Уголь бурый и торф
Уголь бурый и торф
— Бурый уголь и торф представляют первые члены того ряда ископаемых, который образуется последовательным изменением клетчатки растений, попавших после смерти в условия, благоприятствующие такому изменению. Эти условия — разложение при малом доступе воздуха (или вовсе без доступа) — чаще всего осуществлялись на болотистых местах, где вода, прекращая доступ воздуха к погруженной в нее растительности, давала место тем реакциям разложения, которые древесную и древовидную растительность превращали в ископаемый уголь разных родов (последовательно — бурый, каменный, антрацит), а травянистую — в торф разных качеств, переходящий в лигнит, как это можно видеть на существующих торфяниках.
Содержание
Состав
Как характер этого процесса, так и результат его, то есть получение углистого вещества, в обоих случаях позволяют сблизить торф и бурый У. Цинкен («Die Braunkohle und ihre Verwendung. Die physiographie der Braunkohle» 1867) сообщает интересные опыты Гепперта над образованием бурых У. Когда растительные вещества долгое время находятся под водой при доступе воздуха и при температуре 80°P. днем и 50° — 60°Р. ночью, то значительное количество их уже через год, а другие — через два года, испытывают такие изменения, что по внешним признакам не могут быть отличены от бурого У. Из классификационных признаков, по которым все ископаемые виды топлива распределяются в группы, возьмем наиболее важный — их состав, и так как реакция образования ископаемых У. сводится к выделению газообразных элементов клетчатки в виде H2О и СО2, причем отношение оставшихся (O + N)/H элементов все уменьшается, то примем это последнее за характеристику разных родов ископаемых У. и торфа. Тогда для клетчатки и продуктов, из нее происходящих, получим следующие средние (из многих опытов) цифры:
| С | H | O + N | (O + N)/H | |
| Клетчатка | 44,4 | 6,2 | 49,4 | 8,23 |
| Дерево | 50,0 | 6,0 | 44,0 | 7,3 |
| Торф | 58,0 | 6,0 | 36,0 | 6,0 |
| Бурый уголь | 70,0 | 5,0 | 25,0 | 5,0 |
| Каменный уголь | 80,0 | 5,0 | 15,0 | 3,0 |
| Антрацит | 95,0 | 2,0 | 3,0 | 1,5 |
Уже из этих цифр видно, что торф и бурый У., стоя рядом, ближе между собою, чем с соседними родами топлива, но более детальный разбор еще сильнее подчеркивает их аналогию в процессе углеобразования. Будучи такими двумя группами ископаемых, каждая из которых вначале мало отличается от клетчатки, а в конце близка к каменному углю (лигниту), обе эти группы содержат огромное число членов, очень разнообразных по составу и еще более различающихся по сумме всех других свойств. Так, есть сорта торфа, очень мало разнящиеся по составу от сфагнума — того мха, из которого они произошли, и, тем не менее, они по внешнему виду, цвету, излому, плотности и проч. представляют плотный темный торф, почти ничем не напоминающий сфагнума; совершенно так же (хотя в меньшей степени) бурые У. встречаются в таких разновидностях, которые по составу недалеки от дерева, а по остальным свойствам суть несомненные ископаемые У. Это показывает, что достаточно небольших изменений состава, чтобы физические свойства бывшего дерева или сфагнума радикально изменились. Поэтому — прежде чем определить род угля или торфа, надо хорошо взвесить все его свойства. Напр. у станции Добекиня (Либаво-Ром. ж. д.) есть торф такого состава: С = 38,4; Н = 7,2; золы = 6,68; O + N = 47,72; влажн. = 15,8 (В. Алексеев), а выключая золу и влажность С = 49,54; Н = 7,03; O + N = 43,53; (O + N)/H = 6,2. Торф этот имеет все внешние признаки спелого: он черного цвета, получает блеск при натирании и имеет большую плотность; между тем состав его при сравнении со сфагнумом (С = 49,88; Н = 6,54; O + N = 43,58) отличается от последнего только на 0,5 водорода, то есть он почти тожествен сфагнуму. Такого же рода факты наблюдаются и для бурых У. С другой стороны, есть сорта торфа, тождественные с лигвитом, и бурый У., близкий по составу к антрациту; так, французский торф из Bresles (дит. Уазы) имеет состав («Горно-Зав. Газ.», 1901); C = 59,53, Н = 7,44, O + N = 33,03 и отношение (O + N)/H = 4,4, то есть вполне подобен лигниту, а бурый (землистый) У. Вигау в Америки состава С = 80,21, Н = 6,3, O + N = 8,54 (Ржонсницкий) по малому отношению (O + N)/H подходит к антрацитам, а по содержанию углерода — к каменному У. Итак, торф и бурый У. похожи друг на друга теми широкими пределами, в каких изменениях состав их, давая место существованию разновидностей этих продуктов, подобных дереву и сфагнуму, с одной стороны, и каменному У., с другой. Ввиду вышесказанного, деление У. на две большие группы — бурых и каменных — довольно условно. По Цинкену, бурый У. вошел в технику только с XVI стол., то есть гораздо позже каменного, который в Европе известен с IX стол., а вошел в употребление с ХП стол. в Бельгии и с XIII стол. в Англии. Что касается состава, то Цинкен приводит средний состав бурого У. вообще и, кроме того, по сортам, то есть состав лигнита, землистого и смолистого угля (по Вейссу).
| От — до | Бурый У. в средн. | Лигнит | Землистый | Смолистый | |
| С | 55 — 77 | 63 | 48 | 56 | 60 |
| H | 3 — 5 | - | 1 | 2 | 3 |
| О | 26 — 37 | 32 | - | - | - |
| N | 0 — 2 | - | - | - | - |
| Воды (хим. св.) | - | 31 | 22 | 17 | |
Принимают, что ископаемый У. третичной системы — бурый, а более древних формаций — каменный. Средний состав органического вещества бурого У. из очень большого числа анализов таков: С = 68,1 %, Н = 5,5 %, O = 26,4 %. Здесь не приведен азот, количество которого бывает очень незначительно, не превосходит 2 %, а обыкновенно менее 1 %. Следовательно, (N + O)/H = 27,4/5,5 — 28,4/5,5 = 5,0 — 5,16, как и принято выше. Внешний вид бурых У., подобно составу и свойствам их, очень разнообразен, даже из одного и того же месторождения; различают:
- 1) У. светло-бурый, с ясными следами растительного строения (лигнит), твердый настолько, что он употребляется на поделки;
- 2) плотный с землистым изломом, легко растирающийся в порошок (землистый бурый У.);
- 3) твердый, блестящий, подобный каменному У. (смолистый бурый У.);
- 4) темно-бурый с жирным блеском, слоистого сложения (слоистый бурый У.).
Все эти различия параллельны разностям в химическом составе, который часто сильно отступает от среднего; так, максимум и минимум содержания С, Н, О в бурых углях таковы:
| C | H | O | |
| Maximum | 91,7 | 10,3 | 40,4 |
| Minimum | 53,3 | 3,5 | 3,6 |
К предыдущим разновидностям бурого угля относят иногда еще гагат черного цвета, без всякой структуры, с блестящим раковистым изломом (употребляется для мелких украшений) и другой вид гишер - гагат Кутаисской губ. с явственной древесной структурой, но так же легко обрабатываемый инструментами. Состав (в проц.) их таков (В. Алексеев):
| С | Н | N | О | Зола | (O + N)/H | Влажн. | |
| Гагат. (орган. часть) | 77 | 7,5 | 15,5 | 15,5 | - | 2,07 | - |
| Гишер | 69,00 | 6,08 | 0,73 | 23,09 | 1,1 | 3,3 *) | 6,58 |
*) Выключая О и Н воды.
Эту разновидность угля вернее отнести к каменным У., что и сделал проф. Алексеев для гишера. Присутствие Н, N и О в составе бурого У. в значительных количествах определяет отношение этого У. к накаливанию без доступа воздуха: образуется много летучих продуктов и остается кокс, редко когда спекающийся. В среднем, из бурых У. получается 42 % летучих продуктов и 58 % кокса, состоящего из 48 % У. и 10 % золы (Бунге). Количество золы от 1 % до 75 %. Уд. вес бурого У. колеблется 0,9 — 1,58, а средний можно принять 1,3. Зола бурого У. не содержит фосфора (отличие от торфяной) и иногда содержит S, даже в значительном количестве. Содержание воды в бурых У. доходит до 50 % (свежедобытый из затопляемых водою слоев), обыкновенно же, то есть после долгого лежания на воздухе, — не более 20 %. При высыхании бурый уголь выветривается и рассыпается в порошок, чему способствует содержание в нем серы в виде различных соединений, каковы серный колчедан, свинцовый блеск, медный колчедан, сернистый мышьяк, гипс, а также железный купорос, квасцы и т. д. Все эти вещества составляют случайные примеси бурого угля так же, как и кварц; наиболее обыкновенная из них — серный колчедан. Кроме того, в буром угле встречаются органические примеси: оксалит, медовый камень, янтарь, горная смола и т. д. и газы СО2 и N, а также СО и О в небольших количествах. Бурые угли легко окисляются на воздухе, что в больших массах угля может повести к самовоспламенению. Средний состав бурых углей с золой и влагой можно принять следующий:
- С — 56,8 %, Н — 4,2 %, N — 1,0 %, 0 — 22,0 %, золы и серы — 8,0 %, влажность — 8,0 %.
Такой состав вполне отвечает приведенному выше среднему составу органической массы бурых углей. Ему отвечает теплопроизводительная способность около 5280 единиц (вода жидкая) или 5010 (вода в парах), а органической массы — 6500 [По формуле Менделеева, см. ниже.]. Теплотворная способность органической массы торфа (спелого) 6451 (Алексеев) — следовательно, и тут между бурым углём и торфом полная аналогия. Влага и зола сильно понижают тепловой эффект У.; так, напр., сибирский У. (деревни Еловой) с содержанием С = 49,4, H = 6,04, золы = 7,92, серы = 0,45 и количеством влаги 23,98 % имеет теплотворную способность 4495 ед. т. (Алексеев); другой У. (дер. Антроповой), полный состав которого:
| С | H | Золы | O + N | Кокса | Влажности | Серы в угле |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 55,09 | 4,44 | 7,52 | 32,95 | 50,08 % | 10,9 % | 3,38 % |
дал по опыту 4844 ед. т. Уголь Троицкого завода с 16,7 % влажности и 15,2 % золы выделяет только 3902 ед. т.
Бурый уголь, подобно дереву, может быть подвергнут переугливанию как в кострах, так и в печах, но только тогда, когда он не содержит много золы и достаточно плотен. В кучах он дает до 40 % кокса; такие кучи выкладывают вокруг кирпичной трубы, назначенной для того, чтоб управлять тягою, для чего в основании кучи от трубы проведены каналы, а самая труба может быть сверху закрыта крышкой. Что касается до получения У. в печах, то отметим печь Ролля (табл. II фиг. 3), которая служит и для переугливания торфа. У. подвергается в ней сухой перегонке при температуре нагрева не выше 900 °C В 24 часа перерабатывается 20 — 35 гектолитр. У. (76 — 133 чтк.). Получаемый кокс имеет черный цвет, зернистую структуру, содержит 15 — 45 % золы и идет как топливо, на черную краску, как восстановитель в металлургии, для фильтров и как обесцвечивающий и дезинфекционный материал. Кроме кокса, получается газ, деготь и вода. Газ идет на нагрев реторт (состав его: СО2 = 10 — 20 %, CO = 5 — 15 %, CH4 = 10 — 24 %, Н = 10 — 30 %, H2S = 1 — 3 %, O = 0,1 — 3,0 %, N = 10 — 30 %, тяжелых углеводородов = 1 — 2 %). Вода имеет слабощелочную реакцию 2 — 3° Б., содержит аммиак; деготь уд. в. 0,820 — 0,950 при 35 °C состоит из твердых и жидких углеводородов, малого количества ароматических кислот и некоторых органических оснований, альдегидов и органических серосодержащих соединений. Он имеет темно-зеленую флуоресценцию и иногда сильно пахнет сероводородом. Деготь этот перегоняется вновь для получения парафина, креозота и др. продуктов. Перегонку [Такой обработке подвергается деготь в Саксонской Тюрингии.] ведут в кубах (из чугуна или котельного железа), вмещающих. 2 — 3 куб. метра дегтя (до 2/3 их объема) одним из трех способов: :1) под уменьшенным давлением;
- 2) под обыкновенным давлением;
- 3) перегретым паром.
В первом случае разрежение производят насосом, и к тому времени, когда перегоняется парафин, оно достигает 40 — 50 см ртути. Перегонка длится 6 — 7 часов и на 2000 кг дегтя идет 8 — 9 гектолитр. У. При перегонке с разрежением получается очень чистый парафин. Во втором случае под обыкновенным давлением перегонку ведут с известью в количестве до 1/2% от заливки; назначение извести поглощать H2S; перегонку ведут или досуха, и тогда кокс выламывается при охлаждении, или не досуха, и тогда остаток из разных кубов перегоняют отдельно еще раз. Перегонка длится 10 час., требует 10 гектол. У. на 1200 кг заливки (38 чтк. на 73 пуд.). 3) Перегонка с перегретым паром требует пара 3 — 4 атм. давления, в таком количестве, чтобы в дистилляте вода составляла около 1/10 по объему от погона.
Обыкновенный деготь 0,860 уд. веса дает при перегонке:
- 1) 30 % сырого легкого масла;
- 2) 64 % парафиновой массы;
- 3) 2 % так наз. красного продукта (последние порции парафинового погона);
- 4) 2 % кокса;
- 5) 2 % газов.
Легкое масло имеет темно-бурый цвет, уд. в. 0,85 — 0,86, пахнет сероводородом и кипит 100—350°С. Парафиновый погон (масса) имеет уд. в. 0,86 — 0,87, содержит 15 — 20 % твердого парафина, а остальное — тяжелое масло, которое по охлаждении и выделении парафина отпрессовывается от твердого продукта. Красный продукт уд. в. 0,9, прибавляется в куб к перегоняемому дегтю (содержит очень мало парафина); замечательно, что такая прибавка не увеличивает в дистилляте красного продукта. Кокс — идет как топливо или как материал, необходимый при электрических работах. Самый ценный продукт — парафин — получается из 2-го погона (парафиновой массы) и дистиллятов при его перегонке. Непосредственно из него, как мы видели, отпрессовывается первый парафин. Перегонкой тяжелого масла, отфильтрованного при таком прессовании, получается между другими погонами вторичная парафиновая масса и соляровое масло удельн. веса 0,875 — 0,885; последнее новой перегонкой дает еще погон, также содержащий парафин; масло, получаемое (после прессовки) из вторичной парафиновой массы, дает при перегонке третичную парафиновую массу. Из последней парафин собирается отдельно от двух предыдущих. Парафиновые погоны собирают в приемниках, охлаждаются (иногда искусственно до — 8 °C), и после кристаллизации парафин поступает в фильтр-пресс, где давление доводят до 2 — 3 атмосфер; получаемый продукт содержит 25 — 30 % масла, почему и подвергается новому прессованию в гидравлическом прессе до 100—150 атмосфер, после чего остается только 10 — 15 % масла. Получаемый сырой парафин имеет точку плавления 40 — 50 °C (в зависимости от погона — парафин первичной массы будет высшей температуры плавления). Чтобы иметь парафин высшей точки плавления, удаляют оставшееся в нем масло; для этого, после расплавления в кубе, в него пропускают водяной пар при 130—140°С. Иногда удаление масел из парафина ведется при помощи бензина (10 — 20 % от парафина), который затем отпрессовывается (200—240 атмосфер) и отдувается паром из расплавленной массы. Такой парафин имеет зеленовато-желтый цвет, для уничтожения которого парафин смешивают при нагревании до 80 °C с животным У. (остаток при производстве кровяной соли) в количестве 1 — 2 % и фильтруют через бумагу или пускают в фильтр-пресс. Подр. — см. Парафин. Другой ценный продукт буроугольного дегтя — креозот (см.) — получается из тех щелоков, которыми промывают жидкие дистилляты 1-й, 2-й и 3-й перегонки после очистки их купоросным маслом. Эти щелоки (раствор едкого натра) растворяют кислые и нейтральные вещества масел и, после трехчасового отстаивания, поступают в переработку на креозот. Для этого их смешивают со слабой серной кислотой, выделяющей органические вещества, которые, по отделении от щелока, подвергают перегонке, при чем и получают креозотовое масло уд. веса 0,94 — 0,95. Общее количество бурого У., перегоняемого в Саксонии (за 1899 г.), было 15107384 гектол. (считая 85 кг в гектолитре, получим около 1284 млн кг), получено дегтя 63618490 кг и почти столько же продуктов из него, а именно 63246005, то есть около 5 % от угля. Количество угля, израсходованного на все производство (топливо), было 6176442 кг, или менее 1/2%.
Брикеты из бурого угля
Начало производства брикетов в Германии положено было давно приемом формовки угольной пыли с глиной; влажную смесь разминали ногами и формовали в деревянных рамах. В настоящее время в Саксонии, Бранденбурге, Силезии и на Рейне на брикеты идет землистый бурый уголь, который прессуется машинами двумя способами: способом сухого прессования и способом влажного прессования. В первом случае, получаемый У. содержит 12 — 21 % влаги, а во втором 22 — 30 %; продукт сухой прессовки называется брикетом. Прессование повышает теплопроизводительную способность У. на 26 — 37 % для влажно-прессованного и на 39 — 66 % для брикета. Влажно-прессованный У. не выдерживает долгого пребывания на воздухе и перевозки (вследствие высыхания), тогда как брикет — и то и другое переносит легко. Фабрикация влажно-прессованного сорта производится машиной Гертель-Шмельцера, состоящей из двух пар дробящих валков и цилиндра для перемешивания, с подачей материала двумя винтами. Третий винт выводит готовую смесь из цилиндра в нагретый до 100° наконечник его, образующий форму, в которую и выдавливается (непрерывно) готовая масса; она тут же режется на кирпичи и идет в сушку. Уголь поступает из рудника с 40 — 60 % воды, приготовленный же кирпич, после 8 — 10 дней лежания в сушильных сараях, содержит 20 — 30 % воды; на 1000 шт. такого кирпича (составляющих одну тонну) надо 1,66 тонны У. (сырого). Машина дает 80000 штук ежедневно. Цена 1000 штук — 3 марки. Для производства брикетов У. из рудника раздробляется, высушивается, сжимается под большим давлением и формуется, при нагревании в кирпичи, причем смолистые вещества У., расплавляясь, служат цементом для массы; таких веществ бурый У. содержит от 3 до 30 %. На тонну сухого прессованного угля (брикета) нужно 2 1/4 тонны сырого У.; из этого количества 1/2 тонны идет на топливо и остальное (1 3/4 тонны) на брикеты. Все производство распадается на следующие операции:
- 1) сортировка при помощи грохотов и сит на три продукта: мелкий, идущий в сушку, средний, идущий на дробилки (как в предыдущем описании), и крупный, идущий прямо в продажу;
- 2) сушка производится в особых печах с автоматическим движением материала, помощью пара, нагретого воздуха или прямого нагревания; требуется совершенная тяга, сила которой регулируется сообразно материалу для сушки (тяга производится трубой или эксгаустером);
- 3) прессование производится в прессах, дающих 72000 брикетов в сутки (24 — 36 тонн) при сильном нагревании (пресс Экстера). Охлаждаясь, брикет успевает потерять несколько процентов своего веса; он должен быть хорошо охлажден ранее помещения в склад, иначе может начаться медленное самонагревание до раскаливания всей массы.
В 1900 г. было добыто бурого У.:
| На Аляске | 2300 тонн |
| В Сев. Дакоте | 120597 тонн |
| В Техасе | 940622 тонн |
| В Австрии | 21751794 тонн |
| В Венгрии (1898 г.) | 4516571 тонн |
| В Германии | 34000000 тонн |
| В Пруссии | 33750000 тонн |
Германские залежи на Рейне близ Кельна занимают 45 кв. миль, при средней толщине в 30 ярдов, что составляет запас бурого У. в три миллиарда тонн. Что касается до русских месторождений бурого У., то хотя они и многочисленны, но мало разрабатываются. Почти все количество бурого У., добываемого в России, дает польский каменноугольный бассейн. Немного дает подмосковный, еще менее восточносибирский, а затем следуют Киргизская степь и Кубанская обл. — Уральского бурого У. в статистических сведениях не значится («Сборн. статист. свед. о горно-зав. промышл. России в 1898 заводск. году», 1900). Приводим сведения о месторождениях бурого У. в России (по книге «Очерк месторождений полезных ископаемых в Европ. России и на Урале», изд. горн. деп., 1881) и о количестве добычи, где она показана (по выше цитированному сборнику).
1) Зап. склон Урала. Лигнит среди осадков новее палеозойских, напр. в Илимской даче, в послетретичных образованиях.
2) Вост. склон Урала. В третичных и юрских отложениях (сев. Урал), напр. на берегу р. Mиacca, в 35 вер. к В от Челябы; в Гороблагодатском и Богословском округах, в Каменской даче (третичной формации).
3) В южн. Урале на р. Елань-Губерли, в виде пропластков.
4) Юго-зап. и Зап. Россия. Лигниты есть в Киевской и Херсонской губ. (в эоценовых пластах); отсюда они тянутся в Курляндию и в долину Вислы, но в пластах более новых.
- а) Екатеринопольское месторождение (Звенигородского у., Киевской губ.) состоит из 2-х пластов, разделенных песчаником. Верхний пласт в 9 1/2 фт., нижний в 3 1/2. По площади оно захватывает несколько сот десятин.
- b) Журовское месторождение. Толщина пласта от 0,5 до 14 фт. Захватывает пространство в 3 вер. длины при ширине от 50 до 100 саж.
- с) Многочисленные месторождения Херсонской губ., напр. у села Балашова и Екатериновки, у дер. Карачуновки, недалеко от Кривого Рога, и в др. местах долины р. Ингульца.
- d) Волынской губ., у городов Вышневца (пласт толщиною 3 1/2 фт., прослежен на 3 вер.) и Кременца (пласт 4 1/2 фт.).
- е) Минской губ., в Полесье, на глубине 5 саж., пласт в 3 1/2 фт. по р. Припяти у г. Мозыря.
- f) Гродненской губ. на Немане.
5) Крым. Лигнит встречается около Феодосии (гагат), Судака, Балаклавы в юрских сланцах. Толщина пластов (у Балаклавы) 3 фт.; залегание в виде пластообразных гнезд.
