исследовал дистилляцию и узнал, что газ, полученный при дистилляции древесины и угля, может быть использован для освещения, отопления и в качестве источника энергии в двигателях. В 1794 году он получил патент на процессы дистилляции и продолжил свои исследования, в конечном итоге сконструировав печь для дистилляции, известную как термолампа. Он подал заявку и получил патент на это изобретение в 1799 году, с добавлением в 1801 году. Он начал маркетинговую кампанию в Париже в 1801 году, напечатав брошюру и арендуя дом, где он устраивал публичные демонстрации своего устройства. Его целью было собрать достаточно средств от инвесторов для создания компании, но ему не удалось привлечь такого рода интерес ни со стороны французского государства, ни из частных источников. Он был вынужден отказаться от проекта и вернуться в корпус гражданского строительства. Хотя французское правительство предоставило ему лесную концессию для экспериментов с производством гудрона из дерева для морского использования, ему так и не удалось использовать термолампу, и он умер при неопределенных обстоятельствах в 1805 году.^[4]

Хотя термолампа вызвала некоторый интерес во Франции, в Германии интерес был наибольшим. В период 1802–1812 гг. На эту тему был написан ряд книг и статей. Были также разработаны и изготовлены термолампы в Германии, самые важные из которых были созданы Захаусом Винцлером, австрийским химиком, который руководил фабрикой по производству селитры в Бланско. Под патронажем аристократической семьи цу Салм он построил большой дом в Брно. Он переехал в Вену, чтобы продолжить свою работу. Однако термолампа использовалась в основном для производства древесного угля, а не для производства газов.^[5]^[6]

Уильям Мердок и Boulton & Watt

Уильям Мердок

Уильям Мердок (иногда Мердок) (1754–1839) был инженером, работавшим в фирме Boulton & Watt, когда, исследуя процессы дистилляции где-то в 1792–1794 годах, он начал использовать угольный газ для освещения. Он жил в Redruth в Корнуолле в то время, и провел несколько небольших экспериментов с освещением своего дома угольным газом. Вскоре он оставил эту тему до 1798 г., когда переехал в Бирмингем работать на домашней базе Boulton & Watt Сохо. Затем Boulton & Watt инициировали еще одну серию небольших экспериментов. В связи с продолжающимися патентными тяжбами и их основным бизнесом, связанным с паровыми двигателями, от этой темы снова отказались. Грегори Ватт, второй сын Джеймса Ватта, во время путешествия по Европе увидел демонстрации Лебона и написал письмо своему брату: Джеймс Ватт-младший, информируя его об этом потенциальном конкуренте. Это побудило Джеймса Уатта-младшего начать программу разработки газовых фонарей в Boulton & Watt, которая расширила бы технологию и привела к первым коммерческим применениям газовых фонарей.^[7]^[8]

После первоначальной установки на Литейный завод Сохо в 1803–1804 гг. Boulton & Watt подготовила аппарат для текстильной фирмы Philips & Lee в Солфорде близ Манчестера в 1805–1806 гг. До конца 1808 года это была их единственная крупная продажа. Джордж Огастес Ли была главной движущей силой развития аппарата. Он проявлял большой интерес к технологиям и представил ряд технологических новшеств на заводе в Салфорде, таких как конструкция железного каркаса и паровое отопление. Он продолжал поощрять развитие технологии газового освещения в Boulton & Watt.^[7]^[8]

Винзор и газовая легкая и коксохимическая компания

Взгляд на газовые фонари в Пэлл-Мэлл: Современная карикатура Джорджа Роулендсона на освещение Уинсором Пэлл-Мэла (1809 г.)

Первой компанией, которая поставляла произведенный газ потребителям в качестве коммунальных услуг, была лондонская Газовая легкая и коксохимическая компания. Он был основан стараниями немецкого эмигранта, Фредерик Винзор, который был свидетелем демонстраций Лебона в Париже. Он безуспешно пытался купить термолампу в Лебоне, но остался в восторге от технологии и решил попытать счастья, сначала в своем родном городе Brunswick, а затем в Лондоне в 1804 году. Оказавшись в Лондоне, Винзор начал интенсивную кампанию по поиску инвесторов для новой компании, которая будет производить газовые аппараты и продавать газ потребителям. Ему удалось найти инвесторов, но юридическая форма компании была более сложной проблемой. Посредством Закон о пузыре 1720 г., все акционерные общества более определенного числа акционеров в Англии необходимо было получить королевская хартия для включения, что означало, что требуется акт парламента.

Винзор вел свою кампанию с перерывами до 1807 года, когда инвесторы образовали комитет, которому было поручено получить акт парламента. Они преследовали эту задачу в течение следующих трех лет, встречая на пути неприятности, наиболее важным из которых было сопротивление Boulton & Watt в 1809 году. В том году комитет предпринял серьезную попытку добиться успеха. палата общин чтобы принять закон, уполномочивающий короля предоставить хартию, но Boulton & Watt почувствовала, что их бизнес по производству газовых осветительных приборов находится под угрозой, и подняла оппозицию через своих союзников в парламенте. Хотя парламентский комитет рекомендовал одобрение, оно было отклонено в третьем чтении.

В следующем году комитет попытался снова, преуспев с молчаливого согласия Boulton & Watt, потому что они отказались от всех полномочий производить устройства для продажи. Закон требовал, чтобы компания собрала 100 000 фунтов стерлингов, прежде чем они могли запросить чартер, и на выполнение этого условия потребовалось два года. Георгий III получил грамоту в 1812 году.

Промышленный газ 1812–1825 гг.

Произведенный газ в Англии

Цветная табличка газовой установки из Фредерик Аккум с Практический трактат о газовом свете (1815)

С 1812 по 1825 год производство газа производилось преимущественно по английской технологии. После 1812 года был основан ряд новых газовых компаний, обслуживающих Лондон и другие города Великобритании. Ливерпуль, Эксетер и Престон были первыми в 1816 году. Вскоре последовали и другие; К 1821 году ни один город с населением более 50 000 человек не обходился без газового освещения. Пять лет спустя было только два города с населением более 10 000 человек, в которых не было газа.^[9]В Лондоне газлайт быстро рос. Новые компании были основаны в течение нескольких лет после создания Gas Light and Coke Company, после чего последовал период острой конкуренции, когда компании боролись за потребителей на границах своих соответствующих зон деятельности. Фредерик Аккум в различных изданиях своей книги о газовом свете дает хорошее представление о том, насколько быстро технология распространилась в столице. В 1815 году он писал, что в городе было 4000 фонарей, которые обслуживались сетью на 26 миль (42 км). В 1819 году он увеличил свою оценку до 51 000 ламп и 288 миль (463 км) сети. Точно так же в Лондоне было только два газовых завода в 1814 году, к 1822 году их было семь, а к 1829 году уже было 200 компаний.^[7]^:72 Правительство не регулировало отрасль в целом до 1816 года, когда постановлением парламента была создана должность инспектора газового завода, первым владельцем которой был Сэр Уильям Конгрив. Даже тогда до 1847 года не было принято никаких законов, регулирующих всю отрасль, хотя в 1822 году был предложен законопроект, который провалился из-за возражений со стороны газовых компаний.^[7]^:83 Однако в уставах, одобренных парламентом, содержались различные положения, например, о том, как компании могут разбивать тротуар и т. Д.

