La historia del combustible gaseoso , importante para la iluminación, la calefacción y la cocina durante la mayor parte del siglo XIX y la primera mitad del siglo XX, comenzó con el desarrollo de la química analítica y neumática en el siglo XVIII. El proceso de fabricación de " gases combustibles sintéticos " (también conocido como "gas combustible fabricado", "gas fabricado" o simplemente "gas") consistía típicamente en la gasificación de materiales combustibles, generalmente carbón, pero también madera y petróleo. El carbón se gasificó calentando el carbón en hornos cerrados con una atmósfera pobre en oxígeno. Los gases combustibles generados fueron mezclas de muchas sustancias químicas , incluidashidrógeno , metano , monóxido de carbono y etileno , y podrían quemarse con fines de calefacción e iluminación. El gas de carbón , por ejemplo, también contiene cantidades significativas de compuestos de azufre y amoníaco no deseados , así como hidrocarburos pesados , por lo que los gases combustibles fabricados debían purificarse antes de poder usarse.
Los primeros intentos de fabricar gas combustible de forma comercial se realizaron en el período 1795-1805 en Francia por Philippe LeBon , y en Inglaterra por William Murdoch . Aunque se pueden encontrar precursores, fueron estos dos ingenieros quienes elaboraron la tecnología con aplicaciones comerciales en mente. Frederick Winsor fue el actor clave detrás de la creación de la primera empresa de gas, Gas Light and Coke Company , con sede en Londres , constituida por estatuto real en abril de 1812.
Las empresas de servicios de gas manufacturado se fundaron primero en Inglaterra y luego en el resto de Europa y América del Norte en la década de 1820. La tecnología aumentó en escala. Después de un período de competencia, el modelo de negocio de la industria del gas maduró en monopolios, donde una sola empresa suministraba gas en una zona determinada. La propiedad de las empresas variaba desde la propiedad municipal absoluta, como en Manchester, hasta corporaciones completamente privadas, como en Londres y la mayoría de las ciudades de América del Norte. Las empresas de gas prosperaron durante la mayor parte del siglo XIX y, por lo general, devolvieron buenas ganancias a sus accionistas, pero también fueron objeto de muchas quejas sobre los precios.
El uso más importante del gas manufacturado a principios del siglo XIX fue la iluminación de gas , como un sustituto conveniente de las velas y las lámparas de aceite en el hogar. La iluminación de gas se convirtió en la primera forma generalizada de alumbrado público . Para este uso, se necesitaban gases que ardían con una llama muy luminosa, "gases iluminadores", en contraste con otros usos (por ejemplo, como combustible) donde la producción de calor era la consideración principal. En consecuencia, algunas mezclas de gases de baja luminosidad intrínseca, como el gas de agua azul , se enriquecieron con aceite para hacerlas más adecuadas para el alumbrado público.
En la segunda mitad del siglo XIX, la industria del gas combustible manufacturado se diversificó desde la iluminación para incluir usos de calefacción y cocina. La amenaza de la luz eléctrica a finales de los años 1870 y 1880 impulsó esta tendencia con fuerza. La industria del gas no cedió el mercado de la iluminación de gas a la electricidad de inmediato, ya que la invención del manto de Welsbach , una bolsa de malla refractaria calentada hasta la incandescencia por una llama en su mayoría no luminosa en su interior, aumentó drásticamente la eficiencia de la iluminación de gas. El acetileno también se usó desde aproximadamente 1898 para cocinar a gas e iluminación de gas (ver Lámpara de carburo ) en una escala más pequeña, aunque su uso también disminuyó con la llegada de la iluminación eléctrica y el GLP.para cocinar. [1] Otros desarrollos tecnológicos a finales del siglo XIX incluyen el uso de agua a gas y la alimentación de máquinas, aunque estos no fueron adoptados universalmente.
En la década de 1890, se construyeron tuberías desde campos de gas natural en Texas y Oklahoma hasta Chicago y otras ciudades, y se utilizó gas natural para complementar los suministros de gas combustible manufacturado, desplazándolo finalmente por completo. El gas dejó de fabricarse en América del Norte en 1966 (con la excepción de Indianápolis y Honolulu), mientras que continuó en Europa hasta la década de 1980. El "gas manufacturado" se está evaluando nuevamente como fuente de combustible, ya que las empresas de energía miran hacia la gasificación del carbón una vez más como una forma potencialmente más limpia de generar energía a partir del carbón, aunque hoy en día es probable que esos gases se llamen " gas natural sintético ".