6) Подмосковный бассейн. В Боровском у., по р. Наре (дер. Мельникове) и в Калужской губ., по р. Луже; У. находится тоже в виде гнезд; часто встречаются обугленные древесные стволы.
7) Привислянский край. Бурый У. залегает в третичной формации (Кейпер); но виду похож на смолистый, но по составу — бурый. Залежи у деревни Красна (Келецкой губ. и уезда) достигают 3 фт.; есть У. и в долине pp. Варты, Мостаницы и Черной-Пшемши, а также пропластками у Ченстохова. Месторождения вполне годные для разработки следующие: а) Петроковской губ. Бендского у. пласты до 8 фт. толщины; b) Келецкой губ. Олькушского у. — до 6 фт.; У. этот двоякого рода: один ясно древесного сложения, другой (смолистый) с раковистым изломом; с) Калишской губ. у г. Канина, близ Вислы, пласты до 4 саж.; d) Плоцкой губ., у г. Влоцлавска, пласты до 10 фт. Все эти месторождения находятся в третичной формации; е) Радомской губ., между городами Сандомир и Опатов, У. в виде тонких прослойков (юрской форм.).
Кроме того, бурый У. есть в Туркестанском крае, в Томском окр., в Тургайской обл., на Кавказе (по р. Риону Тквибульское месторождение в Имеретии), в Киргизской степи и в Приморской обл. Количество добытого бурого У. по бассейнам следующее (за 1898 г. «Стат. сборник и проч.»):
| Местонахождение | Добыто пудов | Цена пуда на копях, коп. |
|---|---|---|
| Подмосковный бассейн | 673858 | 3 1/2 — 7 |
| Киево-Елисаветгр. басс. Каменец, Волынской губ. | 30000 | 3 |
| Польский | 3344660 | - |
| Кавказский (Кубанская обл.) | 32950 | 3 — 9 |
| Тургайская обл., Акмолинский у. | 700 *) | - |
| Киргизская степь, Семипалатинская обл. | 91800 | - |
| 10000 **) | - | |
| Вост.-Сибирская обл. | 381000 | - |
| Итого в России | 4554968 бур. У. и 10000 пд. углист. сланца. | |
- *) При разведках.
- **) Углистого сланца.
Заметим, что каменного У. разных сортов в России добыто 692030095 пд. и антрацита 54775533 пд. Прикладывая сюда бурый У. и сланец, получим сумму всего ископаемого У. в 751370596 пд. Заметим, что Соед. Штаты в 1900 г. добыли ископаемого У. более 15 миллиард. пд., а всего на земном шаре было добыто (1899 г.) около 45 1/2 миллиард. пд. всякого ископаемого У. Бурого У. добыто на всем земном шаре почти 390 млн пд.
Торф. Состав, свойства и образование торфа
К ископаемым видам топлива относится и торф в качестве первого, самого молодого члена в том ряде, который, кроме торфа, заключает бурый и каменный У. и заканчивается антрацитом. Положение его определяется совершенно точно средним элементарным составом, как это видно из нижеследующей таблицы (Бунге):
| С | H | O + N | (O + N)/H | |
|---|---|---|---|---|
| Клетчатка | 44,4 | 6,2 | 49,4 | 8,23 |
| Дерево | 50,0 | 6,0 | 44,0 | 7,3 |
| Торф | 58,0 | 6,0 | 36,0 | 6,0 |
| Бурый уголь. | 70,0 | 5,0 | 25,0 | 5,0 |
| Каменный уголь. | 80,0 | 5,0 | 15,0 | 3,0 |
| Антрацит | 95,0 | 2,0 | 3,0 | 1,5 |
Тут рассматривается состав только органической массы торфа; последний столбец указывает отношение содержания кислорода и азота к водороду. По принимаемым ныне воззрениям, ископаемые У. образовались из папоротников (каменный У.) и хвойных деревьев (бурый У.) с примесью лиственных пород, что же касается торфа, то его образование легко проследить на существующих торфяниках: он происходит из болотных растений, между которыми преобладающую роль играют мхи. По Вебскому, сфагнум из Грюнвальдского болота, близ Берлина, летом, не считая золы (3,72 %), содержит углерода (в круглых цифрах) около 50 %, водорода около 6 1/2%, кислорода и азота около 43 1/2% и, след., имеет отношение (O + N)/H равным 6,7. Такой состав близок к составу дерева. Самый поверхностный обзор цифр приведенной таблицы заставляет уже подозревать генетическую связь между всеми видами ископаемого топлива; во всяком случае, доказано, что бурый У. и торф — это только стадии изменения органической массы, а отнюдь не окончательные формы различных по генезису видов ископаемых. На некоторых торфяниках можно встретить слои торфа, со всеми последовательными переходами от сфагнума до угля, подобного бурому, через прослойки более и более спелого и плотного торфа, причем эта масса иногда бывает прорезана насквозь ветвями или корнями деревьев, изменивших свой вид и структуру в такой же отчетливой последовательности, то есть от дерева до бурого угля. Нет никакой причины полагать, что каменный У. и антрацит не были звеньями этой же самой цепи, только — более поздними. В зависимости от того, насколько далеко пошла реакция образования торфа, различают сорта торфов разной спелости, которым отвечает и свойственный им состав. Приводимая таблица Вебского наглядно дает понятие о последовательном ходе торфообразования [Торф разных местностей; цифры округлены.]:
Состав органической массы.
| С | H | O + N | (O + N)/H | Зола | |
|---|---|---|---|---|---|
| Мох Грюнвальдского болота | 50,00 % | 43,5 % | 6,5 | 6,7 | 3,72 |
| Легкий торф из сфагнума (Гарц) | 50,9 | 43,3 | 5,8 | 7,0 | 0,57 |
| Рыхлый красно-бурый | 53,5 | 40,6 | 5,9 | 7,0 | 5,33 |
| Бурый тяжелый | 56,4 | 38,3 | 5,3 | 7,2 | 8,13 |
| Черный торф | 59,7 | 34,6 | 5,3 | 6,5 | 12,56 |
| То же | 60,9 | 32,9 | 6,2 | 5,3 | 4,61 |
| Бурый тяжелый | 62,5 | 30,7 | 6,8 | 4,5 | 1,09 |
| Очень плотный черный | 63,9 | 29,6 | 6,5 | 4,6 | 2,70 |
В числа первых 4-х столбцов не входит зола и гигроскопическая вода, а только органическое вещество торфа. Числа ясно указывают, что торф, по мере своего поспевания, делается богаче углеродом и беднее кислородом (содержание азота в отдельности, во взятых примерах, не превосходило 2,6 % и подвергалось неправильным колебаниям). Столбец, дающий отношение (N + O) к водороду, в общем, показывает, что содержание водорода убывает менее быстро, чем (N + О), и кроме того, что оно подвергается также колебаниям, не представляющим правильности. Средний состав органической массы торфа, выведенный из многочисленных анализов образцов разного происхождения и разной спелости, по Бунге, следующий:
| Углерода | 57,7 % |
|---|---|
| (N + O) | 36,3 % |
| Водорода | 6,0 % |
| (N + O)/H | 6,5 % |
При этом, содержание углерода колеблется от 46,8 до 64,1, водорода — от 3,6 до 7,4 и кислорода с азотом — от 27,5 до 55,3. Разложение растений, дающее в результате торф, должно совершаться или совсем без доступа воздуха, или только при незначительном его притоке. Условие это выполняется лучше всего в местах низких, где преградою воздуху служит стоячая вода; растительность, развивающаяся в таких водах, обыкновенно идет в следующем порядке: водоросли, мхи (Sphagnum Hypnum), а затем уже и многочисленные виды других растений; кроме трав, образующих дерн, здесь встречаются: осока, камыш, ситник, хвощи, ива, карликовая сосна; кроме того, участвуют в торфообразовании и такие виды, как мята, брусника, черника, клюква, дрок и даже грибы. Рассматривая вышеприведенную таблицу, можно уже сделать заключение об общем направления хода торфообразования: ближайшие к моховой покрышке слои (как легкий торф) показывают, что подводное разложение мха пошло в сторону увеличения % углерода и уменьшения % водорода. Такой результат получился, вероятно, путем выделения воды и легких углеводородов. Что разложение идет тут без или при малом доступе воздуха, это — несомненно, но представляет ли это разложение род сухой перегонки при низкой сравнительно температуре, или в этом процессе, может быть, участвуют микроорганизмы, — это не выяснено еще с точностью. Д. И. Менделеев, высказываясь о различии реакции, идущей при образовании чернозема из сухопутных трав, с одной стороны, и торфа из болотных растений — с другой, допускает вероятность деятельности различных микроорганизмов в этих двух случаях; если это так, то тогда торфообразование будет иметь черты общие с брожением и взгляд на него будет существенно дополнен. По-видимому, такое воззрение не противоречит и соображениям проф. В. Ф. Алексеева, что отличие аморфного торфа (то есть спелого, потерявшего растительную структуру) от бурого У. имеет тот же характер, как вообще различие между водной и безводной формой такого соединения, в котором вода соединена химически. Реакция высыхания торфа не есть простое испарение воды, что видно уже из того, что она необратима, то есть из сухого торфа (спелого) с водой нельзя получить обратно пластическую торфяную массу. Так как такое высыхание торфа может происходить при обыкновенной температуре, то торф, при соответствующих условиях (напр., находясь в прикосновении с пластами известняка), и переходит в свою безводную форму — в бурый уголь. В связи с этим важно замечание, сделанное выше, что самая реакция торфообразования идет с выделением воды. Продолжая рассмотрение вышеприведенной таблицы в связи с наблюдениями над образованием торфа, замечаем, что после первой фазы, характеризующейся выделением углеводородов и воды, наступает фаза последующая, когда в остатке замечается одновременное уменьшение водорода и кислорода; затем уменьшение кислорода в остатке идет непрерывно до конца, а убыль водорода почти останавливается, и процентное содержание его в торфе становится постоянным. Это показывает, ввиду постоянной убыли кислорода, что водород почти не выделяется, а под конец (последние три торфа) замечается даже увеличение % водорода и его выделение превращается совершенно. Уменьшение кислорода, в связи с неизменностью количества водорода, ведет к заключению, что в этой фазе торфообразования выделяется углекислота. По Вебскому, когда усиливается развитие углекислоты (две последние строки таблицы) и начинается быстрое увеличение содержания С и Н, то остаток начинает совершенно терять характер торфа и принимает вид бурого У. Это происходит около того времени, когда содержание углерода пойдет до 60 %, водорода до 6 % и кислорода до (около) 34 %. Во время всего этого процесса содержание азота не меняется. Скорость образования торфяников, то есть количество торфа, образующегося за год, по-видимому, различно в разных условиях. Цифры, приводимые разными авторами, сильно колеблются, напр., от 0,6 метра до 3,3 м в столетие. Д. И. Менделеев, приняв цифру в 1 м для 30 — 40 лет, приходит к заключению, что торфяники дают прирост топлива больший, чем лес, при одинаковой поверхности, занимаемой тем и другим. Отсюда понятна возможность и выгода культуры торфяников в качестве источника горючего. Рассмотрев реакции торфообразования, перейдем к роли неорганических веществ в том же процессе. Количество золы в торфе бывает очень различно; из приведенной выше таблицы видно, что, например, торф с Гарца содержал только 0,57 % золы, тогда как один черный торф — 12,56 %; это объясняется тем, что первый образец взят на высоте 2500 фт., где содержание пыли в воздухе (что имеет влияние на золу) менее, чем на местах низких. Красно-бурый торф содержал 5,33 % золы; темно-бурый 8,13 %; черный 12,56 %. Числа эти увеличиваются по мере спелости торфа, но главная причина увеличения их лежит не в одном этом; так, плотный (спелый) черный торф содержал 4,61 % золы, а бурый плотный с Гарца и очень плотный черный Рейхсвальдский имели, соответственно, 1,41 % и 1,7 %. Ниже увидим, что причина таких различий зависит от состава вод торфяника. Содержание золы в торфе может доходить до 50 %. Помимо практического значения отрицательного характера, зола в торфе имеет особое значение как элемент, участвовавший в развитии растительного покрова торфяника. Не вдаваясь в подробности, отметим главное. Торфяная зола сильно зависит от состава тех вод, на которых происходит торфообразование. Сравнивая золу торфа с золою растений, его образовавших, получили следующие общие выводы: зола торфа всегда очень бедна щелочами и особенно солями калия; содержание в ней растворимой кремнекислоты гораздо менее, чем в золе растительного покрова; молодые легкие торфа беднее фосфорной кислотой, чем самые растения, давшие им начало; напротив, старые слои торфа богаче ею, чем покров растительности. Эти факты допускают предположение, что торфообразование сопровождается отделением растворимых от нерастворимых минеральных составных частей, причем первые, переходя вновь в воду, служат для питания последующих генераций растений, образующих новые слои торфа. Этот круговорот идет непрерывно, пока совершается торфообразование, то есть пока, напр., торфяник не выступит над водой, и развившаяся на нем сухопутная флора уже не возвратит поглощенных солей, дав в результате перегной, а не торф. Нерастворимые соли остаются в торфе, и чем он спелее, то есть чем более подверглась разложению органическая масса, тем торф более богат такими солями. Приводим числа Вебского для золы трех слоев, лежащих один за другим (Грюнвальдский торфяник близ Берлина):
| Кали. | Натр. | Фосфорн. кисл. | |
|---|---|---|---|
| Свежий мох | 13,04 | 6,36 | 4,12 |
| Молодой торф | 0,44 | 0,23 | 1,17 |
| Старый | 1,08 | 1,17 | 2,05 |
Приведем еще полный состав золы торфяного мха и торфа, как подтверждающий соображение о том, что растворимые соли почти не попадают в торф, а нерастворимые в нем остаются:
| Зола торфяного мха | Зола торфа | |
|---|---|---|
| Кали | 8,016 | 1,9300 |
| Натр | 1,838 | 0,9916 |
| Хл. натр | 19,921 | 0,0586 |
| Известь | 3,167 | 31,0793 |
| Магнезия | 4,919 | 2,1080 |
| Окись железа | 6,346 | 15,0687 |
| Глинозем | 5,889 | 33,9355 |
| Фосфорная кисл. | 1,060 | 4,4463 |
| Серная кислота | 4,334 | 6,8302 |
| Кремневая кисл. | 41,689 | 3,5524 |
| Потеря | 2,821 | 0,0000 |
| 100,00 | 100,00 |
Отсюда видно, что, напр., хлористый натрий и кремневая кислота не остались в торфе, а перешли в воды торфяника, тогда как глинозем, окись железа, известь остались в составе торфа. Свойства торфяной золы, как сказано, зависят не только от состава воды, но и в сильной степени от той пыли, которая приносится воздухом. Начиная с содержания 25 % золы, торф уже не представляет выгодного горючего. Торф средних качеств содержит до 10 % золы, а хороший не более 5 %. Весьма важно также для целей отопления знание содержания в нем воды. Влажность зависит от способов сушки, обработки и сохранения торфа. Торф, не прессованный и не пропитанный искусственно посторонними ему веществами (вроде, напр., нефти), после сушки на воздухе содержит 20 % — 30 % влаги. В безвоздушном пространстве теряется от 2 % до 7 % влаги, а остальное только около 110°. Сухой торф на воздухе поглощает влагу до содержания ее в 11 % — 12 %. Прессованный в горячем состоянии содержит около 5 %. Наибольшей гигроскопичности торф достигает при + 10 °C Кроме гигроскопичности, следует различать еще водоемкость, то есть наибольшее количество воды, которое может удержаться в торфе при пропитывании его водою. Водоемкость чистого мохового торфа 212 % (от веса сухого торфа) и 164 % для бурого торфа с 6,6 % золы; водоемкость тем менее, чем спелее торф. Поглощение аммиака подчиняется тому же правилу; сухой торф уд. веса 0,11 поглощает 12 объемов аммиака; влажный — более. Помимо влаги и золы, следует еще знать, для характеристики данного торфа, количество кокса, который он может дать при накаливании в закрытом пространстве, так как торф не может быть прямо употребляем при металлургических процессах (не говоря, конечно, о генераторах). В среднем, торф, по весу, дает 35 % кокса; крайние пределы — 19 % — 52 %. Выход зависит от способа коксования или переугливания торфа; так, напр., в кострах получается угля 30 % по весу, или 60 % по объему, от взятого торфа; в печах получают 50 % по весу, или 76,5 % по объему (печи с внутренним нагревом). Удельный вес получаемого кокса хотя и зависит от уд. веса взятого торфа, но изменяется в гораздо более тесных пределах: так, взяв торф уд. веса в 0,26 (легкий) и 0,64 (прессованный), получим кокс в пределах 0,24 — 0,38; есть указания, что и для очень плотного (прессованного) торфа (около 1,2 уд. веса) получается кокс, уд. вес которого находится в тех же пределах, какие даны выше. Вес 1 куб. саж. торфа зависит, конечно, от его уд. веса. Очень легкий торф (уд. веса 0,113) будет весить около 70 пд.; торф (столовый) средних качеств около 180 пд., очень плотный спрессованный (уд. вес = 1,2) до 700 пд.; напр., спрессованный ириновский брикет весит 600 пд. (Бунге). Что касается до уд. веса торфа, то он зависит в естественном его виде (то есть не прессованный и вообще не обработанный искусственно) от возраста, количества золы, степени влажности и рода торфяника. Рассматривая три сорта торфа (см. ниже): волокнистый, землистый и смолистый, можем принять для их удельных весов следующие пределы (В. Алексеев).
| Волокнистый | 0,113 — 0,676 |
| Землистый | 0,410 — 0,900 |
| Смолистый | 0,620 — 1,030 |
Понятно, что эти цифры выражают так назыв. кажущийся уд. вес, то есть уд. вес торфа со всеми промежутками и пустотами, а не самой торфяной массы. Распространение торфа в качестве топлива тормозится многими обстоятельствами, из которых главное — дешевизна других родов топлива (дерева — у нас, каменного угля — в Зап. Европе и Сев.-Ам. Соед. Штатах); но помимо этого, добывание, обработка и все операции, придающие торфу необходимые качества хорошего топлива, могут в результате давать продукт все-таки разных свойств, в зависимости от тщательности работы, совершенства приемов, качества машин и т. д. Эти обстоятельства также стесняют и распространение торфа. Окончательной характеристикой торфа может быть только цифра его теплопроизводительной способности. Помимо опыта, что лучше, но не всегда возможно, теплопроизводительная способность может быть вычислена на основании химического состава образца. Для таких вычислений лучше всего пользоваться формулою Д. И. Менделеева, относящейся до всяких видов топлива (дерево, торф, каменный У., нефть) и дающей числа весьма близкие к опыту. В этой формуле количество тепла Q выражается в зависимости от процентного состава топлива. Если с, h, о, s выражают содержание (в процентах) углерода, водорода, кислорода и серы, то количество развиваемого тепла будет:
Q = 81 с + 300 h — 26(о — s).
Напр., для чистого углерода (h, о, s равны нулю), с = 100 и Q = 8100, для водорода Q = 30000, и т. д. Коэффициенты этой формулы выведены из опыта для большого количества разных родов топлива, причем для водорода, напр., цифра не равна той, какая получается для свободного водорода (около 34500), потому что в твердом топливе водород уже потерял свою упругость, след., выделил часть своего тепла [Произведение из частичного веса на скрытое тепло испарения равно около 9000. Частичный вес H равен 2, след. на ед. водорода, при сгущении его в жидкость, должно выделиться около 4500 ед. тепла, а тогда при горении такого водорода получится не 34500, а около 30000 ед. тепла (Менделеев).]. В частности, для различных сортов торфа эта формула дает прекрасные результаты: так, по определению П. М. Чельцова, ириновский (близ Петербурга) торф состава с = 56,48, h = 5,56, s (горючей) = 0,06, n (азота) = 1,40, золы 4,33, влаги 5,11 и кислорода, по разности, 27,06, развивает 5660 единиц тепла, формула же дает 5541. Вычисляя по этой формуле теплопроизводительную способность органической массы торфа (то есть без золы и воды), проф. Алексеев дает следующие цифры:
| Спелый торф | Обыкновен. торф | Неспелый | Самый легкий | Мох | |
|---|---|---|---|---|---|
| С | 63,13 | 60,2 | 57,40 | 53,0 | 51,52 |
| H | 6,64 | 5,8 | 5,76 | 6,03 | 6,44 |
| (O + N)/ H | 4,54 | 5,8 | 6,4 | 6,7 | 6,5 |
| Теплопроизв. способн. | 6451 | 5758 | 5457 | 5036 | 5040 |
| Цвет | Темно-шоколадный | Шоколадн. | С ясными остатками растений | Темно-охряно-желтый | Серый |
Относительно формулы Д. И. Менделеева следует иметь в виду, что вес воды (при вычислении тепла) берется в тех же единицах, как и топливо, и что вода при горении предполагается обратившейся в жидкость; последнее условие практически неудобно — вода удаляется всегда почти в виде пара; чтобы ввести это обстоятельство в вычисление следует подставить
- Q = Q' + 600aq
где aq - количество воды в ед. топлива, a Q' количество отделяемого тепла при новых условиях (вода в виде пара); очевидно Q' < Q. Правильнее давать цифры теплопроизводительной способности не для органической массы, а прямо для данного вида топлива (торфа, каменного У. и проч.), с золой и влагой. Такие цифры имеют большое значение для практики, так как по ним, главным образом, определяется цена торфа (или другого топлива). Часто, для этой цели, дают цифру теплопроизводительной способности не в калориях, а в количестве пара (известной температуры, в зависимости от его давления), какое единица по весу рассматриваемого топлива может произвести при полном сгорании. Содержание золы и влаги сильно понижает пирометрический эффект топлива, как это показывает следующая таблица (Бирнбаум):
| 100 частей | Полезный тепловой эффект одного кг топлива (колич. кг пара) температуры 112,5 °C *) из воды при 0° производимого одним кг топлива. | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Сухого топл. содерж. золы | Топлива содержат воды | С водой и золой | Без воды | Без золы и воды | |
| Торф | 10,0 | 25,0 | 3,66 | 5,22 | 5,80 |
| " | 10,5 | 25,0 | 3,65 | 5,19 | 5,80 |
| " | 8,2 | 25,0 | 3,65 | 5,07 | 5,52 |
| Бурый У. | 14,0 | 28,0 | 3,92 | 5,84 | 6,91 |
| Каменный У. | 10,0 | 3,0 | 7,83 | 8,10 | 9,26 |
| " " | 10,0 | 3,0 | 6,70 | 6,90 | 7,88 |
| Сосна | 0,6 | 15 | 4,19 | 5,11 | 5,14 |
| Сосновый У. | 2,0 | 10 | 7,04 | 7,93 | 8,09 |
| Торф. У. (зав. Эллиот) | 3,0 | 5 | 7,08 | 7,50 | 7,73 |
*) Пар отвечает давлению около 1 1/2 атмосферы.
