Процесс Потта-Брохе: сварить битум из угля

Можно сказать, идеальный образец немецкого индустриального ландшафта
Если читателям ещё не надоел мир высокого давления и температур, а также дурманящего запаха углеводородов, то есть ещё один процесс, разработанный в Германии в 1920-е годы: процесс Потта-Брохе.

Он гораздо меньше известен, чем уже рассмотренные процессы Бергиуса-Пира и Фишера-Тропша-Рёлена, но интересен тем, что предусматривал получение из угля продукта, более всего напоминающего битум. Во всяком случае, американцы, составлявшие обзор немецких технологий, говорили именно о битуме с температурой размягчения 210-220 градусов. Химики на службе неистового предпринимателя
Немного об авторах технологии. Альфред Потт, уроженец Рура, получил образование машиностроителя и химика, после чего в 1907 году стал работать в одной из фирм Бохума в сфере проектирования коксовых батарей и оборудования для переработки побочных продуктов коксования. Этим он занимался долго, и почти всю Первую мировую войну. В 1917 году Потт стал директором коксохимических предприятий в концерне Стиннеса. Просто пару слов о концерне Гуго Стиннеса, основанного в 1982 году. Сам Гуго Стиннес был, так сказать, потомственным торговцем углём, чем занимался ещё его дед Маттиас Стиннес. Семья разбогатела, и бизнес пошёл в смежные области, в угледобычу и транспорт. Стиннесы уже в середине XIX века владели несколькими шахтами. Потом была история с разделом семейного дела, и в 1903 году Гуго Стиннес выделился и развернулся во всю ширь. Он торговал всем: углём, железом и сталью, электроэнергией, ввозил в Германию шведскую руду и русский лес, владел банками, страховыми обществами, пивоварнями, отелями, типографиями и издательствами. В 1924 году Гуго Стиннес владел долями капитала в 4554 предприятиях. Неистовый предприниматель умер 10 апреля 1924 года, а его необъятную империю спас от банкротства американский капитал. Вскоре после решения этого вопроса, в 1926 году в Германии был образован концерн Vereinigte Stahlwerke AG, в капитал которого вошли и компании, принадлежавшие наследникам Стиннеса. Этот концерн был объединением угля и стали, то есть добычи угля, производства кокса, выплавки чугуна и стали, производства проката. Основатель и директор концерна Альберт Фёглер, близкий помощник покойного на тот момент Гуго Стиннеса, и Альфред Потт выработали идею использовать коксовый газ для газоснабжения предприятий и населения в Руре. В 1926 году была образована фирма Aktiengesellschaft für Kohlenverwertung, которой в 1928 году дали более звучное название Ruhrgas AG, и вот эту фирму возглавил Альфред Потт. Эта компания в 1926-1930 годах построила сеть газопроводов длиной 857 км для продажи коксового газа различным потребителям.
Прокладка газопровода
То есть и здесь всё крутилось не вокруг выработки бензина из угля, а вокруг использования побочных продуктов коксования угля, которые оказывались фактически отходами. Как уже говорилось, процесс Фишера-Тропша изначально разрабатывался для полезной утилизации избытка коксового газа. Потт, безусловно, знал об этой технологии, но почему-то не проявил к ней никакого интереса. Вероятно потому, что в сфере ответственности его концерна вопрос с избытком коксового газа был уже решён. Тут на авансцену выходит другой химик Ганс Карл Брохе, родом из Наумбурга в Саксонии-Анхальт. Он был племянником и учеником другого известного химика Карла Фридриха фон Ауверса, который известен своими работами в области стереохимии, то есть пространственного строения молекул. Брохе окончил учёбу уже после Первой мировой войны и в октябре 1922 года поступил ассистентом в Kaiser-Wilhelm-Institut für Kohlenforschung под начало… Франца Фишера. Однако Брохе в этом институте не занимался процессом синтеза, а работал в области изучения процессов коксования угля и усовершенствования технологии производства кокса. В 1927 году, уже после образования Ruhrgas AG и создания процесса Фишера-Тропша, Ганс Брохе оставил институт и оказался на посту главного химика сразу в двух предприятиях Mülheimer Bergwerksverein Aktiengesellschaft (MBV) и Gewerkschaft Mathias Stinnes, принадлежавших концерну Стиннеса. В это время, совместно с Альфредом Поттом, начались работы над созданием новой технологии. Научные задачи и грандиозные планы