Произведенный газ в Европе и Северной Америке

Первую газовую компанию во Франции также продвигал Фредерик Винзор после того, как ему пришлось бежать из Англии в 1814 году из-за неуплаченных долгов и он попытался основать другую газовую компанию в Париже, но потерпел неудачу в 1819 году. Правительство также было заинтересовано в развитии отрасли и в 1817 г. поручил Шабролу де Вольвику изучить технологию и построить завод-прототип также в Париже. Завод обеспечивал газом для освещения больницы Сент-Луис, и эксперимент был признан успешным.^[10] Король Людовик XVIII затем решила придать новый импульс развитию французской промышленности, послав людей в Англию для изучения ситуации и установив газовый свет в ряде престижных зданий, таких как здание Оперы, национальная библиотека и т. д. был создан для этой цели в 1818 году.^[11] Вскоре последовали частные компании, и к 1822 году, когда правительство приступило к регулированию отрасли, в столице действовали четыре компании. Принятые тогда правила не позволили компаниям конкурировать, и Париж был фактически разделен между различными компаниями, действующими как монополии в своих зонах.^[12]

Газовый свет распространился на другие европейские страны. В 1817 году в Брюсселе П. Й. Меус-Ван дер Маелен основал компанию, которая начала свою деятельность в следующем году. К 1822 году в Амстердаме и Роттердаме были компании, использующие английские технологии.^[13] В Германии газовый свет использовался в небольших масштабах с 1816 года, но первая газовая лампа была основана английскими инженерами и капиталом. В 1824 г. Имперская континентальная газовая ассоциация была основана в Лондоне для создания газовых компаний в других странах. Сэр Уильям Конгрив, второй баронет Одна из ее лидеров подписала соглашение с правительством в Ганновере, и газовые лампы впервые были использованы на улицах в 1826 году.^[14]

Газовый свет был впервые представлен в США в 1816 году в Балтиморе. Рембрандт и Рубенс Пил, который осветил свой музей газовым фонарем, который они видели во время путешествия по Европе. Братья убедили группу богатых людей поддержать их в более крупном предприятии. Местное правительство приняло закон, разрешающий Пилам и их товарищам прокладывать магистрали и освещать улицы. Для этой цели в 1817 году была создана компания. После некоторых трудностей с аппаратурой и финансовых проблем компания наняла английского инженера, имеющего опыт работы с газовым светом. Она начала процветать, и к 1830-м годам компания поставляла газ 3000 местным потребителям и 100 уличных фонарей.^[15] За ними последовали компании из других городов, второй из которых был Boston Gas Light в 1822 году и New York Gas Light Company в 1825 году.^[16] В 1835 году в Филадельфии был построен газовый завод.^[17]

Юридические, нормативные, экологические аспекты, аспекты здоровья и безопасности при производстве газа

Газовое освещение было одной из самых обсуждаемых технологий первой промышленной революции. В Париже еще в 1823 году разногласия вынудили правительство разработать стандарты безопасности (Fressoz, 2007). Остатки, полученные от дистиллированного угля, часто либо сливали в реки, либо хранили в бассейнах, которые загрязняли (и все еще загрязняют) почву. Одним из первых исключений был Эдинбургский газовый завод, где с 1822 года остатки вывозили на тележках, а позже по трубам отправляли на завод. Bonnington Chemical Works и переработаны в ценные продукты.^[18]

Прецедентное право однако в Великобритании и США строительство и эксплуатация газового завода не являлись причиной общественного неудобства. в себеиз-за репутации газовых заводов как крайне нежелательных соседей и вредного загрязнения, которое, как известно, исходило от них, особенно на заре промышленного производства газа, газовые заводы были в чрезвычайно короткие сроки извещены судами, которые (обнаруживаемое) загрязнение снаружи их земель - особенно в жилых районах - будут строго осуждены. Действительно, многие действия по уменьшению неприятности Суды действительно привели к вынесению неблагоприятных приговоров производителям газа - в одном исследовании, посвященном раннему экологическому законодательству, действия за неудобства, связанные с газовыми заводами, приводили к выводам истцов в 80% случаев, по сравнению с общим показателем побед истцов в 28,5%. в случаях возникновения производственных неудобств.^[19]

Судебные запреты как предварительные, так и постоянные могли и часто выдавались в случаях газовых работ. Например, дурная репутация газовых заводов стала настолько известной, что в Город Кливленд против Citizens 'Gas Light Co., 20 N. J. Eq. 201, суд дошел до того, что предписал будущее газовые заводы еще даже не построены - что не позволяет раздражающие и неприятные пары и запахи на первом месте. Судебный запрет не только регулировал процесс производства газа, запрещая использование очистки от извести, но и предусматривал, что в случае возникновения каких-либо неприятностей со стороны завода - постоянный судебный запрет, запрещающий добычу газа.^[20] Действительно, как Мастер роллов, Лорд Лэнгдейл, однажды заметил в своем мнении в Хейнс против Тейлора, 10 Биван 80, который Я был весьма удивлен, услышав, что к последствиям газовых работ относятся как к ничему ... в наши дни каждый человек должен иметь достаточный опыт, чтобы прийти к выводу, что, будь то неприятность или нет, газовая фабрика это очень неприятная вещь. Никто не может сомневаться в том, что летучие продукты, образующиеся при перегонке угля, чрезвычайно опасны. Сказать, что это не так ... каждый мужчина это знает.^[21]Однако со временем газовые заводы стали восприниматься скорее как палка о двух концах - и, в конечном счете, как положительный товар, поскольку прежние неприятности были устранены технологическими усовершенствованиями, и все преимущества газа стали очевидны. Это явление было вызвано несколькими основными стимулами:

регулирование загрязнения от газовых заводов (в случае Великобритании с принятием Закона о газовых заводах 1847 г.), что привело к увеличению стоимости загрязнения, которая ранее была близка к нулю, что привело к развитию технологий, снижающих продолжающееся неудобства загрязнения (во многих случаях превращение выброшенных бывших загрязнителей в прибыльные побочные продукты);
рост "неприятного дыма" в 1850-х годах, вызванный бытовым и коммерческим использованием угля во многих городах и мегаполисах; прямое сжигание угля, являющееся особенно известным источником загрязнения; что повсеместное использование газа могло бы уменьшиться, особенно с началом использования газа для других целей, кроме освещения в 1870-х годах; для приготовления пищи, отопления жилых домов, приготовления горячей воды для бытовых нужд, повышения пара, для промышленных и химических целей, а также для стационарных двигателей внутреннего сгорания, которые ранее удовлетворялись за счет использования угля;
развитие газопроводов и компрессоров высокого давления (1900-е гг.); они были способны эффективно транспортировать газ на большие расстояния, что позволяло одному газопромышленному заводу обеспечивать относительно большую территорию - что приводило к концентрации операций по производству газа вместо их географического распределения; это привело к тому, что газовые заводы могли быть расположены вдали от жилых и коммерческих районов, где их присутствие могло вызвать дискомфорт и беспокойство для их жителей;

Как в эпоху консолидации газовых заводов посредством распределительных систем высокого давления (1900–1930-е годы), так и в конце эпохи промышленного газа (1955–1975 годы) газовые заводы были закрыты из-за дублирования. Прекращение производства газа привело к тому, что начали строиться трубопроводы для доставки природного газа непосредственно из скважины в газораспределительные системы. Природный газ превосходил промышленный газ того времени, был дешевле - добывался из скважин, а не производился на газовом заводе - более удобен для пользователя - поступал из скважины, не требуя почти никакой очистки, - и более безопасен - из-за отсутствия оксида углерода в распределенном продукте. После закрытия несколько бывших заводов по производству газа были доведены до приемлемого уровня экологической чистоты, чтобы их можно было повторно использовать, по крайней мере, по современным стандартам. Фактически, многие из них были буквально заброшены, с оставшимися отходами производства. на месте, и никогда не утилизировать должным образом.