Отсюда видно, что зола и влага могут понизить тепловой эффект очень значительно; так, в приведенных примерах торф при 25 % влаги проигрывает до 2,2 на 5,2 единиц, или более 42 % тепла. Приведем примеры русского торфа.
1) Торф из имения графа Зубова (Либаво-Роменской жел-дор., ст. Добекиня) черный, плотный, при натирании блестящий, содержит (В. Алексеев):
| Влажность | С | H | O + N | Золы | Кокса. |
|---|---|---|---|---|---|
| 15,8 | 38,4 | 7,2 | 47,72 | 6,68 | 22 % |
Несмотря на плотность и внешний вид, характерен по близости своего состава к сфагнуму; дает много газа и смолы и очень мало кокса. Это — типичный пример неспелого торфа с большим содержанием водорода и малым углерода.
2) Ириновский торф (торфяники близ Петербурга). По анализам Чельцова и Алексеева, пласт этого торфа не однороден. Образцы ириновского торфа:
| I | II | III (брикет) | |
|---|---|---|---|
| С | 56,45 | 64,24 | 56,48 |
| H | 6,73 | 7,66 | 5,56 |
| O + N | 33,37 | 0,75 (одного азота) | - |
| Золы | 3,44 | 2,82 | 4,33 |
| Влажности | 7,14 | ? | 5,11 |
| Теплотв. спос. | 5737 | 6971 | ? |
3) Торф Кудыкинского болота Владимирск. губ. (I) и веневский, Тульской губ. (II и III):
| I | II (плотный) | III (рыхлый) | |
|---|---|---|---|
| С | 59,1 | 46,8 | 46,66 |
| H | 5,5 | 5,54 | 5,72 |
| О | 28,5 | 10,88 | 9,40 |
| N | 1,7 | ? | ? |
| (O + N)/H | 5,5 | ? | ? |
| Золы | 5,2 | ? | ? |
| Влаги | ? | 7,60 | 9,35 |
| Теплопроизводит. (вычисл.) | 5758 | ? | ? |
| Кокса | ? | 37,5 | 34,45 |
4) Торф Вышневолоцкого у., Тверской губ. (очень молодой, близок к сфагнуму): С — 35,67, H — 7,49, золы — 1,85, влаги — 30,85, кокса — 20,83, теплотв. спос. — 5036.
Так как цена горючего зависит от количества единиц развиваемого им тепла, то представляет большой интерес определение стоимости, напр., 1000 единиц тепла, получаемого от разных родов топлива. Такие цифры приводит профессор Алексеев в виде следующей таблицы:
| Дрова | Нефть | Прессов. брикет из Ириновки | Столовый торф средн. качества | |
|---|---|---|---|---|
| Вес 1-го кубика | 230,2 | 545,4 | 600 | 180 |
| Цена 1-го пд. | 13,4 *) коп. | 36 коп. | 20 коп. | 5 коп. |
| Теплотворн. спос. | 3551,4 | 9870 | 4420 | 3580 |
| Стоимость 1000 ед. теплоты | 3,66 коп. | 3,65 | 4,52 | 1,38 |
*) 30 руб. за куб. саж. Принято, что трехполенная сажень дров = 0,75 кубической.
Отопление торфом
При отоплении торфом принимаются во внимание его особенности (отличие от дров), как-то: большее содержание золы и способность размельчаться при горении — отсюда необходимость соответствующих колосников. Торф не содержит серы, что очень важно в особенности для металлургии. Большая разница в удельном весе разных родов торфа (от 0,3 до 1,3), требуя различного устройства топок, составляет одну из причин, почему в промышленности удобнее оказалось пользоваться генераторами для торфа, чем прямо сжигать его. При этом нужно в особенности следить за сухостью материала, так как влага сильно понижает пирометрический эффект торфа. По Шеферу, состав генераторного газа из торфа, в % по весу, таков: азота 63,1 %, окиси углерода 22,4 %, углекислоты 14,0 %, водорода 0,5 %. Так как идеальный генераторный газ, из чистого У., должен быть состава СО — 34 % и N — 66 %, то отсюда видно, что газ из торфа, содержа 14 % СО2, далек от идеала. В этом отношении торф ближе к дереву, чем к коксу и древесному У. По температуре, развиваемой при горении, он тоже ближе к дереву, чем к углям. Если взять для горения торф состава 48 % С, 5,4 % Н, 26,6 % О, с 18 % влажности и 2 % золы, то он разовьет 4430 ед. тепла, и температуру его горения легко вычислить, зная среднюю теплоемкость продуктов горения; ниже показано, как вычислить эту последнюю, теперь же примем ее равною 0,25. Температура вычисляется как частное от деления количества развиваемого тепла на произведение из количества продуктов горения и их средней теплоемкости. На ед. взятого торфа приходится 0,48 °C и, след., получится 1,76 СО2; из 0,054 H получится 0,486 воды, а так как в составе торфа есть 0,18, то всей воды будет 0,666. Для вычисления азота в продуктах горения заметим, что в воздухе его в 77/23 раза более, чем кислорода, а так как кислорода пошло 1,28 (в CO2) + 0,432 (в Н2О) — 0,266 (в составе торфа) = 1,446, то, след., азота будет 1,446 77/23 = 4,841. Кроме того, для усиленности горения, необходим двойной объем воздуха, след., в продуктах будет еще 4,841 азота и 1,446 кислорода, то есть 6,287 воздуха. Все количество продуктов горения, считая и золу, равно:
- 1,760 + 0,666 + 4,841 + 6,287 + 0,020 = 13,574.
Для вычисления средней теплоемкости этих продуктов надо взять сумму произведений из веса продуктов на соответствующие теплоемкости и это произведение разделить на 13,574 — получим, в данном случае, 0,24903; мы приняли выше 0,25. Количество развиваемого тепла принято 4430, предполагая воду, происходящую при горении, в жидком виде. Но так как вода на самом деле будет в парообразном состоянии, то из этой цифры надо вычесть все тепло парообразования для 0,666 частей воды, или, в круглых цифрах, 0,666 × 600 = около 400 ед. т. Вычитая, имеем 4030 ед. т., и, деля эту цифру на 0,25 × 13,574 (где 0,25 средняя теплоемкость, а 13,574 вес продуктов горения), получим температуру горения t:
- t = 4030/(0,25 × 13,574) = 1180 °C
Этот расчет дает ту наибольшую температуру, какая была бы достигнута, если бы все тепло шло на нагревание только продуктов горения; но этого нет на самом деле, так как часть тепла теряется стенками печей и, след., последние должны быть нагреваемы непрерывно; другая часть уходит в виде лучистого тепла прямо из пространства, где совершается горение, и тоже, след., расходуется непрерывно. Но, кроме того, на температуру влияет еще количество притекающего воздуха, его температура, степень влажности его и горючего, температура последнего и т. д., наконец, горение обыкновенно идет так, что часть продуктов разложения топлива не сгорает, углерод окисляется частью в СО и т. д. Все эти обстоятельства влияют в сторону понижения температуры горения.
Разведка, ocyшeниe и разработка торфяников.
Исследование болот на присутствие торфа ведут при помощи буравов или зондов, которыми вынимают пробы с любой глубины. Упрощенный вид зонда употребляют крестьяне-кустари, занимающиеся добычею торфа: он представляет палку с надрезами, заостренную на конце; в надрезах остается торф, по которому и судят о качествах залежи. Если видны остатки растений — торф волокнистый; если при сжатии сырой массы рукою она легко проскальзывает вместе с водою — торф хорош в смысле спелости; если остаток в руке темен и тестообразен — торф тоже хорош; жесткая масса серого цвета — торф хуже; если же остаток бел и вода чиста — торф плох, хотя тогда это может оказаться моховой подстилкой высокого качества. Зонд, при умелом пользовании, покажет и прослойки наносов между слоями торфа и таким образом даст необходимые для эксплуатации сведения. Кроме зонда, торфяник исследуется ямами, рытье которых дает уже более детальные указания на свойства торфа, на источники воды, то есть присутствие или отсутствие ключей (через них проводятся канавы для осушения болот), и, след., на размеры водоотливных средств, необходимых при разработке. Пробами торфа определяется усадка его при сушке и вопрос о том, как лучше разрабатывать торфяник — на резной или формованный торф. Необходимо также определить содержание золы и влаги, для чего иногда устраивают особые камеры и печи [При больших разработках, как, напр., у Московско-Нижегородской жел дор.]; разделив болото на прямоугольники и опуская зонд по углам их, определяют глубины торфяника в этих точках, после чего выводят среднюю глубину, а по ней и по площади торфяника вычисляют запас торфа. Добыча торфа из сухих и вымерших торфяников и из неглубоких котловин производится без осушки; но большие торфяники, со значительным количеством воды, требуют осушающих канав, которыми удаляется мешающая работе вода, вследствие чего уплотняется самый торф и увеличивается та площадь, где может вестись сушка торфа, отвозка его и т. д.; тем не менее, осушка торфяника не должна превосходить необходимого предела, иначе торф уплотняется до того, что трудно режется лопатою, и качество верхнего слоя торфа ухудшается. Воды нужно оставлять столько, чтобы в случае приготовления мятого торфа (особенно если торф не из самых спелых) ее не пришлось вновь прибавлять. Для осушки болот необходима нивелировка местности и знание всей воды, какую необходимо отвести канавами, то есть воды дождевой, воды источников, питающих болото и запаса воды, имеющегося в болоте; этим определится и площадь сечения, а следовательно, и глубина канавы. В слабом грунте стены канав защищаются креплениями из столбов и досок (больверк) или, вместо досок, фашинника; иногда такие крепления приходится вести и в самом торфяном пласте. Достаточным уклоном для канав считается 3 — 5 вершков на 100 саж.; при уклоне в 1 врш. канава заплывает, при 5-вершковом — размывается быстрым током воды; уклон по всей длине канавы должен быть одинаков: разному грунту отвечает разный уклон; так, для болота в 1000 и более десятин одной канавы недостаточно — их ведут несколько. Кроме главных, нужны вспомогательные — идущие от первых к краям болота. Осушке подвергается только та часть болота, которая эксплуатируется, иначе торф портится, а главное — усиливается опасность пожара. Для предохранения торфяника от промерзания запруживают главную канаву еще с осени. Если вода не может быть отведена канавами, то прибегают к водоотливным машинам; иногда машины только продолжают работу канав, а также передают воду из одной части болота в другую, где ощущают ее недостаток. На небольших болотах достаточно простых насосов, иногда даже ручного изделия, но при значительной площади торфяника прибегают к центробежным насосам и архимедову винту. Большие насосы требуют постановки срубов (колодцев) для предохранения их от заплывания. Канава по стоимости ложится от 5 до 40 руб. на десятину, или несколько копеек на куб. саж. сухого торфа; отливка машиною обходится в 10 — 50 коп. на куб. саж. Кроме этих двух приемов отливки, воду удаляют еще буровыми скважинами; это производится тогда, когда под дном болота, за водонепроницаемым слоем лежит песок и гравий, не несущий воды. При неглубоких (водонепроницаемых) слоях вместо буровой скважины роют колодец, который заполняют камнем и фашинами (против заплывания), и к этому колодцу проводят главную канаву; если же слой толст, то ведут буровую, в нее вставляют деревянную или железную трубу, верхний конец которой должен быть ниже того уровня, до которого надо осушить болото. Результатом осушки является оседание торфяника на 1/4 до 1/3 его толщины, ускорение химического процесса торфообразования (верхний моховой слой уменьшается), уплотнение торфа и параллельное изменение цвета его. По прошествии некоторого времени меняется и растительный покров — являются сухопутные травы, а затем ольха, береза и т. д. Если покров был до осушки только моховой, то другая растительность на нем развивается с большим трудом. Разработке торфяника предшествует плинтовка болота, состоящая в удалении пней, корней, кочек, засыпании ям и т. д. Сюда же относится и важная работа удаления верхнего, живого — мохового покрова — очеса — на глубину 6 — 8 врш.; им выравнивают ямы, излишек складывают в кучи или равномерно разбрасывают по торфянику. Об употреблении этого очеса на подстилку сказано ниже. Во время работ, по мере зарастания болота лесом, он выкорчевывается (лет 8 — 10). Плинтовка делается два — три раза и обходится 30 — 60 р. на десятину, требуя иногда до 140 чел. (тоже на десятину). Выемка торфа может начинаться как с высокой, так и с низкой части болота; обыкновенно она ведется вдоль главной канавы с таким расчетом, чтобы не дать окраинам пересохнуть. Для годовой выемки в 100 куб. саж. сухого торфа надо добыть от 200 до 600 куб. саж. сырой массы, что при глубине 2 арш. составит площадь 300—900 кв. саж. или от 1/3 — 3/8 дес. Сушка производится на месте и занимает часть болота, а именно на 1 кв. саж. помещается 50 — 60 плиток (7 × 3 × 2 1/2 врш.); когда складывают в клетки, то 1 куб. саж. торфа (дающая 4000 плиток) займет 50 — 80 кв. саж. и, следовательно, годовая выработка в 100 куб. саж, займет от 2 до 3 1/3 десятин. Эта площадь обыкновенно выходит вдвое менее, так как удается высушивать две партии плиток за лето.
