ГЛАВА 15.
Правда, для получения азотной кислоты аммиак надо окислить - и тут были проблемы с катализаторами. Они делались в виде сетки из платины, или платины с добавлением родия, палладия. При окислении аммиака происходило несколько реакций, и катализаторы увеличивали количество именно нужных, уменьшая количество ненужных - например, образования молекул азота, которого вокруг и так выше крыши. То есть реакция происходила на поверхности катализаторов. К сожалению, у этой же поверхности требовалось обеспечить избыток кислорода - иначе кто же будет окислять аммиак. Но при этом кислород окислял и платину - получался летучий оксид платины, который уносился с потоком газов. То есть катализаторы были расходным материалом. Часть этого летучего оксида улавливалась специальными ловушками - порошком оксида кальция, но не более половины, а ведь ее еще надо было переработать обратно в металлическую платину.
Так что пока наши работали на тех установках и запасах, что тут были, но уже подбирали и другие процессы - прежде всего играясь с понижением температур и давлений - пусть процесс пойдет медленнее, но зато и уменьшится термическое разложение аммиака на молекулярный азот и водород, вместо образования оксидов - ведь молекула азота довольно устойчивое соединение, нам же нужны именно оксиды, которые при смешивании с водой и дадут азотную кислоту - ну, через промежуточную азотистую.
Да и другие катализаторы можно попробовать - ведь для того же окисления серы при получении серной кислоты также используют и платиновые, и железные, и ванадиевые катализаторы - все зависит только от доступности - ванадиевый самый оптимальный, платиновый - самый дорогой, а железный дает небольшой выход. Но ведь дает ! Так и здесь - еще помучаемся. Тот же Оствальд, получивший в 1903 году патент на производств кислоты из аммиака на платиновых катализаторах (хотя реакцию открыл Кюльман в 1839м, а еще раньше - в 1800м году - Фуркуа безо всякого катализатора окислял аммиак при высокой температуре ) - так вот, Оствальд использовал и другие материалы - окись серебра, меди, железа, хрома, никеля (как порой писали в книгах этого времени - никкеля - с двумя "к", калькируя с английского названия). И тоже работало, правда, с меньшим выходом.
Так, на платиновых катализаторах при наиболее оптимальной температуре 450 градусов выход оксида азота составлял более 93 процентов, непрореагировавшего аммиака - чуть более процента, и остальное - молекулярный азот. А для катализатора из окиси железа - то есть обычной ржавчины - оптимальной температурой было уже 670 градусов - при этом в окись азота переходило 90 процентов аммиака, непрореагировавшего аммиака практически не было, и 10 процентов - молекулярный азот. То есть катализаторы на окиси железа были почти идентичны катализаторам на платине. А примешивание к ним 3-4 процентов висмута было даже эффективнее платины - при 600 градусах выход окиси азота составлял уже 95 процентов. Пока это мелочь, но надо будет озадачить химиков выцарапать висмут из висмутовых бронз - если дойдем до больших объемов производства, то каждый процент будет вырастать в дополнительные тонны кислоты и сотни убитых фрицев.
Собственно, на этих технологиях Германия и воевала в первую мировую войну, когда доступ к чилийской селитре был утерян - только в 1915м она производила таким образом сто тысяч тонн азотной кислоты. Конечно, платина в качестве катализатора более удобна в том числе и по своим механическим свойствам - так, платиновые сетки строятся из проволоки диаметром 0,04-0,06 миллиметра, с густотой плетения одна-три тысяч петель на квадратный сантиметр. То есть получается очень большая площадь контакта. Окись железа так, естественно, не сплести, а появляющаяся на железных проволочках ржавчина будет быстро уноситься набегающим потоком. Поэтому наши сейчас работали над пока лабораторными установками, в которых можно было бы создать большую поверхность именно ржавчины. Проблема еще заключается в том, что нельзя устанавливать слишком низкий поток реагентов - при окислении - собственно, сгорании - аммиака происходят шесть разных реакций, и те реакции, в результате которых образуются не оксиды азота или азотная кислота, а молекулы азота - вредные для нас. И на железных катализаторах азот как раз интенсивно образуется при высоких температурах - при 700 градусах - уже пятнадцать процентов, а не десять, как при 670, при 800 - 20, при 865 - 44 процента. Соответственно, смесь надо все-таки быстро прогонять, чтобы область реакций не достигала таких температур. Или как-то механически отводить тепло, образующееся при сгорании аммиака.