Поскольку отходы, производимые на бывших заводах по производству газа, были стойкими по своей природе, они часто (по состоянию на 2009 год) все еще загрязняют территорию, где раньше располагались заводы по производству газа: сегодня наибольшую озабоченность вызывают отходы, в основном каменноугольная смола (смесь длинноцепочечных ароматических и алифатических соединений). углеводороды, побочный продукт угля карбонизация ), в то время как «голубой билли» (вредный побочный продукт очистки извести, загрязненный цианидами), а также другие остатки извести и каменноугольной смолы считаются меньшими, хотя и значительными экологическими опасностями. Некоторые бывшие газовые заводы сегодня принадлежат газовым предприятиям, часто в целях предотвращения перехода загрязненных земель в общественное пользование и непреднамеренного выброса содержащихся в них отходов. Другие стали общественным достоянием и без надлежащей утилизации стали причиной - часто серьезной - опасности для здоровья своих пользователей. Когда и где это необходимо, бывшие газовые заводы подлежат восстановление окружающей среды законы и могут подлежать обязательной очистке.

Приборы и оборудование исторического газового завода

Горизонтальный вид реторты и печи (1819 г.)

Базовая конструкция газового осветительного прибора была разработана Boulton & Watt и Сэмюэл Клегг в период 1805–1812 гг. Дальнейшие усовершенствования были сделаны в компании Gas Light and Coke Company, а также растущим числом инженеров-газовиков, таких как Джон Малам и Томас Пекстон, после 1812 года. Boulton & Watt внесла свой вклад в базовую конструкцию реторты, конденсатора и газометра, а Клегг усовершенствовали газометр и внедрили очистку от извести и гидравлическую магистраль, еще один очиститель.

Ретортная скамья

В скамья для реторты была конструкция, в которой реторты были расположены для карбонизации (синоним пиролиза) угольного сырья и выделения угольного газа. За годы производства промышленного газа были достигнуты успехи, превратившие ретортный стенд из немногим более чем угольные железные сосуды над открытым огнем в массивную, высокоэффективную, частично автоматизированную, промышленную, капиталоемкую установку для карбонизация большого количества угля. Несколько ретортных столов обычно располагались в одной «ретортной камере», которая была как минимум одна на каждом газовом заводе.

Первоначально ретортные столы имели множество различных конфигураций из-за отсутствия длительного использования и научного и практического понимания карбонизации угля. Некоторые ранние реторты были немногим больше, чем железные сосуды, наполненные углем и поставленные на угольный костер с трубами, прикрепленными к их верхним концам. Хотя это было практично для самых первых газовых заводов, это быстро изменилось, когда первые газовые заводы обслужили более чем несколько клиентов. По мере того, как размер таких сосудов увеличивался, становилась очевидной необходимость повышения эффективности повторного заполнения реторт, и стало очевидно, что заполнение односторонних вертикальных реторт осуществляется легко; Удаление кокса и остатков из них после карбонизации угля было намного труднее. Таким образом, газовые реторты перешли от вертикальных сосудов к горизонтальным трубчатым.

Реторты обычно делали из чугуна в первые дни. Первые инженеры-газовики много экспериментировали с лучшими формами, размерами и настройками. Ни одна из форм реторты не преобладала, и использовалось множество различных поперечных сечений. После 1850-х лет, реторты вообще стали из огнеупорной глины из-за большее сохранение тепла, большую прочность и других положительных качества.Чугунные реторты использовались на небольших газовых заводах из-за их совместимости с потребностями там, с более низкой стоимостью чугунных реторт, способностью быстро нагреваться для удовлетворения переходных требований и возможностью замены по принципу «включай и работай». Это перевесило недостатки, заключающиеся в более коротком сроке службы, более низком температурном диапазоне и отсутствии возможности изготавливать изделия нецилиндрической формы. Кроме того, общие газовые работы практикуют следующую переключатель к противопожарной глине ретортам благоприятствования реторты, которые были сформированы, как «D» повернуты на 90 градусов влево, иногда со слегка скатной нижней секцией.

С введением шамотной реторты, более высокие нагревает могут быть проведены в реторт скамейками, что приводит к более быстрому и более полной карбонизации угля. По мере того, как стали возможны более высокие температуры нагрева, были внедрены передовые методы стендового обжига реторт, чему способствовала разработка мартеновская печь к Сименс около 1855–1870 гг., что привело к революции в эффективности газовых заводов.

Изометрический вид стенда регенеративной реторты (1921 г.)

В частности, двумя основными достижениями были:

Внедрение ретортного стенда с косвенным срабатыванием. Первые ретортные стенды с «прямым нагревом» состояли из реторт, подвешенных над коксовым огнем, которые нагревали реторты и приводили к карбонизации угля в кокс и выделению газа. Это изменило введение стрельбы с закрытых позиций. Вместо того, чтобы нагревать реторты непосредственно огнем, огонь был размещен несколько ниже и сбоку от реторт, доведен до очень сильного нагрева, при этом подача воздуха была уменьшена и введено небольшое количество пара. Вместо того, чтобы выделять большое количество тепла для непосредственного нагрева реторт, в огне теперь выделялись нагретые газы - в частности, оксид углерода, а также небольшое количество водорода, которые являются легковоспламеняемыми. Эти газы поднимаются из огня в канал, который переносит их в "фурмы »- небольшие отверстия, похожие на« ноздри », расположенные рядом с ретортами, которые выбрасывают из них« топочные газы ». Соседние« фурмы »выделяют большое количество« вторичного воздуха », который представляет собой предварительно нагретый воздух, который при смешиваясь с топочными газами, они воспламеняются, вспыхивают пламенем и окутывают реторт теплом снаружи.
Внедрение рекуперации тепла для предварительного нагрева воздуха первичного и вторичного горения. Вызывая выхлоп реторты-скамейку, чтобы пройти через лабиринт огнеупорной кирпичной кладки, значительное количество тепла может быть извлечено из него. С другой стороны от выпускных каналов расположены каналы для прохождения воздуха горения. Таким образом, кирпичи передают тепло выхлопных газов воздуху горения, предварительно нагревая его. Это обеспечивает гораздо большую степень термического КПД ретортного стенда, что позволяет использовать гораздо меньше кокса, поскольку воздух, предварительно нагретый отходящим теплом, уже горячий, когда он попадает в огонь для сжигания, или фурма »для вторичного сгорания топлива.

Эти два достижения превратили старую ретортную скамью с «прямым нагревом» в усовершенствованную ретортную стойку с «косвенным нагревом», «регенеративную» или «генеративную», а использование кокса в ретортных столах (на более крупных предприятиях) снижается сверху От 40% кокса, произведенного ретортами, до факторов, составляющих всего 15% кокса, произведенного ретортами, что приводит к повышению эффективности на порядок. Эти улучшения привели к дополнительным капитальным затратам на ретортный стенд, что привело к постепенному включению их в более мелкие газовые заводы, если они вообще были включены.

