Применение газа в народном хозяйстве
При разнообразии химического состава природные и искусственные газы находят различное применение в народном хозяйстве: применяются они в качестве топлива и сырья для химической промышленности.
Достоинствами природных газов, как топлива, являются рассмотренная выше высокая теплотворность их, а также исключительная дешевизна, или иначе низкая себестоимость добычи, транспортировки и потребления их.
Дешевизна газового топлива особенно отчетливо вырисовывается при сравнении его с каменным углем и нефтью. При добыче топлива выработка на одного рабочего (в тоннах условного топлива) составляет: Другими словами, один рабочий за единицу времени добывает природного газа больше, чем нефти, в 2,8 раза, а сравнительно с углем в 12,3 раза. Стоимость добычи газа в среднем за 1 т условного топлива во много раз ниже стоимости добычи угля, торфа, сланцев и нефти, взятых в отдельности. Преимущества природного газа настолько значительны, что на месте потребления он оказывается наиболее дешевым топливом. Так, в Москве, как крупном потребителе всякого топлива, несмотря на то что природный газ добывается очень далеко (840-1300 км) от нее, он является самым выгодным топливом. Таким образом, в Москве природный газ дешевле торфа в 1,5 раза, донецкого угля - в 1,7 раза, подмосковного угля - почти в 2,1 раза. Природный газ как топливо идет на смену углю, торфу, сланцам, даже нефтепродуктам, и тем более дровам. Он нашел широкое применение для газификации городов и поселков, в отдельных местах - и сельских населенных пунктов, в быту населения, в различных отраслях промышленности, на транспорте.
Возможности еще большего потребления газа населением расширяются в связи с применением жидкого газа - смеси пропана и бутана. Такой газ перевозится железнодорожными и автомобильными цистернами на газораспределительные станции, откуда уже в баллонах поступает к потребителям; баллона на одну квартиру хватает в течение 3 месяцев. Такой способ газоснабжения создает большие удобства для населения, к тому же он исключает большие расходы на сооружение и содержание газопроводов и газгольдеров, но требует применения специального транспорта. Так снабжаются газом Подмосковье, Иваново, Ярославль. Одесса, Херсон, Станислав, Каменец-Подольск, Умань, Кишинев, Хабаровск и еще до полсотни городов. Все более увеличивается потребление газового топлива в энергетике, в промышленности. Переводятся на газ вместо угля районные электростанции. В частности, переведены на сжигание газа тепловые электростанции Приднепровская, Днепродзержинска, Луганская, Волгоградская, Саратовская, все электростанции Харьковской и Краснодарской энергетических систем, большинство станций Киевского района; переводятся на газ тепловые электростанции Одессы, Николаева, Ростова-на-Дону, Грозного, Куйбышева и других городов. Этим самым оздоровляется воздух над городами, создается огромная экономия в угле и мазуте. Достаточно сказать, что 15 тепловых электростанций Юга Европейской части страны, переведенных на газ. Применение газов в качестве топлива на электростанциях быстро растет. Всеми электростанциями потреблено более 30% добытого в стране газа; электроэнергетическое хозяйство является крупнейшим потребителем газов в числе других отраслей промышленности.
Наиболее доступным топливом для заводов черной металлургии являются их же доменные газы, для коксохимических комбинатов - коксовые газы. Теперь же на газе работают все мартеновские печи.
Этим обеспечивается повышение качества стали, так как в газе содержится в несколько раз меньше, чем в угле, серы и влаги, крайне нежелательных в металлургии; этим же сберегаются большие количества привозных угля, кокса и мазута, повышается производительность мартеновских печей до 10%. Только за счет повышенной производительности действующие мартены могут дать металл для выпуска десятков тысяч тракторов.
На газ переведены Вельские, Новороссийские, Себряковский (Волгоградской области) и другие цементные заводы, причем производительность их возросла на 10-12%, а потребность в рабочей силе значительно сократилась. В волгоградском промышленном узле используют газ заводы железобетонных конструкций, медицинского оборудования, маргариновый, ликеро-водочный, хлебозаводы, мясокомбинат и другие предприятия.
На Пензенском заводе химического машиностроения успешно применяется автоматическая газовая резка металла, изготовляются десятки деталей машин, причем стоимость их резко снизилась, за год сэкономлено до 150 т металла, уходившего раньше в стружку.
В Ферганской долине газ применяется для сушки хлопка-сырца. Тепличные хозяйства Киева и Московской области используют газ не только в котельных, но и применяют его для обогрева растений, для обеспечения их углекислым газом и влагой, в результате этого - повышение урожайности овощей почти на 50% и ускорение созревания их.