Ладно, если не получится с большими катализаторами, будем делать множество лабораторных - сечением порядка трех квадратных сантиметров, благо на таких установках и проверяли те выкладки, что были в учебниках и справочниках - просто будем запитывать эти трубки одной большой трубой и так же и забирать. Или компоновать в плоские наборы, чтобы было удобнее отслеживать температуру ... а ведь может потребоваться регулировать потоки индивидуально ... в общем, придется изрядно повозиться. Да и менять железные катализаторы скорее всего придется чаще - это платиновые даже после шести недель работы снижают активность где-то на три-пять процентов, железные наверняка придется менять чаще.
Ну а очистка аммиака и воздуха требуется при использовании любого катализатора, но они и так тут очищались - газы пропускались и через щелочи, и через уголь, известь, растворы солей меди - для каждого из каталитических ядов применялся свой способ. Зато что железный, что платиновый катализаторы имели сравнительно широкий диапазон температур, при которых выход был приличным - так, для железных катализаторов выход более 80 процентов достигался при температурах от 600 до 780 градусов, то есть лаг регулировки процесса составлял почти двести градусов. Для платины этот диапазон был шире - от 370 до 640 - почти триста градусов, то есть и в этом плане платина была более технологична. Хотя примесь висмута в железо расширяла диапазон более чем до четырехсот градусов - от 400 до 840 - в этом плане этот катализатор был самым предпочтительным - и доступным, и упрощающим регулировку процессов, оставалось решить проблемы с быстрым износом и малой механической прочностью ржавчины. Другие катализаторы имели уж очень небольшой диапазон - так, для окиси хрома он составлял всего 60 градусов - от 630 до 690 - регулировать работу установки на таком катализаторе было бы сущим мучением.
Были и другие варианты технологий - например, вместо воздуха применять чистый кислород - чтобы азот воздуха не путался под ногами. Ну и еще вариант - получать оксиды азота в электрической дуге, как норвежцы. Тут уже все упирается в достаточное количество электроэнергии. Где-то читал, что ежедневно в молниях образуется два миллиона тонн азотной кислоты. Два миллиона тонн. И за счет этого ежегодно каждый гектар земной поверхности получает 15 килограммов азотной кислоты. В среднем. Где больше молний - больше, где меньше - меньше, но силы природы, мать их, поражают. Так что стоило попробовать и этот способ получения азотной кислоты, благо он известен еще с конца 18го века, а столетием позже, в 1897 году, Рэлей получал выход азотной кислоты в 50 грамм на 1 кВт-ч. В 1902 на Ниагарском водопаде построили завод для выработки азотной кислоты в электрических дугах - там горело порядка трехсот дуг напряжением до 15 тысяч вольт, но количество получаемой кислоты не окупало затрат. Ну, так это в их условиях, когда экономические моменты превалируют над вопросами выживания. Нам же себестоимость не важна - нам важно получить кислоту.
Правда, норвеги в начале века также начали эксперименты с получением кислоты из воздуха - они начали воздействовать на электрическую дугу магнитным полем, в результате та сильно отклонялась в сторону, разрывалась и возникала заново, уже в другом месте. Прерывая таким образом дугу тысячу раз в секунду они получили дугу в виде тонкого диска диаметром до двух метров - а это уже не те тонкие ниточки, что были у американцев - через такое сечение можно было пропустить много воздуха. Причем начинали они с аппарата мощностью всего в три лошадиные силы (я вычитал про это в книге от 1926го года - тогда, да и позднее, мощность электростанций порой измеряли в лошадиных силах, а не в киловаттах - опять же, часто тут писали не "ватт", а "уатт" - килоуатт, мегауатт - просто транскрибируя фамилию ученого без привязки к русскому произношению), потом перешли на двадцать, опытный завод работал на мощности в 150 лошадей, ну а уж потом понеслась - тысяча, две с половиной, сорок тысяч, и к 1910му году - сто сорок тысяч лошадиных сил. Немцы в 1905 пошли по другому принципу - они возбуждали в трубе дугу длиной до семи метров. У нас Горбов и Миткевич придумали в 1906м году свой вариант печи - при напряжении четыре тысячи вольт и общей мощности всего полкиловатта - у наших выход азотной кислоты составлял 70 грамм на киловатт-час, у норвегов - 67, а у немцев - 63 грамма.