Дальнейшее повышение эффективности и безопасности было замечено с введением «сквозной» реторты, которая имела дверь спереди и сзади. Это обеспечивало большую эффективность и безопасность при загрузке и разгрузке реторт, что было трудоемким и часто опасным процессом. Уголь теперь можно было вытолкнуть из реторты, а не вытащить из реторты. Одной из интересных модификаций «сквозной» реторты была «наклонная» реторта, расцвет которой пришелся на 1880-е годы - реторта, установленная на умеренном наклоне, где уголь засыпался с одного конца, а реторта запечатывалась; после пиролиза днище было открыто, и кокс вылился самотеком. Это было принято на некоторых газовых заводах, но экономия на рабочей силе часто компенсировалась неравномерным распределением и пиролизом угля, а также проблемами комкования, приводящими к невозможности высыпания угля из дна после пиролиза, что в некоторых случаях усугублялось. виды угля. Таким образом, наклонные реторты устарели в результате более поздних усовершенствований, включая установку для обработки реторт и вертикальную ретортную систему.

Для повышения эффективности и удобства были представлены несколько передовых ретортных устройств. Было обнаружено, что клинкер с пневматическим или паровым приводом особенно полезен при удалении клинкера из зоны первичного сжигания уступов косвенного нагрева - ранее клинкерование было трудоемким и трудоемким процессом, требовавшим большого количества труда в ретортной камере. Еще одним классом представленных устройств были аппараты - и, в конечном счете, машины - для загрузки и разгрузки реторт. Реторты обычно загружались с помощью удлиненного черпака, в который загружался уголь - группа людей поднимала черпак и вбивала его в реторту. Затем люди сгребали уголь в слой равной толщины, а реторту закрывали. Затем начнется добыча газа - и через 8-12 часов реторта будет открыта, и уголь будет либо вытягиваться (в случае реторт с остановкой), либо выталкиваться (в случае сквозных реторт). ) из реторты. Таким образом, ретортный цех требовал больших трудовых ресурсов - так как часто требовалось много людей, чтобы нести угольный совок и загружать реторту.

Прочие газовые объекты

Из реторты газ сначала проходил через «ловушку» смолы / воды (похожую на ловушку в водопроводе), называемую гидравлической магистралью, куда удалялась значительная часть каменноугольной смолы и газ значительно охлаждался. Затем он будет проходить через магистраль из ретортной камеры в конденсатор с атмосферным или водяным охлаждением, где он будет охлажден до температуры атмосферы или используемой воды. В этот момент он входит в вытяжную камеру и проходит через «эксгаустер» - воздушный насос, который поддерживает гидравлическую магистраль и, следовательно, реторты при отрицательном давлении (при нулевом давлении атмосферное). Затем его промывают в «промывной машине», пропуская через воду пузырьки, чтобы удалить оставшиеся смолы. После этого он попадет в очиститель. После этого газ будет готов к распределению и поступит в газгольдер для хранения.

Гидравлическая магистраль

Поперечный разрез гидравлической магистрали (1909 г.)

Внутри каждой ретортной камеры скамейки для реторты выстраивались в длинный ряд. Каждая реторта имела загрузочную и разгрузочную дверцу. К каждой двери была прикреплена восходящая труба для отвода газа по мере его выделения из угля внутри. Эти трубы поднимались бы к вершине скамейки, где они заканчивались бы перевернутой буквой «U», при этом ножка «U» переходила в длинную желобообразную конструкцию (с закрытой крышкой), сделанную из чугуна, называемую гидравлической. главная, которая была размещена на ряду скамеек у их переднего края. Он непрерывно проходил вдоль ряда скамеек внутри ретортной камеры, и каждая восходящая труба из каждой реторты спускалась в нее.

Гидравлическая магистраль представляла собой жидкую смесь (первоначально) воды, но после использования также каменноугольную смолу и аммиачный раствор. Каждая подъемная труба реторты опускалась ниже уровня воды, по крайней мере, на небольшое расстояние, возможно, на дюйм, но часто значительно больше в первые дни производства газа. Таким образом, газ, выделяющийся из каждой реторты, будет пузыриться через жидкость и выходить из нее в пустоту над жидкостью, где он смешивается с газом, выделяющимся из других реторт, и отводится через грязную магистраль в конденсатор.

Жидкостное затворение преследовало две цели: во-первых, отводить часть смолы и щелока, поскольку газ из реторты был насыщен смолой, и гидравлическая магистраль могла в определенной степени избавить от нее газ; дальнейшее удаление гудрона будет происходить в конденсаторе, промывателе / скруббере и экстракторе гудрона. Тем не менее, смолы, с которой придется разбираться позже, будет меньше. Во-вторых, жидкостное уплотнение также защищало от попадания воздуха в гидравлическую магистраль: если в магистрали не было жидкости, а реторта оставалась открытой, а труба не перекрывалась, а воздух должен был соединяться с газом, магистраль могла взорваться вместе с ближайшими скамейками.

Однако после первых лет существования газа исследования показали, что очень глубокое, чрезмерное уплотнение на магистральной гидравлической системе создает противодавление на все реторты, поскольку уголь внутри газифицируется, и это имело пагубные последствия; углерод, вероятно, откладывается на внутренней стороне реторт и подъемных труб; а нижний слой смолы, через который газ должен проходить в глубоко закрытой магистрали, лишал газ части его светящейся ценности. Таким образом, после 1860-х годов гидравлические магистрали работали с уплотнением около 1 дюйма и не более.

Более поздние ретортные системы (многие типы вертикальных реторт, особенно в непрерывном режиме), которые имели другие защитные приспособления для защиты от кислорода, такие как обратные клапаны и т. Д., А также реторты большего размера, часто полностью пропускали гидравлическую магистраль и направлялись прямо к конденсаторам - поскольку для извлечения гудрона можно было использовать другие аппараты и сооружения, для этих систем не было необходимости в главном.

Конденсатор

Конденсаторы с воздушным охлаждением

Конденсаторы охлаждались воздухом или водой. Конденсаторы с воздушным охлаждением часто состояли из труб и соединений разной длины. Основные широко используемые разновидности были классифицированы следующим образом:

Горизонтальный конденсатор с воздушным охлаждением

(а) Горизонтальные типы

Вертикальный конденсатор с воздушным охлаждением

(б) Вертикальные типы

Кольцевой конденсатор с воздушным охлаждением

(c) Кольцевые типы

Конденсатор с воздушным охлаждением батареи

(d) Конденсатор батареи.

Горизонтальный конденсатор представлял собой протяженный отводной трубопровод с зигзагообразной трубой от конца до конца одной из стен ретортной камеры. Фланцевые соединения были важны, так как могли возникнуть засоры из-за нафталина или смолистых отложений. Конденсированные жидкости стекали по наклонным трубам в том же направлении, что и газ. Пока поток газа был медленным, это был эффективный метод удаления нафталина. Вертикальные воздушные конденсаторы имели выходы для газа и смолы.

Кольцевой атмосферный конденсатор легче контролировать в отношении скорости охлаждения. Газ в высоких вертикальных цилиндрах имел кольцевую форму и позволял подвергать внутреннюю и внешнюю поверхности воздействию охлаждающего воздуха. По диагональным боковым трубам теплый газ направлялся к верхним концам каждого кольцевого цилиндра. Вверху каждой вертикальной воздушной трубы были установлены дроссельные заслонки или заслонки, чтобы можно было регулировать степень охлаждения.

