Водород в воздухоплавании

ВОДОРОДЪ ВЪ ВОЗДУХОПЛАВАНІИ. Для наполненія аэростатовъ В. впервые б. употребленъ франц. физикомъ Шарлемъ въ 1783 г., к-рый добывалъ его дѣйствіемъ разбавленной сѣрной кислоты на желѣзныя стружки. Шарлемъ же б. выработаны и приборы для добыванія В. въ большомъ количествѣ: это былъ рядъ бочекъ, въ к-рыя закладывались стружки и сразу наливалась кислотная смѣсь; выдѣлявшійся В. проходилъ по трубамъ сначала въ особую бочку, гдѣ оставалась часть механически увлеченной кислоты, а затѣмъ поступалъ въ аэростатъ. Этотъ примитивный способъ, дававшій, напр., для бочки въ 700 литровъ всего 12,5 кб. мтр. В. въ часъ, оставался безъ существ. измѣненій до 1875 г., когда кап. Ш. Ренаръ построилъ какъ передвижные, такъ и неподвижные приборы съ циркуляціей кислоты между стружками, позволявшіе, при объемѣ генератора, напр., въ 5 кб. мтр., получать въ часъ не менѣе 250 кб. мтр. В. Притомъ онъ ввелъ промываніе газа водою и сушеніе затѣмъ его негашеной известью. Хотя получаемый его методомъ В. обладалъ нейтральной реакціей, но содержалъ еще примѣси углеводородовъ, сѣроводорода и нѣк-рыхъ др. сильно ядовитыхъ газовъ, приводившихъ иногда къ смертельнымъ отравленіямъ. Тѣмъ не менѣе такой газъ считался удовлетворяющимъ своему назначенію, пока въ 1903 г. инженеръ Жюльо, строитель управляемаго аэростата бр. Лебоди, не замѣтилъ, что при долгомъ соприкосновеніи онъ все же дѣйствуетъ разрушительно на оболочку аэростатовъ. Тогда б. выработанъ слѣд. методъ очистки В., к-рый пока является окончательнымъ. Газъ, добываемый по способу Ренара, заставляютъ проходить пузырями черезъ толстый слой воды; затѣмъ моютъ водянымъ дождемъ, и еще ведутъ черезъ скрубберъ, наполненный коксомъ, по поверхности к-раго, навстрѣчу газу, сбѣгаетъ вода; этимъ путемъ отмываются послѣдніе слѣды кислоты. Послѣ того В. проходитъ надъ смѣсью изъ опилокъ, жел. купороса и гашеной извести для поглощенія сѣроводорода, а остальныя ядовитыя примѣси и часть углеводородовъ удаляются пропусканіемъ газа черезъ приборы, наполненные смсью инфузорной земли съ марганцовокальціевой солью, к-рая дѣйствуетъ на нихъ окисляющимъ образомъ. Наконецъ, оконч-но В. сушится и очищается отъ углекислаго газа, проходя надъ твердымъ ѣдкимъ натромъ. Вѣсъ кб. метра такого В. (при 0°Ц и 760 мм. давленія) равенъ 110 грм., такъ что подъемная сила его равна 1,183 клг. Однако, В., добываемый такимъ способомъ, сравнительно слишкомъ дорогъ (безъ очистки онъ обходится оть 37,5 до 45 коп. за 1 кб. мтр.); добываніе слишкомъ мѣшкотно, требуя постоян. контролированія качества газа, и, наконецъ, вѣсъ необходимыхъ матеріаловъ слишкомъ великъ. Почти одновр-но съ добываніемъ В. дѣйствіемъ желѣза на сѣрную кислоту б. открыта и другая реакція его образованія. А именно, въ 1784 г. Менье и Лавуазье показали, что при пропусканіи водяного пара надъ раскаленнымъ желѣзомъ послѣднее окисляется въ окалину и освобождается газообразный В. Комитеть обществ. безопасности постановилъ примѣнить эту реакцію для воен. шаровъ, и 26 іюня 1794 г. аэростатъ, наполненный В. такимъ способомъ, принималъ участіе, какъ наблюдател. пунктъ, въ сраженіи при Флернеѣ. Процессъ оказался очень утомительнымъ и необходимо было 40 ч. для наполненія шара въ 450 кб. мтр. Въ наст. время трудности технич. добыванія В. этимъ способомъ устранены вполнѣ. Изъ относящихся сюда патентовъ наиболѣе разработанъ, повидимому, патентъ Дельвикъ-Флейшера, к-рымъ пользуются прус. заводы воен. мин-ства съ производит-стью въ 200 кб. мтр. въ часъ въ Кельнѣ и въ Кенигсбергѣ. Довольно близокъ къ нему способъ компаніи Oxylithe въ Парижѣ, добывавшей на маленькомъ заводѣ въ Сенъ-Клу В. для франц. воен. мин-ства (по 50 кб. мтр. въ ч.). Подъемная сила В., добываемаго этимъ путемъ, — оть 1,150 до 1,177 клг. Стоимость оборудованія герм. завода на 200 кб. мтр. въ часъ — ок. 140—150 т. руб.; коммерч. стоимость 1 кб. мтр. В. (при ежедн. добычѣ 600 т. кб. мтр.) — ок. 7 коп., а при добычѣ 100 т. кб. мтр. — ок. 11 коп. Сдѣлать эти аппараты подвижными (по ж. д.), повидимому, очень затруднительно, хотя попытки въ этомъ направленіи производятся. Разработанные технически въ послѣднее десятилѣтіе способы добыванія В. компаній Грисхеймъ-Электронъ и Линде-Франкъ-Каро связаны съ водянымъ газомъ, к-рымъ называется газообр. смѣсь, получаемая при дѣйствіи водяного пара на раскаленный уголь. Въ зависимости отъ температуры, при к-рой происходитъ взаимодѣйствіе, составъ ея мѣняется, но, вообще, она состоитъ изъ В., углекислаго газа и окиси углерода. Горѣніе угля за счетъ кислорода воды идетъ съ поглощеніемъ тепла, и потому для поддержанія процесса необходимъ притокъ энергіи извнѣ. Въ техникѣ этого достигаютъ, продувая черезъ коксъ поперемѣнно воздухъ и перегрѣтый водяной паръ; когда дуютъ воздухъ ("горячее дутье"), то уголь частью сгораетъ за счетъ кислорода, остальная же его масса раскаляется до требуемой температуры (бѣлаго каленія); при продуваніи водяного пара ("холодное дутье") коксъ медленно теряетъ накопленное имъ тепло и горитъ за счетъ кислорода воды. Продукты горячаго дутья, состоящіе изъ углекислаго газа, окиси углерода и азота (изъ воздуха), выпускаются на воздухъ, чтобы они не загрязняли водяного газа, к-рый собирается только отъ "холоднаго дутья". Изъ водяного газа В. добывается заводомъ Грисхеймъ-Электронъ химическими превращеніями. Для этого газъ сначала тщательно промывается въ наполненномъ кусками кокса скрубберѣ водою, растекающеюся сверху по поверхности кокса; затѣмъ онъ послѣдовательно проходитъ черезъ очиститель, содержащій гашеную известь, к-рая удерживаетъ углекислый газъ, черезъ скрубберъ съ сѣрной кислотою, к-рою газъ высушивается, и, наконецъ, съ подогрѣваніемъ до 250—300°Ц, надъ твердой известью, поглощающей окись углерода. Подъемная сила этого В. равна 1,180 клг. Методъ Линде-Франкъ-Каро основанъ гл. обр. на физич. очисткѣ водяного газа и заключается въ послѣдоват. освобожденіи его отъ углекислоты помощью промыванія въ щелочныхъ скрубберахъ и поглотителяхъ, отъ паровъ воды и др. примѣсей сжатіемъ смѣси до 50 атм. и пропусканіемъ черезъ трубы съ безвод. хлористымъ кальціемъ и, наконецъ, отъ окиси углерода, к-рая сжижается при прохожденіи сжатаго до 50 атм. газа черезъ змѣевикъ, погруженный въ кипящій подъ пост. давленіемъ жидкій воздухъ. Остающаяся газообразною при 190° Ц смѣсь, называемая "техническимъ водородомъ", содержитъ до 98% водорода и обладаетъ подъемной силою въ 1,185 клг. На заводахъ подъ Вѣной и въ Гамбургѣ цѣна такого В. не превышаетъ 4,64 коп. за 1 кб. мтр. Стоимость первонач. оборудованія станціи на 100 кб. мтр. въ часъ — ок. 150 т. руб. Станція м. быть сдѣлана подвижной. Способъ добыванія В. по патенту Ринкера и Вольтера основанъ на томъ, что при достаточно выс. температурѣ углеводороды распадаются на В. и углеродъ, выдѣляющійся или въ видѣ сажи, или же въ видѣ графита. Процессъ ведется такъ. Коксовый генераторъ раскаляется горячимъ дутьемъ приблизительно до 1.300° Ц, а затѣмъ его верх. отверстіе, служившее для выхода горячихъ газовъ, герметически закрывается и сверху внизъ заставляютъ идти струю какого-нибудь углеводорода (у насъ могутъ быть взяты любые отгоны бакинской нефти). Для полноты разложенія газы изъ перваго генератора проводятъ (тоже сверху внизъ) черезъ другой раскаленный до той же темп-ры генераторъ, послѣ чего ихъ фильтруютъ отъ угля, промываютъ въ скрубберѣ водою, сушатъ сѣрной кислотою и освобождаютъ отъ окиси углерода пропусканіемъ черезъ нагрѣтую известь. Въ зависимости отъ тщательности веденія операцій, подъемная сила газа колеблется отъ 1,170 до 1,184 клг.; средняя цѣна 1 кб. мтр. такого В. въ Германіи — 5,34 коп. Для цѣлей воен. воздухоплаванія разработана подвижная станція. Стоимость приборовъ, позволяющихъ получать въ часъ ок. 100 кб. мтр. В. и расположенныхъ на двухъ ж.-д. платформахъ — ок. 56 т. руб. Въ Германіи предполагается снабдить войска подобными станціями по одной на корпусъ и на каждую крѣпость. Въ Спб. приступаютъ къ постройкѣ большого частнаго завода, добывающаго В. по системѣ Ринкеръ-Вольтеръ для нуждъ химической промышленности съ часовой производ-стью въ 1,000 кб. мтр. Въ послѣдніе года разработанъ рядъ щелочныхъ способовь добыванія В. Сюда относятся: 1) разложеніе воды съ помощью алюминія и ѣдкаго натра (примѣнялось нашими войсками въ Манчжуріи; 2) разложеніе воды съ помощью кремнія и ѣдкаго натра (способъ Шуккерта въ Нюрнбергѣ) или "силикола" и ѣдкаго натра (способъ проф. Жосера въ Парижѣ); 3) разложеніе воды съ помощью водородистаго кальція (гидролита) и 4)добываніе В. при горѣніи гидроженитовой массы: оба послѣдніе предложены также Жоберомъ. Растворимость металлич. алюминія въ растворахъ ѣдкихъ щелочей съ выдѣленіемъ В. открыта Велеромъ въ 1827 г., но реакція могла быть использована только послѣ того, какъ алюминій сталъ болѣе доступнымъ по цѣнѣ. По иниціативѣ А. И. Горбова, въ 1899 г. воздухоплават. паркомъ б. разработаны удобные перевозные и вьючные аппараты для добыванія В. этимъ способомъ. Реакція идетъ съ значит. выдѣленіемъ тепла, и быстро; добываемый В. отличается чистотою. Выгоды способа: неб. количество исходныхъ веществъ (ок. 2 клг. на 1 кб. мтр. В.) и возможность перевозить ихъ въ твердомъ состояніи и, слѣд., сравнительно въ неб. объемѣ. Къ недостаткамъ способа д. быть отнесены: значит. стоимость алюминія и необходимость большихъ количествъ воды, не всегда легко находимой на мѣстѣ. Растворимость кремнія въ щелочахъ съ выдѣленіемъ В. тоже б. открыта давно (въ 1857 г.), но использована только въ 1908 г. Шуккертомъ, послѣ того, какъ кремній сталъ добываться для металлургіи съ помощью вольтовой дуги. Фирмой разработаны два типа приборовъ: подвижные и неподвижные. Первые устанавливаются на двухъ четырехколесныхъ повозкахъ; на меньшей находится котелъ съ топкой, дающій паръ для подогрѣванія растворовъ и для насоса, к-рый качаетъ воду какъ для растворовъ, такъ и для скруббера (способъ требуетъ много воды); на ней же находится закрытый желѣзный бакъ, въ к-ромъ растворяютъ ѣдкій натръ; бакъ подогрѣвають. Горячій растворъ перегоняется затѣмъ на большую повозку въ объемистый жел. бакъ съ воронкой наверху. Въ воронку всыпаютъ мелко размолотый кремній (въ смѣси съ негашеной известью) и постепенно, помощью безконечнаго винта, подаютъ его въ подогрѣтый растворъ щелока. Выдѣляющійся изъ аппарата газъ промывается въ скрубберѣ. Того же типа и неподвижные приборы. Чистота газа, по даннымъ фирмы, около 99%. Главныя примѣси: сильная влажность и углекислый газъ; подъемная сила нѣсколько ниже 1,180 клг. Подвижныя станціи даютъ, смотря по величинѣ, отъ 60 до 120 кб. мтр. въ часъ; неподвижныя отъ 200 до 300 кб. мтр. На 1 кб. мтр. В. идетъ ок. 2,24 клг. исходныхъ матеріаловь и ок. 65 литровь воды. Неподвижныя станціи Шуккерта имѣются въ казематахъ нѣк-рыхъ прус. крѣпостей. Цѣна 1 кб. мтр. В. ок. 60 коп. Силиколевый способъ Жобера въ принципѣ сливается со способомъ Шуккерта, отличаясь отъ него только тѣмъ, что Жоберъ, вмѣсто дорогого кремнія, беретъ дешевый феррокремній или даже феррошпигель и дѣйствуетъ на нихъ концентрированнымъ растворомъ (35—40%) ѣдкаго натра. Имъ выработанъ типъ неподвижныхъ аппаратовъ, вѣсящихъ отъ 1.800 до 2 т. клг.; 1 кб. мтр. В. требуетъ 2,25 клг. исходныхъ матеріаловъ и только 6 литровъ воды. Цѣна В. ок. 37,5 коп. за 1 кб. мтр. Продуктивность аппарата отъ 600 до 800 кб. мтр. въ часъ. Процессъ "гидролита" или разложенія воды водородистымъ кальціемъ (Cah₂) (патентъ Жобера отъ 1902 г.) идетъ съ громаднымъ выдѣленіемъ тепла и поэтому съ большой быстротой. Въ наст. время Жоберомъ съ кап. Леларжели разработанъ типъ подвижного аппарата (четыре колес. повозка), вѣсящаго 2.400 клг.; 1 кб. мтр. В. требуетъ 1 клг. гидролита и 10—15 литровъ воды. В. сушится пропусканіемъ надъ твердымъ гидролитомъ. Скорость газообразованія въ этомъ приборѣ 500—600 кб. мтр. въ 1 ч. Цѣна В. очень высока: за 1 кб. мтр. — ок. 1 р. 80 коп. Наконецъ, способъ "гидроженита" еще мало разработанъ практически (патентованъ Жоберомъ въ 1910 г.). Реакція, лежащая въ основаніи способа, сводится къ горѣнію смѣси кремнія съ натристой известью, при чемъ берется ли чистый кремній или тоже ферро-силицій и состоитъ ли другая часть смѣси изъ натрістой извести или же только изъ гашеной извести, достовѣрно не извѣстно. Само добываніе В. сводится къ тому, что смѣсь матеріаловъ, подходящимъ образомъ измельченная (она въ видѣ, довольно тонкаго сѣраго порошка хранится въ запаянныхъ жестянкахъ, т. к. сырость и углекислый газъ воздуха вредно на нее дѣйствуетъ), насыпается въ жел. цилиндръ, герметически закупоривается послѣ того, какъ масса гидроженита подожжена спичкой (съ помощью запальной смѣси, составляющей секретъ изобрѣтателя). Выдѣляющійся горячій В. посредствомъ трубы, вдѣланной въ цилиндръ, переводится въ скрубберы для промывки водою. На 1 кб. мтр. В. требуется ок. 3 клг. гидроженита. Смѣсь поддается прессованію до уд. вѣса 2,5; тогда лепешка гидроженита въ 1 литръ даетъ 800 литровъ В. Это обстоятельство замѣчательно, т. к. оно показываетъ, что въ прессованномъ гидроженитѣ В. имѣетъ приблизительно ту же степень конденсаціи, к-рую онъ имѣлъ бы при давленіи почти въ 800 атмосферъ (1 литръ жидкаго В. даеть всего 782 литра газообразнаго В.). Неизвѣстно, однако, насколько стоекъ прессованный гидроженитъ. Жоберомъ разработаны подвижные и неподвижные аппараты для гидроженита съ производительностью въ 150 кб. мтр. въ часъ; онъ предполагаетъ довести ихъ до 300 кб. мтр. Стоимость 1 кб. мтр. В. въ Парижѣ — ок. 1 р. 80 коп. Подъем. сила газа ок. 1,14 клг. Кромѣ перечисл. способовъ добыванія В., онъ м. еще получаться электролизомъ подщелоченной воды, но имѣющіеся аппараты довольно громоздки, а процессъ медленный.