В Грозненском районе газифицированы животноводческие фермы, тепличный комбинат, ветеринарная лечебница, кормовые кухни. В районах добычи газов, в частности на Северном Кавказе, газ широко применяется в качестве горючего на автомобильном транспорте. Продолжительность работы двигателя при этом увеличивается в два раза. На Северном Кавказе маневровые паровозы тоже переводятся на ставропольский газ.
Все эти примеры достаточно наглядно говорят о значительной широте и экономичности применения газового топлива. Такое применение будет еще больше развиваться вместе с ростом добычи природных газов, с усовершенствованием средств потребления газового топлива.
Однако они не говорят о достаточном использовании газов. Наоборот, природные газы занимают еще небольшое место в топливном балансе и в этом отношении наша страна уступает другим странам.
Но по мере развития газового хозяйства значение природных и искусственных газов будет все время расти и соответственно этому будет снижаться роль угля, торфа, сланца, дров в топливном балансе. В ряде районов, особенно в Сибири, на Дальнем Востоке и других, где нет своих газовых месторождений, производятся искусственные газы из углей, нефти, сланцев. В другие районы, например на Северо-Запад в Белоруссию, Прибалтику, природный газ поступает из газоизбыточных районов по газопроводам или же в цистернах (сжиженный газ).
Коксовый газ, обладающий высокой калорийностью, успешно применяется в качестве топлива для энергетических целей в котельном хозяйстве, для отопления коксовых батарей, для мартеновских цехов, для нагревательных печей в прокатных цехах. Он используется также, заменяя твердое топливо, в стекольном, цементном, керамическом и других производствах и, наконец, для бытового потребления. Коксовый газ может транспортироваться по газопроводам на значительные расстояния без больших потерь. Поэтому район потребления его может не ограничиваться только территорией, прилегающей к коксохимическим предприятиям. Однако коксовые газы далеко не полно используются в качестве топлива. При коксовании 1 т сухого угля выделяется обычно - 300-320 коксового газа. Из 15 млрд. м3 этого газа потеряно около 4%, в химическую промышленность направлено только 5,3%, а остальное количество использовано в качестве топлива. В Западной Германии структура потребления коксового газа иная: в химической промышленности было использовано 12,9%, в качестве топлива в промышленности и в быту - 81,1%, на прочие пели - 6%.
Доменный, или колошниковый, газ после очистки от колошниковой пыли является топливом с теплотворной способностью от 750-970 кал (при работе доменной печи на каменноугольном коксе) до 1000-1150 кал (при работе на древесном угле). На 1 кг кокса доменная печь дает в среднем 4 л3 газа. При полном использовании его доменная печь производительностью 1500 т чугуна в сутки экономит от 90 до 100 т угля. Доменный газ широко используется как топливо на металлургических комбинатах, он применяется для отопления воздухоподогревателей (22%), коксовых и мартеновских печей (10%), нагревательных печей в прокатных цехах (20%), для газовых двигателей на воздуходувках (14%) и, наконец, для бытовых целей (5%). При смешении доменного газа с коксовым область применения газовой смеси сильно расширяется.
Тем не менее потери доменного газа довольно велики: они достигли в 15%, что равнялось потере 1,5 млн. т условного топлива.
Эти потери носят, конечно, временный характер. Роль газов как топлива продолжает все время нарастать. За счет преимущественного развития добычи и производства газа и нефти как наиболее экономичных видов топлива структура топливного баланса значительно изменится, возрастет доля газов и нефти, соответственно снизится доля твердых видов топлива.
Новейшая техника позволяет рассматривать газовое топливо как вторичный продукт переработки природных и искусственных газов. Газ приобретает значение экономичного топлива только после извлечения из него всех ценных элементов, предназначенных для использования в качестве сырья для химической промышленности. Использование газов в таком направлении является еще новой, не получившей надлежащего развития отраслью производства, но имеющей широкие перспективы в свете.
Наиболее ценными для этой цели в составе природных и искусственных газов являются углеводороды метанового ряда. Из числа способов химической переработки природных газов и входящих в их состав углеводородов значительную роль играет пиролиз, или разложение газа, при высоких температурах с целью получения ацетилена. Последний является исходным сырьем для производства синтетического каучука, ацетальдегида как исходного продукта для органического синтеза и особенно для получения уксусной кислоты, а также красителей, лекарственных и ароматических веществ Совместно с ацетиленом получаются большие количества водорода, или синтез-газа, как смеси углерода и водорода, который используется для синтеза аммиака, гидрогенизации нефтяных остатков, производства синтетического бензина, метанола и других продуктов.