Конденсатор батареи представлял собой длинную и узкую коробку, разделенную изнутри перегородками, которые заставляли газ идти по окольному пути. Ширина ящика обычно составляла около 2 футов, а маленькие трубки проходили из стороны в сторону, образуя основную охлаждающую поверхность. Концы этих трубок оставались открытыми, чтобы воздух мог проходить через них. Препятствие, вызванное трубками, сыграло роль в разрушении и сбросе смол, взвешенных в газе.

Как правило, предприятия, использующие чугунные магистрали и аппаратуру, позволяли производить 5 квадратных футов поверхности на 1 000 кубических футов газа, производимого в день. Его можно немного уменьшить, если использовать кованое железо или низкоуглеродистую сталь.^[22]

Конденсаторы с водяным охлаждением

Конденсаторы с водяным охлаждением были почти построены из склепанных пластин из мягкой стали (которые образуют внешнюю оболочку) и стальных или кованых труб. Использовались два различных типа:

Трубчатые конденсаторы с водяным охлаждением

(а) Многотрубчатые конденсаторы.

Конденсатор водяной трубки

(б) Водяные конденсаторы.

Если охлаждающая вода не была исключительно чистой, предпочтение было отдано водяному конденсатору. Основное различие между многотрубчатым конденсатором и конденсатором с водяными трубками состояло в том, что в первом случае вода проходила снаружи и вокруг трубок, по которым проходит горячий газ, а во втором типе все было наоборот. Таким образом, когда была доступна только мутная вода из рек или каналов; использовался водотрубный конденсатор. Когда поступающий газ был особенно грязным и содержал нежелательное количество тяжелой смолы, внешняя камера могла быть заблокирована по этой причине.

Горячий газ был насыщен водяным паром, и на него приходилась большая часть всей работы конденсации. Водяной пар должен терять большое количество тепла, как и любой сжижаемый углеводород. Из общей работы по конденсации 87% приходилось на удаление водяного пара, а остальная часть использовалась для охлаждения постоянных газов и конденсации сжиженного углеводорода.^[23]

Поскольку в газе были также взвешены чрезвычайно мелкодисперсные частицы, невозможно было отделить твердые частицы только за счет снижения давления пара. Газ подвергался обработке для удаления всех следов твердого или жидкого вещества, прежде чем он попадет на установку мокрой очистки. На некоторых заводах для этого процесса использовались центробежные сепараторы, такие как циклонный аппарат Colman Cyclone.

Сепаратор Colman "Cyclone"

Углеводородные конденсаты удаляются в следующем порядке: тяжелые смолы, средние смолы и, наконец, легкие смолы и масляный туман. Около 60-65% смол будет отложено в гидравлической магистрали. Большая часть этой смолы была тяжелой смолой. Средние смолы конденсировались во время прохождения продуктов между гидравлической системой и конденсатором. Более легкий масляный туман смолы может распространиться значительно дальше.

В целом температура газа в гидравлической магистрали колеблется в пределах 140-160 ° С.^о F. Наиболее вероятными потерями были бензол, толуол и, в некоторой степени, ксилол, которые оказали важное влияние на предельную световую силу газа. Смолы отрицательно сказывались на освещении и выделялись из газа как можно быстрее.^[24]

Дымоход

Гидравлическая магистраль и конденсатор поддерживаются при отрицательном давлении.

Было несколько типов вытяжных устройств.

Пар выталкивательВ эксгаустере аспирационного типа использовалась значительная струя пара / трубка Вентури для поддержания отрицательного давления в гидравлической магистрали и конденсаторе. Этот тип эксгаустера был механически прост, не имел движущихся частей и, следовательно, практически не имел возможности выйти из строя. Однако он потреблял сравнительно большое количество пара. Часто используется как резервный вытяжной вентилятор; в этой роли он продолжал служить надежным резервом до конца эпохи промышленного газа.
Поршневые дымососы различных типов. Дымосос с приводом от парового двигателя использовал цилиндровый насос для перекачки газа. Относительно надежен, но неэффективен, использует большое количество пара, но меньше, чем вытяжной вентилятор эжекторного типа. Использовались в первые дни существования вытяжных устройств, но быстро устарели.
Вытяжной вентиляторный тип.
Турбодогасящий.

Стиральная машина-скруббер

Окончательная экстракция второстепенных вредных фракций.

Пузырьковая шайба для удаления аммиака

Скрубберы, использующие воду, были разработаны через 25 лет после основания отрасли. Было обнаружено, что удаление аммиака из газа зависит от того, каким образом очищаемый газ контактирует с водой. Было обнаружено, что лучше всего это выполняется с помощью башенного скруббера. Этот скруббер состоял из высокого цилиндрического сосуда, в котором были поддоны или кирпичи, поддерживаемые решетками. Вода или слабый газовый щелок стекала по этим лоткам, тем самым сохраняя открытые поверхности полностью увлажненными. Очищаемый газ пропускали через колонну для контактирования с жидкостью. В 1846 году Джордж Лоу запатентовал устройство с вращающимися перфорированными трубами для подачи воды или очищающей жидкости. Позднее Паддон представил роторный моечный скруббер, который использовал его в Брайтоне около 1870 года. За этим прототипом машины последовали другие улучшенной конструкции; в частности Киркхэмом, Хьюлеттом и Чендлером, которые представили широко известный стандартный промыватель-скруббер Холмса, Хаддерсфилда, и другие. Башенный скруббер и вращающийся промывной скруббер позволили полностью удалить аммиак из газа.^[7]

Очиститель

Угольный газ, поступающий непосредственно со скамейки, представлял собой ядовитую смесь химикатов, и удаление наиболее вредных фракций было важно для улучшения качества газа, предотвращения повреждения оборудования или помещений, а также для получения доходов от продажи добытого химикаты. Наличие нескольких агрессивных фракций в распределенном газе может привести к проблемам - Деготь в распределенном газе могут заклеиваться трубы (и может быть продан за хорошую цену), аммиачные пары в газе может вызвать проблемы с коррозией (а извлеченный сульфат аммония был приличным удобрением), пары нафталина в газе может перекрыть газопровод, и даже углекислый газ в газе было известно уменьшение освещенности; таким образом, различным объектам газового завода была поставлена задача по удалению этих вредных сточных вод. Но они не идут ни в какое сравнение с самым опасным загрязнителем сырого угольного газа: сероводородом (сероводород, H₂S). Это считалось совершенно неприемлемым по нескольким причинам:

При сгорании газ пахнет тухлыми яйцами;
Газовый завод и прилегающий район будут пахнуть тухлыми яйцами, когда газовый завод будет производить газ;
Газ при горении образует диоксид серы, который быстро окисляется до триоксид серы, и впоследствии будет реагировать с водяным паром, образующимся при горении, с образованием серная кислота пар. В жилом доме это может привести к образованию раздражающей, ядовитой и коррозионной атмосферы в месте и при горении.
Промышленный газ изначально распределялся в зажиточных районах, так как это был низко висящий плод для газовой компании. Такие люди принадлежали к классу, который, как известно, обладал серебряными изделиями разных сортов. Под воздействием сернистой атмосферы серебро тускнеет - и сернистая атмосфера, несомненно, присутствует в любом доме, освещенном сульфидированным газом.