.jpg)
1. Машина Бржозовского для вырезки торфа. 2. Устройство ее ножей: А — план. В — боковой вид. 3. Станок для приготовления столового торфа. 4. Устройство дробителя в машине Шликейзена. 5, 6 и 7. План, поперечный и продольный разрез машины для прессовки торфа Шликейзена.
Резной торф
Вырезка торфа может производиться вручную, плугом или машинами, но под тем условием, чтобы торф был волокнистый, связный, не рассыпающийся. Ручная вырезка ведется плоскими лопатами котельного железа, наваренными сталью, или деревянными со стальной насадкой, таких размеров, чтобы удобно было вырезывать плитки (7 × 3 1/2 × 2 врш.); для подрезывания плиток, то есть отделения их от торфяника, употребляют иногда лопаты с коленчатой ручкой; надрезы делаются вертикальные или наклонные, что отвечает двум системам выработки. Иногда употребляют лопаты с острым краем, загнутым под прямым углом (крылом), так что сразу делаются два надреза: вертикальный и горизонтальный; эта форма хороша для слабого торфа, требующего осторожности при выемке. При глубоких торфяниках (более 2 1/2 арш.) выработку ведут уступами, снимая сначала слой около 1 1/2 арш. сверху и в образовавшейся выработке начиная новую вглубь тем же приемом. Для спуска воды по дну выработки ведут канаву или отливают воду черпаком. Артель из двух резчиков, при двух лошадях с проводниками и двух кладчиках, вырабатывает 12 тыс. плиток в день, полагая, что отвозка ведется не далее 100 саж. от места выработки. Плитки складываются в клетки, высота которых зависит от связности (крепости) торфа; клетки делают в 3 и до 25 плиток. Размеры плиток при резке зависят от времени и успешности их сушки; на севере (Царскосельский у.) они успевают высохнуть за лето только при толщине и ширине 2 1/2 × 2 1/2 врш., а на юге (Воронежской губ.) можно давать размеры 3 × 4 × 4 врш.
Вырезка плугом (по способу Сафонова) употребляется там, где короткое лето требует быстрой работы. Плуг снабжается резцами требуемой формы, которыми торфяник и режется параллельными линиями; работа ведется осенью, и только весною другим плугом с отвалами торф надрезывается линиями, перпендикулярными к первым, в то же время подрезывается и отваливается. В лето снимают слой в 3 вершка, то есть один ряд плиток (Ирбитский завод Пермской губ.). С десятины получается до 60 куб. саж. сухого торфа, причем требуется два дня для осенней и два для весенней работы, при 3-х рабочих (пахарь, погонщик и рабочий). Для вырезки машинной употребляется торфорезка Бржозовского (табл. I, фиг. 1 и 2) и по тому же типу Боке; они вырезывают глыбы, первая до 3 саж. высоты и в сечения 15 × 13 1/2 врш., а вторая в 15 фут. высоты при сечении (1 × 1 1/2) фута. Режущая часть имеет вид ящика, без дна и крышки, 3 стенки которого abcd (фиг. 2) представляют неподвижные ножи, а четвертая тп — нож, подрезывающий глыбу снизу. Ящик приделан к штанге s станины (фиг. 1); он надавливается собственным весом и силою двух рабочих посредством колеса W, шестерня и зубчатой рейки, затем глыба подрезывается и поднимается; по мере подъема, ее режут лопатою на горизонтальные слои, в 7 — 8 вершков высоты, которые ножами разрезывают на плитки. Перемещая режущую часть по станине, вынимают новые глыбы. Затем всю станину передвигают по торфянику и т. д. Машина эта требует чистого (без пней) торфяника, плотного торфа и твердой (не вязкой) поверхности болота; хороша для торфо-моховой подстилки и при вырезке торфа из-под воды.
Мятый торф. Сырой торф, размельченный и размешанный, представляет пластичную массу, легко отливаемую или формуемую; ту и другую операцию можно делать машинным или ручным способом.
Формованный торф приготовляется из разных родов торфа, кроме волокнистого и мохового. На торфяном болоте роется яма глубиною около 2 1/2 арш., торф из которой складывается по краям; выбирают пни, корни, вновь забрасывают торф в яму слоем в 3/4 — 1 арш. и разминают ногами, прибавляя воды; размятый торф вынимают для формовки, а иногда добавляют к нему новую порцию и продолжают работу. Формуют, набивая эту массу в клетки, образованные особою рамою, разделенною перегородками на 16 — 30 отделений (клеток), после чего рама снимается, а плитки остаются для высушивания на месте. Если торфяник глубок, то работа идет последовательно: сперва на 2 1/2 аршина, а затем в образовавшейся яме закладывают новую и т. д. Артель из 7 рабочих вырабатывает 5 — 10 тыс. плиток в день.
При выделке наливного торфа работа ведется, как и выше, но массу делают жиже и тщательнее отбирают посторонние вещества (неразложившиеся древесные части); ее выливают в загородки из досок 7-ми вершк. высоты на 6 — 9 кв. саж. площади; через 2 — 3 дня вода всасывается и испаряется; массу уплотняют и выравнивают, подвязывая к ногам доски и надавливая ими на торф; затем его режут ножом или лопатою на полосы, а через день или два — на плитки. Сушка ведется на том же месте, складывая плитки рядами друг на друга. При большой работе ящиков не делают, а льют прямо на сухую поверхность земли.
Столовый торф - вид торфа, формуемого на особом столе (фиг. 3), откуда и его название. Масса накладывается в форму А с подвижным дном ее, которое может быть поднято рычагом adk (ногою). Плитка выталкивается вместе с поддоном bb и относится для просушки на отведенное место; в форму вставляется другой поддон (их два), и работа продолжается. Торф резной менее однороден, чем формованный; при сушке он менее сокращается, а именно около 1/2 объема, тогда как формованный и наливной уменьшается в 5 — 7 раз; неоднородность сказывается в разной быстроте горения, а потому и в неправильном притоке воздуха. Качество формованного торфа сильно зависит от тщательности работы.
Машинный торф. Опыт показал, что торф улучшается от хорошего размешивания, что холодное прессование его почти безрезультатно, что цементирование торфа посторонними веществами (как, напр., мука, смола, камедь) тоже не оправдывается результатами, но зато кубическая сажень сухого торфа из одного и того же торфяника, но разной обработки, весит в одном случае 125 пудов (резной), а в другом 270 (машинный, так называемый прессованный); однако, следует иметь в виду, что не всякий торф годен для машинной обработки и что некоторые сорта его дают рассыпающиеся плитки. Во всех машинах для приготовления прессованного торфа он через воронку поступает в особую коробку, где режется, размешивается и выдавливается движением вала (иногда двух) с ножами, поставленными по винтовой линии. В машине Шликэйзена (фиг. 4, 5, 6 и 7) торф элеватором доставляется в воронку H, падает на вращающийся вал, направляющий его в дробитель, откуда он опять падает в месильную коробку и выходит из нее уже в виде плиток. Дробитель (фиг. 4) представляет вал L, на котором сидят, по винтовой линии, зубцы, а между ними входят скребки s, укрепленные на особой оси z. Скребки очищают вал и заостренными концами режут навивающиеся на вал части растений и дробят самый торф; из дробителя, как сказано, торф падает в месильную коробку А, это — цилиндр, верхняя половина которого сделана в виде откидывающейся крышки (для доступа внутрь). В цилиндре — ряд отдельных винтовых ножей, на общей оси К (фиг. 7): два трехлопастных ее, один — сплошной е на пространстве одного оборота винта, два двухлопастных jj и один l с лопастями, отвечающими винту меньшего радиуса, чем предыдущие ножи (тоже двухлопастной); такое устройство и расположение ножей способствует очень тщательному перемешиванию массы; кроме того, масса движется вдоль оси цилиндра, на конце которого надет патрубок В с мундштуком (насадкой) D, в который и выдавливается масса из коробки; отверстие мундштука 2 3/4 × 5 1/4 вершков; вертикальный нож, поставленный перед этим отверстием, разрезывает получаемый брусок торфа на две полосы, каждая из которых принимается на отдельную дощечку, катящуюся по роликам х. Тщательность измельчения этой машиной видна из того, что куски дерева, попавшие в машину, раздробляются до средних линейных размеров 1 — 2 мм. Проф. В. Алексеев высказывает мнение, что холодное прессование торфа нерационально, так как уплотнение вследствие высушивания непрессованного торфа на воздухе — процесс почти даровой, сводящий объем торфа до возможного minimum’a; этот процесс заменяется дорогостоящим прессованием, требующим прибавки воды, которую после надо опять удалять, с большими издержками. Но так как непрессованный торф очень гигроскопичен, то требуется уничтожить это его свойство какой-либо обработкой; означенная цель достигается пропитыванием торфа нефтью, с примесью магнезиального мыла, в роде того, как это делается при приготовлении брикетов из угольной мелочи.