Путем окисления тех же углеводородов можно получать метиловый спирт, имеющий очень большое значение и прежде всего для производства формальдегида как сырья для выработки пластических масс, искусственных дубителей, как средства борьбы с вредителями и болезнями растений.
Путем неполного сжигания углеводородов природного газа получается газовая сажа, применяемая преимущественно в резиновой промышленности. Сажа значительно увеличивает механическую прочность резины, в частности пробег автомобильных шин при применении сажи увеличивается в 8-10 раз. Газовая сажа, кроме того, применяется для приготовления черных лаков и эмалей, полиграфических красок, граммофонных пластинок, электро-угольных изделий, копировальной бумаги, лент для пишущих машинок. Из 1 м. куб. природного газа получается 95 г сажи.
Синтетический аммиак служит исходным сырьем для получения азотных удобрений, азотной кислоты и других продуктов.
Из газов получают этиловый спирт, стирол, фенол, бутиловый спирт, гликоли, глицерин, ацетон и многие другие продукты, в свою очередь являющиеся сырьем для производства синтетического каучука, пластических масс, синтетических волокон, растворителей, красителей, взрывчатых веществ, моющих средств.
Искусственные газы, хотя и в меньшей степени, чем природные, тоже используются для получения некоторых химических продуктов. В частности, в Подмосковном бассейне на основе подземной газификации угля производят серу, гипосульфит и другие продукты. Ждановский коксохимический завод производит из коксовых газов более 30 видов ценных химических продуктов и в том числе пиридин для фармацевтической промышленности; фтивазид, применяемый при лечении туберкулеза; метаксилол, идущий для производства цветной кинопленки; водород, идущий на синтез аммиака,
Нас окружает масса вещей, созданных путем переработки природных и искусственных газов. Мы привыкли пользоваться, например, очень дешевой и прочной посудой из пластмасс и не подозреваем подчас, что она произведена после того, как сожгли в кислороде газ и получили ацетилен.
В едущем по улице автомобиле-рефрижераторе, развозящем по магазинам скоропортящиеся продукты, и карбюратор мотора, и холодильная установка действуют, потребляя пропан, выделяемый из природного газа. Газ расширяется в рефрижераторе и охлаждает провизию, а потом сгорает в моторе автомобиля. Один и тот же газ является в данном случае источником и тепла и холода.
На основе переработки газов производятся хлорин, анид, лавсан, нитрон и другие синтетические волокна. А из искусственных и синтетических волокон вырабатывается около 90% всех выпускаемых в шелковых тканей, 12% всех трикотажных изделий, около 25%' всех женских чулок. Корд, нужный для покрышек шин автомобилей и самолетов, вырабатывается преимущественно из тех же волокон, равно как из них производятся рыболовные сети и снасти, канаты для морского и речного флота, электроизоляционные, кислотоупорные, фильтровальные и другие материалы.
Характерно, что все новые продукты, производимые путем переработки газов, экономичнее материалов, получаемых из других видов сырья. Так, 1 т азотных удобрений и азотной кислоты при производстве их из природного газа обходится на 40% дешевле, чем при производстве их из кокса или угля. При этом вырабатываемые из газа синтетические продукты по качеству не уступают, а часто стоят выше произведенных не из газа. Так, если прочность нитки натурального шелка принять за единицу, то шелк медно-аммиачный будет уступать натуральному (0,67), шелк же синтетический прочнее натурального вдвое, а шелк ацетатный высокопрочный - в четыре с лишним раза (4,21).
В то же время прочность алюминиевой проволоки сравнительно с натуральным шелком составляет 0.33, медной - 1,27, железной - 2,00, стальной - 3,68. Другими словами, синтетический шелк по прочности нитки сравнивается с металлическими проволоками.
Применяя газы в качестве химического сырья, страна экономит огромные количества сырья для пищевой промышленности. До применения нефтяных газов в качестве сырья для производства этилового спирта он вырабатывался из зерна и картофеля, а нефтяные газы в большинстве своем терялись в атмосфере.
Несмотря на все достоинства продуктов, вырабатываемых из природных и искусственных газов, эта отрасль производства еще не получила должного развития. До настоящего времени эти продукты вырабатываются и из газов, и из более дорогого и дефицитного сырья - угля, кокса, метанола, карбида кальция, зерна, картофеля, а газ не используется для этого в полной мере, бесхозяйственно выпускается в атмосферу.
Благодаря таким свойствам природных газов, как высокая температура горения, чистота и однородность химического состава, применение газов позволяет существенно улучшить технологию производства доменного, мартеновского, в цементной промышленности, в машиностроении, снижает расход топлива, повышает производительность предприятий.
Вследствие неуклонного роста добычи природных газов, производства искусственных, развития техники газовой промышленности меняется и состав пользователей газов.