Таким образом, удаление сернистого водорода является наивысшим приоритетом на газовых заводах. Существовала специальная установка для извлечения серы водорода, известная как очиститель. Очиститель был, возможно, самым важным оборудованием на газовом заводе, если не считать сам ретортный стенд.

Первоначально очистители представляли собой простые резервуары с известковой водой, также известной как сливки или известковое молоко.^[25] где неочищенный газ из ретортного стола пропускался через барботаж для удаления серы водорода. Этот оригинальный процесс очистки был известен как процесс «влажной извести». Остатки извести, оставшиеся от процесса «мокрой извести», были одними из первых по-настоящему «токсичных отходов», материалом под названием «синий Билли ". Первоначально отходы очистительного сооружения сбрасывались в ближайший водоем, например, в реку или канал. Однако после того, как рыба погибла, из-за того тошнотворный способ вонять в реках и поистине ужасный запах, вызванный воздействием окружающей среды. остатков, если река истощалась, общественность требовала лучших средств утилизации. Таким образом, ее складывали в кучи для утилизации. Некоторые предприимчивые газовые предприниматели пытались продать ее как средство от сорняков, но большинство людей не хотели иметь с ней ничего общего и, как правило, он считался отходами, которые были одновременно вонючими и ядовитыми, и газовые заводы мало что могли сделать, кроме как закопать. Но это не было концом "синего билли", потому что после его захоронения часто шел дождь. на месте захоронения, и выщелачивать яд и зловоние из захороненных отходов, которые могут стекать в поля или ручьи. После бесчисленных фиаско с "синими билли", загрязняющими окружающую среду, разъяренная публика при помощи судов, присяжных, судей и хозяев в канцелярии часто были очень Я требую, чтобы газовые заводы искали другие методы очистки - и даже заплатили за ущерб, причиненный их старыми методами очистки.

Это привело к разработке процесса очистки «сухой извести», который был менее эффективным, чем процесс «влажной извести», но имел менее токсичные последствия. Тем не менее, это было довольно ядовито. Гашеную известь (гидроксид кальция) помещали толстыми слоями на тарелки, которые затем вставляли в квадратную или цилиндрическую башню очистителя, через которую затем пропускали газ снизу вверх. После того, как гашеная известь потеряла большую часть своей абсорбционной эффективности, очиститель отключили от потока газа и либо открыли, либо подавали воздух. Гашеная известь, пропитанная серой, немедленно вступит в реакцию с воздухом. чтобы высвободить большие концентрации сероводорода, который затем выйдет из очистительной камеры и заставит газовые заводы и весь район пахнуть сероводородом. Несмотря на то, что сульфурет токсичен в достаточных концентрациях или при длительном воздействии, он обычно вызывает тошноту при кратковременном воздействии умеренных концентраций и представляет лишь опасность для здоровья (по сравнению с прямой опасностью «голубого билли») для сотрудников газовых заводов и соседей. газовых заводов. Сульфурированная известь не была токсичной, но не очень востребованной, слегка пахла сернистым запахом и использовалась как низкосортное удобрение, в некоторой степени пропитанное аммиаком. Возмутительный запах от многих газовых заводов заставил многих граждан рассматривать их как общественную неприятность и привлек внимание регулирующих органов, соседей и судов.

«Газовая проблема» была окончательно решена с помощью «железорудного» процесса. Предприимчивые инженеры газовых заводов обнаружили, что болотная железная руда может использоваться для удаления сероводорода из газа, и не только для этого, но и может использоваться в очистителе, подвергающемся воздействию воздуха, откуда он будет поступать. омолаживается, без выделения вредного сероводорода, сера остается в железной руде. Затем его можно было снова вставить в очиститель, повторно использовать и омолаживать несколько раз, пока он не был полностью залит серой. Затем его можно было продать сернокислотным предприятиям с небольшой прибылью. Известь иногда все еще использовалась после того, как железная руда полностью удалила сероводород, чтобы удалить угольную кислоту (диоксид углерода, CO₂), бисульфур углерода (сероуглерод, CS₂), а аммиак все еще находится в аэроформе после прохождения через завод. Но он не был ядовитым, как прежде, и обычно мог приносить приличную норму удобрения при пропитке аммиаком. Это, наконец, решило самые серьезные проблемы загрязнения газовыми заводами, но оставались еще более мелкие проблемы - впрочем, очистительные сооружения не могли их решить.

Дизайн очистителей также прошел через разные стадии на протяжении многих лет.

Газгольдер

Газгольдер с одним подъемником

Телескопический газгольдер

Газгольдеры были построены из различных материалов: кирпича, камня, бетона, стали или кованого железа. Держатель или плавучий сосуд является резервуаром для хранения газа, и он служит для выравнивания распределения газа под давлением и обеспечивает непрерывность подачи, в то время как газ остается в держателе. Они имеют цилиндрическую форму, как перевернутый стакан, и перемещаются в резервуаре вверх и вниз. Для сохранения истинного вертикального положения на судне есть ролики, которые работают по направляющим, прикрепленным к стенкам резервуара и к колоннам, окружающим держатель.

Газгольдеры могут быть как одиночными, так и телескопическими на два и более лифта. Когда он выполнен в телескопической форме, его вместимость может быть увеличена в четыре раза по сравнению с одинарным подъемником при равных размерах резервуара. Телескопические версии оказались полезными, поскольку они экономили пространство на земле и капитал.^[26]

Мелкие и побочные объекты угольных газовых заводов

У газового завода было множество мелких приспособлений и приспособлений для помощи в решении различных задач по управлению газом или вспомогательных службах.

Котлы

Шли годы, котлы (для производства пара) стали чрезвычайно распространенными на большинстве газовых заводов сверх небольших по размеру; на небольших предприятиях часто использовались двигатели внутреннего сгорания, работающие на газе, для выполнения некоторых задач, которые пар выполнял на более крупных предприятиях.

Пар использовался во многих областях газового завода, в том числе: для работы дымососа; для вымывания угля пиролиза и шлака из реторт, а также для клинкания производителя стенда; для работы двигателей, используемых для транспортировки, сжатия воздуха. , зарядная гидравлика или привод динамо-машин или генераторов, вырабатывающих электрический ток; Для впрыскивания под решетку производителя на скамейке с косвенным нагревом, чтобы предотвратить образование клинкера и способствовать реакции сдвига воды и газа, обеспечение высококачественного вторичного сгорания; в качестве реагента в (карбюраторной) установке водяного газа, а также в качестве привода ее оборудования, такого как многочисленные нагнетатели, используемые в этом процессе, а также масляный спрей для карбюратора; для эксплуатации пожарных, водяных, жидкостных, щелочных и гудронных насосов; для работы двигателей, приводящих в движение ленточные конвейеры для угля и кокса; для очистки химических засоров в трубах, включая нафталин и гудрон, а также для генеральной очистки оборудования; в холодных зданиях на производстве, для поддержания температуры технологических трубопроводов и предотвращения замерзания воды в газгольдере или замерзания различных химических резервуаров и колодцев.

К котлам можно отнести и устройства с рекуперацией тепла. Поскольку в газовой промышленности к своему оборудованию применялись научные и рациональные принципы проектирования, важность регулирования температуры и улавливания из технологических процессов стала общепринятой. Даже на небольших газовых заводах начали использовать генераторы с рекуперацией тепла, поскольку значительное количество пара можно было генерировать «бесплатно», просто собирая технологические отходы тепла с помощью заполненных водой металлических трубок, вставленных в стратегический дымоход.