.jpg)
Машина для наливного торфа (табл. II, фиг. 1 и 2) назначается только для размешивания, приготовление же плиток ведется вручную. Она также имеет месильный цилиндр A, но он поставлен наклонно (7° к горизонту) на подвижной платформе М; на внутреннем валу О, по винтовой линии сидят двоякого рода ножи: 6 с широкими лопастями n и 24 саблевидных s, первые 6 сидят в начале вала и близко к выходу, вторые, тоже в числе 6, в самом конце вала, а остальные равномерно распределены по всему валу. Торф подается в цилиндр элеватором Е и выходит из него на наклонный помост R, откуда убирается лопатами в отвозящие его вагончики. Вода прибавляется в значительном количестве из резервуара В над цилиндром; размешанная масса вытекает из цилиндра, и степень ее разжижения регулируется именно притоком воды. Машина эта очень хорошо размешивает торф и дает однородный продукт даже в том случае, когда в массу попадают не вполне разложенные пни и корни. Вес кубической сажени высушенного торфа, приготовленного этой машиной, на 9 — 25 пуд. тяжелее сравнительно с торфом других машин. При выработке машинного торфа принимают следующие цифры: в лето, при одной смене (работа только днем), одна машина может выработать 300—500 куб. саж. сухого торфа; при 2-х сменах — 500—800 куб. саж., для чего понадобится 1200—2000 куб. саж. сырой массы, отвечающей 2/3 десятин торфяника глубиною 3 арш. Для сушки прессованного торфа в этом количестве понадобится 5 — 6 десятин, а наливного — в 2 — 3 раза более. Для приготовления машинного торфа нужно на каждую машину 29 человек рабочих, третья часть которых занята копанием торфа, другая треть — отвозкою плиток, а остальные — перемещением материалов и надзором за работою машины; но если много пней или сушка идет далеко от машины, то число рабочих может дойти до 34; наоборот, при опытных рабочих их достаточно 24.
Сгущенный торф. Торф дробится в цилиндрах, смешивается с большим количеством воды (на 1 куб. саж. торфа 10 куб. саж. воды), и смесь отводится в ящики или бассейны (в виде ям). Вода всасывается в грунт или процеживается через сетки, а масса формуется в плитки (способы Доблена и Шальтона).
Сушка торфа. Плитки резного торфа складывают в клетки (в 5 — 10 штук) или стенками на 5 — 9 дней; затем перекладываются в клетки по 25 шт. При машинном торфе плитки укладывают рядами; для наливного — их через 5 — 7 дней поворачивают на ребро, а еще через дней 7 — 8 кладут в клетки по 25 шт.; затем через каждые 7 — 8 дней торф укладывается в большие клетки последовательно в 50, 75 — 100 плиток. Вся сушка длится 28 — 35 дней, но в сырое время затягивается: сильные дожди размывают плитки и сносят большую часть выработки; дожди слабые опасны только для свежих плиток, а 2 — 3-дневные уже только намокают. Резной торф размывается наименее, но хуже сохнет, чем столовый формованный. При слишком быстром высыхании являются трещины. Клетки высохшего торфа убираются в штабели, то есть в пирамидальные или другой формы кучи. Употребляют штабеля с сечением в 1 кв. саж. и длиною 5 — 10 саж. В штабелях торф усыхает на 10 — 15 % по объему через 6 месяцев, а через 9 — на 25 %. Содержание воды в свежем торфе весенней выработки 20 — 30 % (в резном более чем в машинном). В штабелях торф не следует держать более 1 1/2 — 2 лет. Торф недосушенный и оставленный на болоте зимовать портится от промерзания (разваливается) и разносится ветром.
Цена торфа. Резной торф обходится около 3 коп., а мятый 5 — 6 коп. Принимая, что пуд дров эквивалентен по развиваемому теплу пуду торфа (следует взять 1,05 — 1,06 пуда), найдем, что если куб. саж. березовых дров (240 пуд.) стоит 12 — 14 руб., а пуд торфа — 5 - 6 коп., то торфяное топливо уже возможно рядом с дровами. По проф. Алексееву, при стоимости 30 р. за куб. саж. дров и 5 коп. за пуд торфа, дрова выходят более чем вдвое дороже.
Торфяной брикет на Ириновском заводе, по описанию Соловьева, производится с помощью горячего прессования след. образом. Резной торф, высушенный до содержания 45 — 50 % воды, подвергается дроблению, отсеиванию, методической сушке и, наконец, прессованию. Работа идет так: торф сортируется — отбрасывается волокнистый, а спелый поступает на дробилку, состоящую из трех пар барабанов: 1-я — со стальными зубьями, вторая и третья (все лежат одна над другой) — рифленые. Раздробленный торф с 1-й пары барабанов попадает на сито, где просеянные части по наклонному желобу идут на 2-ю пару барабанов, а не прошедшие (1 1/2 дюйма в поперечнике) стряхиваются в ящик и, вместе с волокнистым торфом, идут на топку котлов. Со 2-й пары торф, прошедший 2-е сито, идет в особую камеру, а не прошедший попадает в 3-ю пару барабанов, откуда идет в ту же камеру; из последней торф элеватором поднимается на верхнюю платформу над прессом и сушилкою. Сбрасываемый вниз, в отверстие платформы (лопатами), он попадает на тарелки, образующие колонну для сушки торфа; с одной тарелки на другую торф, после перемешивания, сбрасывается механическими гребками (в виде ножей), причем нагретые паром тарелки удаляют воду, а вытяжная труба выводит влажный и нагретый воздух наружу. Тарелки, в числе 15, имеют диаметр в 2 1/2 саж., при расстоянии друг от друга в 5 — 6 верш. Торф проходит всю колонну в 20 — 30 минут, и из 45 — 50 % влаги в нем остается только около 10 %; слой торфа на тарелках — 1 см толщиною. Воздух пускается через несколько особых дверец в кожух колонны; температура тарелок 50° — 60°Р. С нижней тарелки торф попадает в пресс, состоящий из пары подающих вальцов, камеры, вмещающей количество торфа на одну плитку, и восьмигранного поршня, движущегося в соответственном канале. Торф вдавливается в виде плитки в форму длиною около аршина, которая при каждом ходе поршня принимает новую плитку. Наибольшая скорость — 120 оборотов; плитки идут призмой в 40 саж. длины (по желобу) до вагонов особой железной дороги. На заводе два пресса, каждый с 35-сильною машиною. Все остальное передвижение поглощает на заводе еще 60 сил. Уд. вес торфяного брикета очень велик: 1,1 — 1,3; брикет не крошится, удобен для перевозки и почти не притягивает влаги. Особенность его — рассыпаться при горении — представляет неудобство при обычных колосниковых топках, так как он проваливается в зольник.
Обугливание (коксование) торфа, подобно обугливанию дерева, может вестись в кучах (кострах), печах или ретортах; приемы обугливания почти тожественны с теми, какие употребляют для дерева. Выход угля при переугливании в кучах около 36 %, в печах и ретортах — около 40 %; торфяной уголь содержит до 20 % золы. Из плотного торфа уголь крепок; торф землистый дает и уголь слабый, с большим количеством мелочи. Уголь получается пористый, звонкий и всегда легче взятого торфа; его кажущийся уд. вес меняется от 0,23 до 0,36, уд. вес истинный равен 1,4 — 1,5. Он ближе походит на кокс, чем на древесный уголь; по составу содержит 86 % углерода, 4 % золы до 10 % воды и по температуре горения близок к древесному углю. Он также поглощает газы и обесцвечивает растворы, как и этот последний. Опишем одну из ретортных печей для коксования торфа, с приспособлением для собирания продуктов перегонки (табл. II, фиг. 3). Стенки реторты А делаются вертикальными, из шамотной массы; между ними и стенками печи оставляется кольцевое пространство, назначенное для прокладки спиральных дымовых ходов Z, отводящих топочные газы из топки В в трубу. Газы, образующиеся в реторте, направляются при помощи особого устройства в холодильник. Устройство это состоит в следующем: в реторту помещается ряд коротких цилиндров (вернее — тел колоколообразной формы) один на другом, образующих пустую внутри колонну, диаметра немного меньше самой реторты. В кольцевое пространство, между стенками реторты и колонной, засыпается торф, продукты разложения которого идут через щели между колоколообразными частями (нарочно оставленные) внутрь этой колонны, в отводящие трубы b, h, там расположенные, к холодильнику, где и сгущаются. Кокс опускается вниз и здесь встречает заслонку ящика g, назначенного для охлаждения (тушения) кокса при выгрузке. Открыв заслонку f, наполняют ящик, а после остывания кокса открывают нижнюю заслонку i, и он вываливается в отвозящую его тележку. Размеры реторты: 5 м — высота; 1,25 — 1,87 м — диаметр. Высота колоколоообразных тел около 20 — 30 см при таком диаметре, что свободное пространство (между колонной и ретортой) = 8 — 9 1/2 см. Печь требует около 2/3 топлива (от загрузки) и может переработать до 44 гкл торфа в сутки. Уголь (кокс) получается мелкий, годный не для всякого употребления. Эта печь не годна, если имеется в виду получать из дегтя парафин [В последнее время появились в России печи Циглера для коксования торфа. Это двухретортные печи; реторты вертикальные, овального, почти эллиптического сечения, соединенные попарно, средняя часть их из огнеупорного кирпича, нижняя и верхняя — чугунные. Общая нижняя часть каждой пары реторт имеет патрубок для выгрузки кокса. Продукты разложения вытягиваются эксгаустером. Реторты отапливаются собственными газами от разложения торфа. Из описания видно, что в устройстве печей нет ничего принципиально нового; что же касается до экономической стороны дела, то она еще настолько не выяснена, что говорить о ней нельзя.]. При сухой перегонке торфа получаются: газы, не сгущаемые в холодильниках, газовая вода, деготь и кокс (торфяной уголь). Относительные количества этих веществ зависят не только от качества торфа, но и от способа перегонки его, формы реторт и т. д. Так, есть торфа, дающие около 60 % газа, и другие — только 11 %; в первом случае кокса остается около 19 %, во втором — 26 %, зато газовой воды эти торфа дают, соответственно, 21 % и 58 %, а дегтя 1,46 и 5,19. Количество дегтя меняется от 1,5 до 11 % (голландский высушенный торф); газовой воды 23 — 52 %, угля (кокса) 39 — 19 %. Дальнейшей переработке подвергаются деготь и газовая вода.