В принципе, сотню киловатт мощности под это дело мы найти сможем - у нас их было под десяток мегаватт. Так что в сутки теоретически сможем получать примерно полторы сотни килограммов азотной кислоты. И это не предел - обогащение газовой смеси кислородом до пятидесяти процентов, использование сухих газов, без водяных паров, повышает выход до 250 грамм с киловатт-часа - в три с половиной раза больше, то есть со ста киловатт - уже 25 килограммов в час, полтонны кислоты в сутки. А это еще дополнительные четыре центнера пороха к той тонне, что вырабатывалась окислением аммиака - 800 000 патронов для пистолетов-пулеметов. Или 26 500 снаряженных рожков по тридцать патронов, или 5 300 человеко-боев средней интенсивности с расходом по пять рожков на бой - в основном засад и нападений на посты и колонны, а если считать по пятьдесят трехпатронных очередей, из которых девяносто процентов только придавит немца, а попадет только десять процентов, то есть пять очередей, то это целая дивизия - 25 000 выбитых фашистов - на время или навсегда. В сутки. Тоже неплохо.
Понятное дело, что это - в идеале - сейчас и фриц стал более осторожным, и их колонны уже менее нам доступны, так что засадные действия уже не приносили того навара, что в начале, так что мы подумывали о более широком проведении рейдов вглубь захваченной советской, а то уже и изначально немецкой территории - в общем, туда, где немец еще самоуверен и не пуган широкими диверсионными действиями. Да и на учебных стрельбах сжигалось много патронов - мы интенсивно тренировали народ. Но даже если удастся вывести из строя хотя бы тысячу - по 800 патронов на фрица - это будет неплохим вложением этой сотни киловатт установленной мощности. Ведь, как я писал ранее, в немецкой пехотной дивизии из шестнадцати тысяч личного состава непосредственно бойцов поля боя - немногим более трех тысяч, остальное - артиллеристы, минометчики, зенитчики, связисты и прочие шорники с ездовыми - воевать, в принципе, могут, но в полевом бою натасканы уже не так хорошо, как непосредственно пехота, а значит менее опасны и будут нести более высокие потери. Так что, выбивая на этих дополнительных четырех центнерах пороха по тысяче фрицев в день, мы за три дня будем снижать боеспособность очередной пехотной дивизии как минимум в два раза. Ну, не менее чем на треть - если учесть, что как минимум половина боев - это засады и нападения на тыловые подразделения. Пусть из этой тысячи две трети окажутся раненными - это нас тоже устроит - пока фриц будет лечиться, он не сможет воевать - на других ляжет повышенная нагрузка, так они в конце концов и надорвутся.
В общем, стоит попробовать и это направление, тем более что очистка и повышение концентрации однотипны с другими методами, и поменяется только установка генерации оксидов азота. Даже если нам и не удастся выскочить за верхнюю границу выхода существующих технологий в 60-70 граммов, то дополнительные шесть тысяч потенциально выбитых немцев в сутки - ну, триста как самый минимум - по любому будут неплохим приварком. А если выделим один мегаватт генераторов, то получим потенциальную возможность убивать уже три тысячи фрицев в сутки минимум - при самом худшем раскладе. А при лучшем - и все десять тысяч - почти что дивизию. Квартал - и половины немецкой армии как не бывало. Размечтался, да ....