Динамо / генераторы

Когда наступила эпоха электричества, газовые заводы начали использовать электроэнергию, произведенную на месте, для многих небольших функций завода, которые ранее выполнялись паровыми или газовыми двигателями, что было непрактично и неэффективно для небольших, менее мощных систем. без сложных механических соединений, подверженных отказам. Когда стало известно о преимуществах электрического освещения, иногда прогрессивные газовые заводы диверсифицировались и на производство электроэнергии, поскольку кокс для производства пара можно было получить на месте по низким ценам, а котлы уже были в работе.

Хранение угля

По словам Мида, газовые заводы начала 20 века обычно хранили уголь в течение нескольких недель. Такое количество угля могло вызвать серьезные проблемы, потому что уголь был склонен к самовозгоранию, когда он находился в больших кучах, особенно если на них шел дождь, из-за смываемого защитного пылевого покрытия смываемого угля, обнажающего всю пористую поверхность угля. от слегка до сильно активированного угля внизу; в тяжелой свае с плохими характеристиками теплопередачи выделяемое тепло может привести к возгоранию. Но хранение в замкнутых пространствах с воздухововлекающими добавками также не получило должного внимания, так как отвод остаточного тепла был бы затруднен, а тушение пожара, если бы оно было начато, могло бы привести к образованию высокотоксичного монооксида углерода в результате реакции водяного газа, вызванной позволяя воде проходить через чрезвычайно горячий углерод (H₂О + С = Н₂ + CO), что было бы опасно снаружи, но смертельно опасно в замкнутом пространстве.

Хранилище угля было спроектировано для решения этой проблемы. Обычно использовались два метода хранения; подводные или открытые крытые помещения. К наружной крытой свае иногда применялись и охлаждающие приспособления; например, средства, позволяющие циркулировать воздуху в глубине сваи и отводить тепло. Объемы хранения варьировались, часто из-за местных условий. Работы в районах с промышленными конфликтами часто хранят больше угля. Другие переменные включали национальную безопасность; например, газовый завод Тегель в Берлин у него было около 1 миллиона тонн угля (6 месяцев поставки) в гигантских подводных бункерах длиной в полмили (Meade 2e, p. 379).

Топка угля и машинная топка

Горизонтальные реторты с топкой

Для замены рабочей силы и сведения к минимуму простоев из-за трудовых споров использовалась машинная или силовая топка. Для каждой реторты обычно требовалось два комплекта по три кочегара. Двое кочегаров должны были поднять кончик совка в реторту, а третий толкнул и перевернул. Уголь вводился с каждой стороны реторты. Произведенный кокс также будет удаляться с обеих сторон. Банды кочегаров работали по 12-часовым сменам, хотя работа не была непрерывной. Работа также была сезонной, и в зимнее время требовалась дополнительная помощь. Машинная заправка потребовала более равномерного размещения реторт. Рост затрат на рабочую силу увеличил норму прибыли при экспериментировании и внедрении топки машин.^[27]

Хранение дегтя / ликера

Химическая промышленность требовала каменноугольная смола, и газовый завод мог бы обеспечить им это; Таким образом, каменноугольная смола хранилась на месте в больших подземных резервуарах. Как правило, это были одностенные металлические емкости, то есть если бы это не была пористая кладка. В то время подземные утечки смолы считались просто пустой тратой смолы; вне поля зрения был действительно не в своем уме; и такие утечки обычно устранялись только тогда, когда потеря дохода от протекающих смолистых «колодцев», как их иногда называли, превышала затраты на устранение утечки.

Аммиачный раствор также хранился на месте в аналогичных емкостях. Иногда газовый завод сульфат аммония растение, чтобы превратить щелок в удобрение, которое было продано фермерам.

Станционный счетчик

Этот крупногабаритный газовый счетчик точно измеряет газ, поступающий с завода в сеть.Это было крайне важно, поскольку газовый завод уравновешивал счет выданного газа с суммой, уплаченной за газ, и стремился определить, почему и как они отличаются друг от друга. Часто он был соединен с динамическим регулятором, чтобы поддерживать постоянное давление или даже модулировать давление в заданное время (серия быстрых скачков давления иногда использовалась с соответствующим образом оборудованными уличными фонарями для автоматического зажигания или гашения таких дистанционных сигналов).

Малый карбюратор с антинафталином

Это устройство впрыскивало мелкодисперсный туман нафты в выходящий газ, чтобы избежать кристаллизации нафталина в магистрали и их последующей блокировки. Нафта оказалась довольно эффективным растворителем для этих целей даже в малых концентрациях. Там, где возникали проблемы с нафталином, что иногда происходило даже после внедрения этого второстепенного карбюратора, была послана бригада рабочих, чтобы продуть пар в магистраль и устранить засорение; тем не менее, до его внедрения нафталин сильно раздражал газовый завод.

Бустерный насос распределения высокого давления

Это устройство с приводом от парового или газового двигателя сжимало газ для впрыска в магистраль высокого давления, которую в начале 1900-х годов начали использовать для транспортировки газа на большие расстояния к отдельным магистралям низкого давления, которые обслуживали конечных пользователей. Это позволило работам обслуживать большую площадь и добиться экономии от масштаба.