Деготь (см.) есть темно-бурая жидкость уд. веса 0,896 — 0,965, состоящая главным образом из твердых и жидких углеводородов и содержащая, кроме того, фенол и его гомологи. По продуктам перегонки, как и по элементарному составу, торф стоит ближе к дереву, чем к ископаемым углям. Деготь, предварительно отогретый от воды и очищенный серной кислотой и раствором (15°Б.) едкого натра, перегоняется в чугунных ретортах. Первый дистиллят — легкое масло удельн. веса 0,820 — 0,830, в количестве 8 — 10 %, переходит в приемники вместе с водой; следующий погон 0,830 — 0,860 (тоже 8 — 10 %) смешивается обыкновенно с предыдущим, так что получают 16 % сырого легкого масла уд. веса 0,850. Следующий погон — тяжелое масло, в количестве 12 %, идет с большим содержанием парафина, почему приток воды в холодильник прекращают (чтоб не застыло в трубах). Реторта затем охлаждается; через шесть часов ее открывают и оставшуюся в ней жидкость льют формы, где она и застывает. Полученный таким образом асфальт (16 — 18 %) прямо идет в торговлю. В реторте остается кокс, который и выбивают. Гораздо чище и спокойнее перегонка идет при употреблении перегретого водяного пара. Тогда кокса не остается и остаток перегонки — только асфальт. Из первого погона (легкое масло), после удаления щелочью креозота и кислотой органических оснований, приготовляется вторичной перегонкой осветительное масло; из второго погона — соляровое масло и парафин. Из щелочных растворов выделяют креозотовое масло. Газовая вода служит для получения древесного спирта, аммиака и уксусной кислоты. Кане и Сюлливан дают следующие средние цифры (в % от веса торфа):
| NH3 | Аммиак | 0,268 | 3,396 |
|---|---|---|---|
| (NH4)2SO4 | 1,037 | ||
| C2H4O2 | Укс. кислота | 0,191 | |
| Ca(C2H3O2)2 | 0,280 | ||
| Др. спирт | 0,146 | ||
| Парафин | 0,134 | ||
| Освет. масла | 0,790 | ||
| Смазочн. масла | 0,550 | ||
Гесс (Hesz) сообщает результаты перегонки дегтя одного завода в следующем виде (в % от веса торфа):
| Фотогена уд. в. 0,830 | 0,471 | 3,789 |
|---|---|---|
| Соляров. м. уд. в. 0,865 | 1,212 | |
| Креозота | 0,162 | |
| Сернокисл. аммиака | 1,200 | |
| Смазочн. масла | 0,626 | |
| Белого чистого парафина | 0,133 |
Остановимся подробнее на добывании парафина (см.). Отжатый под фильтр-прессом от тяжелого масла парафин содержит еще около 25 % масел; второе прессование гидравлическим прессом в течение 3/4 часа (200—300 тыс. фунт.) дает лепешки бурого цвета, содержащие еще немного темных, густых машинных масел. Лепешки эти сплавляются с 8 % легкого осветит. масла и подвергаются новому, более сильному пресованию (500 т. фунт.). Затем следует такая же обработка и прессование еще сильнее (800 т. фн.), пока парафин не будет вполне чист, то есть будет сух, звонок, белого цвета, с просвечиванием по краям. Надежнее другой способ очистки — серной кислотой и щелочью. В этом случай продукт не буреет на свету, как это случается в предыдущем. Очистка ведется с 50 % куп. масла с перемешиванием 2 часа, при темп. 75 — 80 °C; затем промывают слабым раствором едкого натра, водой и прессуют. Из торфа парафин очень чист, дает свечи, не уступающие восковым по силе света. Стеарина можно без вреда примешивать к нему не более 10 %.
Русские торфяники обширны и многочисленны, но дать точную цифру площади, ими занимаемой, или цифру ежегодной добычи торфа нельзя, так как сведения об этом недостаточны. Торфяники имеются в губ. Московской, Владимирской, Нижегородской, Харьковской, Курской, Орловской, Рязанской, Тамбовской, Тверской, Новгородской и др. Общая площадь всех торфяников, разбросанных по 45-ти губерниям, предполагается около 100000 кв. вер. Николаевская жел. дорога идет почти вся по торфяникам (станции Волхово, Гряды, Угловка, Валдайка, В.-Волочек, Осеченка и пр.), причем по качеству торфа (содержание углерода меняется от 21 1/4% до 45,5 %, а золы от 48 1/2% до 1 1/2%) торфяники эти очень разнообразны. О потреблении торфа имеются сведения, относящиеся до горных заводов за 1898 г. («Сборник и проч.», 1900 г.). Из них видно, что израсходовано было уральскими заводами 967673 пд. и, кроме того, 16055 куб. саж. торфа. Приняв вес кубической сажени равным 180 пд., найдем, что все количество торфа, потребленное Уралом, по этим данным, равно около 3858000 пд.
Торфо-моховая подстилка (см.) употребляется в хлевах и стойлах для сбережения соломы, увеличения навоза и собирания жидких извержений животных при отсутствии сборных колодцев, имеющих ту же цель. Торф после вырезки, просушки и измельчения (вырезываются только верхние, не разложившиеся еще слои, сохранившие структуру растений, желтого или белого цвета) настилается толстым слоем и покрывается во избежание пыли соломой. Слой торфа в 4 вершка может служить около 2-х недель, после чего его надо удалить или поверх его насыпать новый слой. Торф в кусках употребляется редко. Иногда торф прямо вывозится на поля (с торфяников), как удобрение для озимого хлеба; на это идет выварившийся торф «умирающих» болот и притом не более одного раза в 10 лет на одно и то же поле; он служит только для разрыхления глинистых почв, как удобрение же он идет в смеси с известью, гипсом или золою. Высушенная торфо-моховая подстилка (1 в. ч.) поглощает почти 9 вес. ч. воды, тогда как солома — менее 4. Торфяник выгодно разрабатывать сразу на подстилку и топливо (верхний и нижний слой), причем первый слой (для подстилки) должен быть в 1 1/2 — 2 аршина, чтобы можно было его разрабатывать только для этой цели. Верхний слой в 2 — 2 1/2 арш. через 5 — 6 лет после проведения канав (осушки) уменьшается до 1 арш. как от уплотнения, так и от разрушения остатков растений при доступе воздуха. Вследствие этого болото, разрабатываемое на подстилку, нужно осушать очень слабо. Когда на подстилку идет не только верхний слой, но и самый торф (для увеличения количества навоза), то осушка болота должна быть полная, и лучший торф для этого — выветрившийся и подвергнутый вымерзанию. Долговременная осушка болота ведет к улучшению свойств торфа (потеря им кислотности), но опасна в пожарном отношения и дорога (ведется десятки лет). Торфяник, назначенный для торфо-моховой подстилки (когда на нее идет и торф), разрабатывается вырезкою плиток, которые складываются сначала тут же (стенками) на болоте, близ выемки, на срок около 1 1/2 недели, а затем перекладывается вновь, но уже клетками; если же вырезка происходит осенью, то плитки остаются в стенках до весны. Предельные размеры плиток: 7 × 3 × 2,5 вершка, иначе они не высохнут; можно увеличить еще длину, но зато лучше толщину делать менее, напр. 8 × 3 × 2 вершка; плитка в 8 × 4 × 4 врш. высыхает только в сухое лето. Высушенные плитки следует помещать под навесы, в сарай или складывать в штабеля трапецеидального сечения, причем верх штабеля выкладывается в виде двускатной крыши, а нижние слои располагаются на подстилке из хвороста для сохранения их сухими. К осени штабеля разбирают на переработку или увозят в сарай, если же торф остается, то его необходимо покрывать соломой, сеном, щитами и т. д. Штабеля Райволовского завода кладутся в 1 3/4 × 1 1/2 на 3 — 4 саж. длины. Дальнейшая работа по приготовлению подстилки состоит в размельчении плиток, отделении пыли и мелочи и прессовании. Машины, служащие для размельчения, действуют разрывом или разрезанием; к первым относятся штифтовые и дисковые, ко вторым — устраиваемые наподобие мельниц (кофейных). Обыкновенно, машины первого рода действуют зубцами или штифтами, насаженными на вал (или просто гвоздями, как в машине Гольмана), которые и рвут материал, попадающий на них из особой воронки; в последней есть также штифты, задерживающие куски мха от слишком быстрого падения. Тот же принцип применен и в дисковых машинах, где рвущие штифты расположены на двух дисках, быстро вращающихся в разные стороны (в машине Beeck К° они делают 350 обор. в мин.); наконец, в машине Бракера рвущие зубья сидят на двух параллельных валах и расположены по спирали; зуб имеет особую форму двухлопастного долота (кошка), изогнутого в сторону движения валов; в расстоянии 1/2 дюйма от него лежит решетка из 12 колосников, между которыми и проходят кошки. Плитки дробятся на кусочки в 1-2 дюйма длины и 1/2-3/4 дюйма ширины и толщины. В 10 час. машина размельчает 2 куб. саж. плиток на 150—200 пудов подстилки (1 саж. плиток 75 — 100 пудов). Прессование подстилки нужно при перевозках ее на значительные расстояния. Оно требует сухого материала, так как сырой спрессованный тюк рассыпается при высыхании. Пресса те же, как и для сена и соломы. Величина тюков (пресса Ингерзоля) 43 × 28 × 28 дюймов, причем вес его 4-5 пудов, следовательно, даже в спрессованном виде кажущийся уд. вес будет только от 0,12 до 0,15. Подстилка хорошего качества должна содержать мох и др. растения с сохранившейся еще структурой. Она должна быть суха, то есть не содержать более 25 — 30 % влаги (если высушена на воздухе). Она не должна содержать также много пыли, и потому золы в ней можно допустить не более 1 — 3 %. Стоимость 1 пд. с упаковкою, не считая погашения цены машин и построек и аренды болота, всего 8,6 коп. (Соловьев). Замена рук паровою силою уменьшит стоимость продукта. Значение торфо-моховой подстилки окончательно еще не установилось, и, несмотря на её исключительные качества как поглотителя газов и жидкостей, многие находят и ряд таких неудобств, как, напр., загрязнение кожи животных, меньшую способность предохранять от холода (сравнительно с соломой) и т. д. Вместе с подстилкою получается пыль и мелочь; они сортируются через сита; сита с отверстиями в 1 мм дают продукт для пудер-клозетов (пыль), с большими отверстиями — так наз. порошок, и остаток составит мелочь для выгребных ям. Есть заводы (в Москве), имеющие целью приготовление такой пыли и мелочи на особых машинах. Эти машины — тёрки, вроде свекловичных, перерабатывают торф в порошок, затем он сортируется и упаковывается в кули и мешки. Порошок бывает разных качеств, лучший — из мха, худший — из смолистого торфа; количество влаги не должно быть более 30 % и золы 5 — 7 %. Подстилка, пропитанная патокой, употребляется иногда в корм скоту. Торфо-фекальный тук есть хорошее удобрение, считаемое иногда лучшим, чем коровий и лошадиный навоз.
Торф употребляется также как материал для конопатки, для засыпки полов и потолков, особенно потолков в ледниках (сбережение льда), для сохранения фруктов, рыбы, картофеля, бураков, как перевязочный материал (ветеринария) и т. д.
Литература
- Бунге, «Курс химической технологии» (Киев, 1894);
- E. und K. Birnbaum, «Die Torf-Industrie und die Moor-Cultur» (1880);
- W. Scheithauer, «Die Fabrication d. Mineralöle» (1895);
- Д. Менделеев, «Основы фабрично-заводской промышленности»;
- Ильенков, «Курс химической технологии» (1861);
- В. Алексеев, «Ископаемые угли Российской Империи» (1895); его же, «Торф, как главный вид топлива»;
- Richard р. Rothwell, «The Mineral Industry its statistics technology and trade in the United States and other countries to the end of 1900» (т. IX);
- Zincken, «Die Braunkohle und ihre Verwendung. Die Physiographie der Braunkohle» (1867);
- «The Iron and Coal trades review 1901»;
- «Очерк месторождений полезных ископаемых в Европ. Росси и на Урале» (1881 г., изд. горн. дпт.);
- «Сборник статист. свед. о горно-зав. промышл. Россия в 1898» (1900);
- Руднев, «О химич. составе и свойствах торфа» («Изв. Петр. земл. и лесн. ак.», 1889);
- П. М. Соловьев, «Разработка торфа на топливо» (1894); его же, «Торфо-моховая подстилка» (1892);
- Шиллинг, «Торфяной кокс» (1901);
- И. Карышев, «Торфяной кокс» (1901);
- «Torf-Industrie» (Karl A. Zschörner & Comp., В., 1899).
К. H. Егоров.
- В статье воспроизведен материал из Большого энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона.
См. также
- Торф (БСЭ)
- Бурый уголь (МСЭ)