А ведь оксиды азота можно получить и просто нагревая воздух до полутора-трех тысяч градусов. Тоже попробуем, но после - хватило бы аммиака. Сейчас-то мы его уже начинали получать в больших количествах из торфа, и для стрелковки этого хватит. А как быть со взрывчаткой ? Надо либо добывать больше торфа, либо применять другие технологии получения аммиака. Но изготовление аммиака непосредственно из азота и водорода при высоких давлении и температуре пока сталкивалось с проблемой - для этой реакции требовались катализаторы из пористого железа, вот только наличие загрязнителей - например, серы, даже в миллионной доле от железа, резко снижало его активность. Так что наши технологи сейчас прорабатывали способы получения сверхчистого железа, а ведь потом будут еще те же проблемы и с очисткой газов ... Чистоты наших материалов для сжигания аммиака и получения кислоты было достаточно, а вот для получения самого аммиака - пока нет. Да и аппаратура, что должна мало того что выдерживать высокие давления в сотни атмосфер, так еще и использовать либо чистое железо, без углерода, либо, если с углеродом - то до 18 процентов вольфрама и 3 процентов хрома - чтобы выдержать воздействие горячего водорода, который очень запросто может проникать через металлические стенки. Или 20 процентов хрома и 0,2 - углерода, или по пять процентов никеля и вольфрама - Бош, разрабатывавший эту технологию, подобрал несколько вариантов материала для конструкций контактных аппаратов, в которых и происходил синтез аммиака. Так что нам пока было проще получать аммиак из торфа и древесины.
Я ведь почему сейчас озабочивался этой проблемой (впрочем, как и многими другими) - похоже, даже сейчас, в сентябре, многие все еще ждали общего контрнаступления Красной Армии, и только я в полной мере осознавал, что война затянется на несколько лет. Поэтому мне и приходилось выискивать способы производства критически важных веществ - ну, пусть не мне самому - я давал задания, но изучать, смотреть, сопоставлять разные способы получения той же азотной кислоты - это мог сделать только я. И не потому что я такой умный - просто я был, во-первых, человеком, который видел ресурсы, по сути, располагал ими, мог отдать приказы, и, во-вторых и самых главных - не ждал скорого окончания войны. Так что, пользуясь военным положением, я злостно выцеплял специалистов с производств на исследовательские работы, постепенно заменяя их учениками либо почти такими же специалистами, но уровнем пониже. Так, если с производством аммиака перегонкой из торфа или древесины тут было неплохо - процесс, в общем, был налажен и работал, то с кислотами было похуже - ведь нам требовались новые процессы ее получения - платиновые катализаторы скоро закончатся, и нам потребуется как минимум переходить на железные. Да и с получением самого аммиака тоже все было непросто - древесина была не очень удобным сырьем - возня с чурками требовала много ручного труда. Мы, правда, налаживали процессы ее переработки в щепу, которую можно было ссыпать, а значит, механизировать процессы и тем самым существенно уменьшить трудозатраты. Торф в этом плане был более удобным, но он, в отличие от древесины, был сезонным продуктом - зимой его особо не подобываешь.
ГЛАВА 16.
Но тут я рассчитывал, что с сезонностью мы справимся - как-то ведь справлялись до войны. Точно наши возможности я еще не просчитывал, только видел цифры, что в 1913м году на всю Белоруссию было добыто 14 тысяч тонн, в 1921м году в восточной Белоруссии добыли 26 тысяч тонн, в 27м - 64,2 тысяч тонн, в 28м - 114, в 29м - 158 тыс. т., в 33м - 850 тыс. тонн, обеспечивая 26% топлива республики, в 1934 году добывалось около 2 млн, в 37м - 2,5 млн. т. Но это - восточная Белоруссия, на обе части к сороковому добывали 3,4 миллиона тонн - почти десять тысяч тонн в сутки. Ну, побольше - двадцать-тридцать, с учетом того, что добыча торфа - дело сезонное - зимой, когда болота промерзают, добыча обычно прекращалась, если только на каких-то непромерзающих болотах, с глубины. А удельный вес торфа в топливном балансе республики составил 63,5%. Даже если будем получать из тонны торфа не шесть килограммов аммиака, а всего два, да пусть даже один - это все-равно лучше чем ничего. Топлива нам все-равно потребуется много - если перерабатывать на десяти печах пятьсот тонн торфа в сутки - получим от пятисот до трех тысяч килограммов аммиака. В сутки. И каждый десяток печей даст такой же объем. А я так прикидывал, что нам вполне по силам построить за полгода как раз полсотни печей. К той полусотне, что тут уже имеется - а это от пяти до тридцати тонн аммиака в сутки. И обеспечить их пятью тысячами тонн торфа в сутки - тоже вполне по силам. Наверное ...