Типы исторически производимых топливных газов

Типы исторически производимых топливных газов
Промышленный газ	Сырье	Производство	Сочинение	Тепловая мощность при Стандартная температура и давление (STP) (БТЕ / фут³)	Световой поток на СТП (стандартная свеча / фут³)	Примечания
Угольный газ	В основном битуминозный или каменный уголь. Иногда используется лигнит.	Карбонизация (пиролиз ) угольного сырья (нагрев угольного сырья в отсутствие кислорода). Газ, произведенный горячим углем, является распределенным газом.	При распределении содержит умеренную долю болотного газа (метан, CH₄), водород (H₂), оксид углерода (монооксид углерода, CO) и простые углеводородные «осветительные приборы», в том числе олифантный газ (этилен, С₂ЧАС₄) и газообразный ацетилен (C₂ЧАС₂). Кроме того, до обработки содержит каменноугольные смолы (сложные алифатические и ароматические углеводороды), аммиачный щелок (газообразный аммиак, NH₃, и водный аммиак, NH₄OH), сероводорода (H₂S) и серы углерода (CS₂).	500–650	10–18	Самый старый тип, введенный в 1798 году Мердоком и др .; когда термин «промышленный газ» или «городской газ» используется без определителей, он обычно относится к угольному газу. Значительно больший выход осветительного прибора с использованием специального "каннельный уголь ", который может быть современным горючие сланцы, более богатый углеводородами, чем самый обычный газовый уголь (битуминозный уголь).
Древесный газ	Лесные ресурсы.	Карбонизация (пиролиз) древесного сырья (нагревание древесного сырья в отсутствие кислорода). Летучие вещества, выделяемые из нагретой древесины, являются распределенным газом.	Полученные продукты неизвестны. Вероятно, болотный газ, водород и оксид углерода, а также некоторые углеводороды и органические вещества, такие как скипидар.	?	< 10	Древесина использовалась в качестве сырья в первые дни (1820–1850-е годы) производства газа в некоторых районах Соединенных Штатов из-за недостаточной разработки угольных ресурсов. Древесина обугливалась аналогично углю; тем не менее, выделяемый газ заметно уступал углю по своим световым и нагревательным качествам. По-прежнему очень полезен для освещения. Этот древесный газ, полученный исключительно путем пиролиза, не следует путать с древесный газ как используется сегодня; современный генератор древесного газа производит синтез-газ посредством полного процесса газификации, как описано ниже.
Нефть пиролитический газ.	Нефтяное масло.	Карбонизация (пиролиз) нефти (нагревание нефтяного сырья в отсутствие кислорода). Газ, произведенный нагретой и разложившейся нефтью, является распределенным газом.	В распределенном состоянии содержит чрезвычайно высокую долю простых углеводородных «осветительных приборов», включая простой газ (этилен, C₂ЧАС₄) и газообразный ацетилен (C₂ЧАС₂), а также газ пропан (C₃ЧАС₈), болотный газ (метан, CH₄), водород (H₂), и небольшое количество оксида углерода (оксид углерода, CO).	1000–1500	40–60	Первоначальные эксперименты 1817–1825 гг., Которые закончились неудачей; начали широко использовать в 1860-х гг. Более простой и менее трудоемкий производственный процесс. Нефть - очень дорогое сырье по сравнению с углем; цены (и световая эффективность на фут³) вдвое или втрое больше, чем у обычного угольного газа.
Нефть каталитический полуводяной газ. (Улучшенный процесс Джонса)	Нефтяное масло.	Поэтапная частичная реакция нефтяного масла с использованием пара при высокой температуре в каталитической среде. Распределенным газом является газ, произведенный частично прореагировавшей и частично крекированной нефтью.	В распределенном состоянии содержит 35-40% водорода (H₂), 45% - 50% болотный газ (метан, CH₄) и баланс высших углеводородов и оксида углерода (оксид углерода, CO).	500–700	10–18	Э.К. Джонс, главный газовый инженер компании San Francisco Gas Light Company (позже PG&E ) разработал этот гениальный процесс превращения нефти в газ, очень похожий на газ, получаемый при пиролизе угля, с использованием каталитической обратной продувки уже произведенного газа и пара для создания атмосферы водорода, стимулирующей диссоциацию масла с минимальным образованием сажи.^[28]^[29] Самостоятельно произвел революцию в газопроизводстве на Тихоокеанском побережье, поскольку нефти было много по сравнению с углем, и ее можно было превратить в газ, способный заменить угольный газ, устраняя необходимость в транспортировке угля водным транспортом из Австралии и с Дальнего Востока. в тихоокеанские порты по высокой цене. Усовершенствованный процесс Джонса и его развитие продолжали использоваться на Тихоокеанском побережье до конца эпохи промышленного газа.
Производитель газа	Антрацитовый уголь, кокс, битуминозная угольная пыль и отходы, лигнит или биомасса.	Производится путем неполного сгорания различного углеродсодержащего сырья в чрезвычайно горячей (> = 1100 ° C) атмосфере с ограниченным содержанием кислорода, чему способствует впрыск небольшого стехиометрического потока пара.	Содержит высокую долю азота (N₂) и оксид углерода (оксид углерода, CO), ограниченное количество водорода (H₂) и очень небольшое количество болотного газа (метан, CH₄).	100–170	ноль	Произведено на заре газификации угля; однако это стало обычным явлением только после изобретения Цикл Отто двигатель внутреннего сгорания, для которого он был идеальным топливом, а также малогабаритные и надежные газовые генераторы, которые позволяли легко производить генераторный газ практически везде, где имелись запасы антрацита или кокса. Как правило, газ не распространяется за стены производственной площадки, а используется на месте из-за низкого содержания энергии и того, что он в основном состоит из смертоносного оксида углерода. Используется для стандартных бытовых нужд в газе в учреждениях, достаточно больших, чтобы оправдать присутствие наемного человека для содержания производителя; Эти учреждения часто включали в себя работные дома, богадельни, исправительные учреждения, детские дома, исправительные дома, психиатрические приюты, лицеи, промышленные школы и пенитенциарные учреждения. Массовое отопление, производство электроэнергии и использование двигателя; также для сварочных целей, так как обладает «уменьшающим пламенем» и высокой температурой. N.B. Один из вариантов добывающего газа был Монд газ, известный как своим постоянным выходом, так и тем, что аммиак может быть получен как побочный продукт. Необходимы небольшие модификации производителя.
Водяной газ	Кокс или антрацит, уголь и пар.	Производится реакцией очень горячего сырья и пара в перегретой бескислородной атмосфере.	Содержит большое количество оксида углерода (оксид углерода, CO) и водорода (H₂) и очень низкие доли других газов.	~ 300	ноль	Мануфактура известна с конца 1830-х годов. Однако не оптимизировали для прибыльной генерации примерно до 1865–1870 годов. Произведено с использованием прерывистого процесса; сначала экзотермический «удар», когда сырье нагревали, продувая через него воздух, за которым следует эндотермический «прогон», когда воздух был отключен, и пар проходил через теперь сверхгорячее сырье, что приводило к разложению пара. и удаление углерода из сырья. Обычно смешивается с угольным газом, ценится за то, что его можно добыть «точно в срок» с уведомлением за 1 час, в отличие от угольного газа, который потребовалось бы 4+ дней для вывода из бездействия. Однако низкие затраты на рабочую силу и капитальные затраты, высокое, неэффективное использование антрацита / кокса.
Карбюраторный водяной газ	Водяной газ и нефть или каменноугольная смола.	Производится путем пропускания только что произведенного сверхгорячого водяного газа через перегретый «карбюратор», в который распыляется нефть или каменноугольная смола, осуществляя «крекинг» нефти в газ.	Содержит большое количество оксида углерода (оксид углерода, CO) и водорода (H₂) и умеренные доли болотного газа (метан, CH₄) и смешанных углеводородных осветительных газов.	400–700	10–25	Представлен в 1876 году. Стал обычным процессом в бурные дни газового освещения с 1870-х до первого десятилетия 20-го века, особенно полезно для смешивания с угольным газом. Процесс имел те же положительные и отрицательные стороны, что и чистый водяной газ, но также имел ценность для освещения, а также более высокую стоимость из-за использования масла / смолы. Регулируемая мощность осветительного прибора в зависимости от количества / качества масляного спрея. Поскольку газ неуклонно терял свои позиции в качестве источника света, интенсивная карбюрация снижалась до низких значений или карбюрация полностью отсутствовала, что означает возврат к водяному газу.
Полная газификация газа	Газообразный уголь или другие органические вещества.	Изготовленный по сложному, поэтапному процессу, когда уголь перемещается по вертикальной оси вертикальной полуцилиндрической реакционной камеры, он будет подвергаться различным химическим реакциям в зависимости от того, что подавалось в эту область реакционной камеры.	Смесь оксида углерода (оксид углерода, CO), болотный газ (метан, CH₄), водород (H₂), небольшое количество простых углеводородных осветительных приборов, а также небольшое количество азота и углекислого газа.	330–400	> 8	Самые ранние процессы с 1895 г. стали применяться в промышленных масштабах к 1918 г. (Meade, p. 766–769). Развиваются многочисленные процессы, многие из которых происходят в Германии, Австрии и других континентальных странах. Возможность сохранения более 75% энергии сырья в газе с рекуперацией тепла из сырого газа (Meade, стр. 762) по сравнению с ~ 55% удержанием энергии сырья в других процессах газификации.^[30]