Думается, что вопрос был довольно прост. Потт, как глава крупной компании, тесно связанной с коксохимическим производством, поставил перед Брохе задачу следующего рода. Среди побочных продуктов коксования есть, кроме собственного кокса: 13-15 % по массе коксового газа (порядка 350 кубометров на тонну угольной шихты), 3,2-3,5 % смолы, 0,8-1,2 % сырого бензола, 0,25 % аммиака и 2,5-3,5 % пирогенетической воды. Из воды выделяют аммиак, фенолы и пиридин, и используют её для тушения кокса. Каменноугольная смола подвергается разгонке; её нагревают до 380-400 градусов, и выделившиеся пары направляют в ректификационные колонны, где они конденсируются и разделяются на фракции, из которых получают креозот, бензол, толуол, фенол, нафталин, антрацен и другие вещества. Некоторые вещества находят широкое применение в промышленности, а некоторые — нет. Например, к веществам, которые довольно мало применяются, относится креозот. Он используется для консервации древесины, в частности, пропитке железнодорожных шпал, а также как реагент во флотационном обогащении руды. Также и нафталин — в основном сырьё для производных, таких как тетралина (тетрагидронафталина), используемого как растворитель масел и жиров. С применением нафталина долго были проблемы. Вплоть до того, что в 1913 году французская фирма Schneider-Creusot построила локомотив с бензиново-керосиновым двигателем, который запускался на бензине, но потом работал на нафталине, расплавляемом в водяной рубашке охлаждения двигателя. По всей видимости, Потт поставил перед Брохе задачу разработать технологию, в которой применялись бы вот эти мало востребованные побочные продукты. Потому что в процессе Потта-Брохе как раз изначально использовалась или смесь тетралина с креозотом, или только креозот. На самом деле крезолы, но это три изомера, которые в смеси составляют большую часть креозота, выгоняемого из угля или древесины. Брохе пришлось повозиться, но технологию он к 1935 году разработал. Летом 1935 года была построена опытная установка, а в 1936 году в Вельхайме, в районе Боттроп-Гельзенкирхен в Руре была построена промышленная установка. Она была первой в Германии установкой по переработке угля в синтетическое топливо. Пару слов о том, что стало с авторами потом. Ганс Брохе с 1935 года вошёл в руководство Mülheimer Bergwerksverein Aktiengesellschaft (MBV), Gewerkschaft Mathias Stinnes и Ruhrgas AG, в таком статусе провёл всю Вторую мировую войну. В нацистской партии, судя по всему, не был, претензий со стороны союзников не имел. После войны возглавлял несколько промышленных компаний и ряд научных и образовательных организаций. У Альфреда Потта биография была интереснее. Потт в 1933 году, вскоре после прихода Гитлера к власти, вступил в нацистскую партию. В 1938 году он стал уполномоченным графа Николауса фон Баллестрем-Плавниовиц в Верхней Силезии. Тот был потомком графов Баллестреро в Пьемонте, в северной Италии, его предок Джованни Батиста в 1742 году поступил на прусскую военную службу, а его сын Карл Франц унаследовал имение своей матери, баронессы фон Штехов. В этом земельном владении уже были угольные шахты, и с этого началось семейное дело. К началу ХХ века это уже было большое семейное дело, включавшее добычу угля и цинковой руды, выплавку цинка, выплавку чугуна и стали. Граф Николаус фон Баллестрем имел предприятия как в немецкой, так и в польской Силезии. Будучи католиком и монархистом, граф Гитлера поначалу не принял и даже организовал группу сопротивления в правительстве из числа представителей немецкой знати. Но в июне 1934 года СС разгромило эту группу. Графу, видимо, было сделано внушение, от которого он вернулся снова к шахтам и заводам. В 1938 году граф пригласил к себе Потта для реорганизации своего семейного концерна по образу и подобию Vereinigte Stahlwerke AG. Вот тут Потт и развернулся. Он планировал превратить Силезию во «второй Рур», а вместе с захватами — даже в один из крупнейших индустриальных центров в мире. Это был его план построить железную дорогу на колее 3000 мм до Кривого Рога, чтобы снабжать силезскую металлургию железной рудой. В конце войны граф Николаус фон Баллестрем погиб во время налёта на Дрезден, а Потт сбежал обратно в Рур, прошёл денацификацию и жил в Эссене, пока не умер в 1951 году. Устройство процесса
Теперь обратимся к техническим деталям. Этот процесс часто описывают настолько кратко, что не очень ясно, что имеется в виду. По американскому отчёту, подготовленному для Горного бюро Министерства внутренних дел США, составленному в 1968 году на основании ряда отчётов и материалов, рисуется следующая картина. Исходным сырьём является уголь с содержанием летучих веществ не менее 25 %; в процессе использовался битуминозный рурский уголь с 27-28 % летучих веществ и 5-7 % зольности. В таком угле было 1,2 % серы. Уголь сначала высушивался до 0,5-1 % влажности, затем измельчался до фракции 0,056-0,09 мм.Схема завода Ruhröl GmbH в Боттроп-Гельзенкирхене по состоянию на 1944 годАэрофотоснимок разрушенного завода, сделанный в мае 1945 года, после завершения боёв