Перелом. Часть 3 - [40]

К началу войны использовались процессы именно с применением катализаторов - катализаторы на оксидах цинка и хрома снижают потребные давления в два-три раза - до 250-350 атмосфер, хотя температуры процессов становятся выше - 350-400 градусов. Но сам процесс образования метанола - экзотермический, соответственно тепло надо отводить. Мы и так синтез-газ, полученный обработкой раскаленного кокса паром, охлаждали, сжимали, снова охлаждали - и сравнительно холодным подавали в реакционную камеру - стальную трубу, заполненную таблетками катализатора. Первая как-то работающая установка выдавала пять килограммов метанола в час, но уже вторая, заработавшая в августе 1942го - 100 килограммов, к тому же мы смогли утилизировать часть тепла - с его помощью получали пар, подогревали кокс в одной из двух камер, хотя много еще терялось с охлаждающей водой - к сентябрю народ даже сделал себе на дармовом тепле душевую, кайфовал.

Еще больше снизить давление удалось добавлением в катализаторы меди - оказывается, в мире не применяли медь из-за отравления серой - сера, присутствующая в сырье, соединялась с медью, образуя сульфиды. Но у них сырье было грязным - уголь, нефть, тогда как у нас использовался торф и древесный уголь - в них серы было гораздо меньше. Так что мы начали применять цинк-хром-медные катализаторы, и давление процесса снизилось до 40-100 атмосфер, а температура - до 230-260 градусов - при таких параметрах мы могли строить уже более объемные установки, поэтому к концу 1942 года мы производили уже пять тонн метилового спирта в час, сто тонн в сутки - это двести вылетов истребителей или штурмовиков с полной заправкой или четыреста - с половинной. Неплохой приварок. К лету 1943го выходило уже двадцать пять тонн в час, пятьсот тонн в сутки, к осени - семьсот - метиловый спирт становился основным авиационным топливом для полетов на высотах до двух километров, где в теплое время ниже риск образования ледяных пробок из-за набранной спиртом воды. Правда, была опасность паровых пробок, поэтому мы начинали добавлять более высокие спирты - этиловый, пропиловый, бутиловый.

Причем эти спирты можно было изготавливать одновременно с производством метилового спирта, просто добавив в катализатор немного щелочных или щелочноземельных металлов, точнее - их оксидов. С катализаторами мы, правда, намучались - слишком много там тонкостей. Их назначение - предоставить активные центры, на которых будет происходить нужная реакция. В принципе, получение метанола из синтез-газа возможно и на голом цинке, без хрома, и на других металлах - но именно сочетание цинка и хрома дает наибольший выход продукта - хром выступает в качестве активатора для цинка, то есть вещества, усиливающего активность катализатора. До конца мы еще в этой схеме не разобрались, но пока все выглядело следующим образом. Водород и оксид углерода адсорбируются на поверхности кристаллов цинка, то есть сближаются друг к другу и получают возможность поскорее вступить в реакцию. То есть и без катализатора реакции бы состоялись, что мы и наблюдали, но с катализатором они проходили чаще, интенсивнее - выход продукта за единицу времени существенно повышался. И хром препятствовал росту кристаллов цинка, то есть делал их более мелкими, увеличивал поверхность, на которой могли собраться реагенты - в этом, скорее всего, и заключалась роль хрома.

Активность катализаторов зависела и от способа их приготовления. Например, по "сухому" методу окись цинка и хромовый ангидрид измельчались, смачивались и формовались в таблетки диаметром пять-десять миллиметров. При "мокром" методе к суспензии оксида цинка добавляют раствор хромового ангидрида и потом сушат, то есть получается более однородная смесь, к тому же последующее высушивание оставляет множество пор и поверхность катализатора увеличивается - так, если для сухих внутренняя поверхность одного грамма катализатора была порядка ста квадратных метров (да, "огородная" сотка), то в мокрых - почти двести. В результате активность "мокрых" катализаторов становится на 10-15% выше, чем "сухих". Мы начинали сразу с мокрых - не хотелось измельчать еще и ангидрид. А с начала 1943го перешли уже на следующий способ изготовления - осаждением из азотнокислых солей цинка и хрома и последующим прокаливанием в атмосфере водорода. Преимуществом этого метода было то, что резко снижались потребные количества катализатора - его пленка крепилась на подложке, которая и обеспечивала механическую прочность. А за счет более мелких кристаллов активность была довольно высокой - примерно посередине между сухими и мокрыми. К такому способу пришли по аналогии с одним из способов изготовления активных пленок для ИК-техники, поэтому решили попробовать этот метод и в производстве катализаторов.

Пленочные катализаторы были лучше таблетированных прежде всего тем, что подложку можно было сделать полой и пропускать через нее охлаждающую жидкость - для нас первый год бичом была невозможность точного и быстрого контроля температуры в реакционной камере, катализаторы перегревались и получались локальные спекания кристаллов - активность резко падала. Так что подложки избавили нас хотя бы от этой напасти, хотя забивание внутренних полостей и поверхности водой и углеродом - одними из продуктов реакций - все так же продолжалось - тут уж приходилось регенерировать катализаторы - либо вытаскивать из камеры и прокаливать в водороде, либо продувать горячим водородом саму камеру. Исследовали и метод повышенной подачи водорода через определенные промежутки времени в ходе самого синтеза - предполагалось, что это не позволит вредным продуктам накапливаться в порах. А то если не делать регенерацию, поверхность грамма могла снизиться и в десять раз - до 10-15 квадратных метров. И это при том, что производительность катализаторов и так была не слишком высокой - если говорить о таблетированных катализаторах, то не больше двух литров метанола на литр катализатора в час.