Historia temprana del gas combustible [ editar ]
Precursores [ editar ]
La química neumática se desarrolló en el siglo XVIII con el trabajo de científicos como Stephen Hales , Joseph Black , Joseph Priestley y Antoine-Laurent Lavoisier , entre otros. Hasta el siglo XVIII, el gas no se reconoció como un estado independiente de la materia. Por el contrario, aunque se entendieron algunas de las propiedades mecánicas de los gases, como las tipificaron los experimentos de Robert Boyle y el desarrollo de la bomba de aire , sus propiedades químicas no. Se consideraba que los gases mantenían la tradición aristotélica de los cuatro elementos como aire, uno de los cuatro elementos fundamentales. Los diferentes tipos de aires, como los aires putrefactos o inflamables, se consideraban comoaire atmosférico con algunas impurezas, muy parecido al agua enlodada.
Después de que Joseph Black se dio cuenta de que el dióxido de carbono era de hecho un tipo de gas completamente diferente del aire atmosférico, se identificaron otros gases, incluido el hidrógeno por Henry Cavendish en 1766. Alessandro Volta amplió la lista con su descubrimiento de metano en 1776. También se había Se sabe desde hace mucho tiempo que se pueden producir gases inflamables a partir de la mayoría de los materiales combustibles, como el carbón y la madera, mediante el proceso de destilación . Stephen Hales, por ejemplo, había escrito sobre el fenómeno en Vegetable Staticksen 1722. En las dos últimas décadas del siglo XVIII, a medida que se estaban descubriendo más gases y las técnicas e instrumentos de la química neumática se volvían más sofisticados, varios filósofos e ingenieros naturales pensaron en utilizar gases en aplicaciones médicas e industriales. Uno de los primeros usos de este tipo fue la expansión a partir de 1783, pero pronto siguieron otros usos. [2]
Uno de los resultados de la locura de los globos de 1783-1784 fue la primera implementación de iluminación con gas fabricado. Un profesor de filosofía natural en la Universidad de Lovaina, Jan Pieter Minckeleers, y dos de sus colegas fueron invitados por su mecenas, el duque de Arenberg , para investigar los globos aerostáticos. Lo hicieron, construyendo aparatos para generar gases inflamables más ligeros que el aire a partir del carbón y otras sustancias inflamables. En 1785, Minckeleers utilizó algunos de estos aparatos para gasificar carbón para iluminar su salón de conferencias en la universidad. No extendió la iluminación de gas mucho más allá de esto, y cuando se vio obligado a huir de Lovaina durante la Revolución de Brabante , abandonó el proyecto por completo. [3]
Philippe LeBon y la termolampara [ editar ]
Philippe LeBon era un ingeniero civil francés que trabajaba en el cuerpo de ingenieros públicos que se interesó mientras estaba en la universidad en la destilación como un proceso industrial para la fabricación de materiales como el alquitrán y el aceite. Se graduó de la escuela de ingeniería en 1789 y fue asignado a Angulema. Allí, investigó la destilación y se dio cuenta de que el gas producido en la destilación de madera y carbón podría ser útil para iluminación, calefacción y como fuente de energía en motores. Obtuvo una patente para los procesos de destilación en 1794 y continuó su investigación, eventualmente diseñando un horno de destilación conocido como termolampa.. Solicitó y recibió una patente para esta invención en 1799, con una adición en 1801. Lanzó una campaña de marketing en París en 1801 imprimiendo un panfleto y alquilando una casa donde realizaba demostraciones públicas con su aparato. Su objetivo era recaudar fondos suficientes de los inversores para lanzar una empresa, pero no logró atraer este tipo de interés, ni del Estado francés ni de fuentes privadas. Se vio obligado a abandonar el proyecto y regresar al cuerpo de ingenieros civiles. Aunque el gobierno francés le otorgó una concesión forestal para experimentar con la fabricación de alquitrán de madera para uso naval, nunca tuvo éxito con la lámpara térmica y murió en circunstancias inciertas en 1805. [4]
Aunque la lámpara térmica recibió cierto interés en Francia, en Alemania el interés fue mayor. Se escribieron varios libros y artículos sobre el tema en el período 1802-1812. También hubo termolamparas diseñadas y construidas en Alemania, la más importante de las cuales fue la de Zachaus Winzler, un químico austriaco que dirigía una fábrica de salitre en Blansko. Bajo el patrocinio de la aristocrática familia zu Salm, construyó uno grande en Brno. Se mudó a Viena para continuar con su trabajo. Sin embargo, la lámpara térmica se usó principalmente para fabricar carbón vegetal y no para la producción de gases. [5] [6]
William Murdock y Boulton & Watt [ editar ]
William Murdoch (a veces Murdock) (1754-1839) era un ingeniero que trabajaba para la empresa Boulton & Watt , cuando, mientras investigaba los procesos de destilación en algún momento de 1792-1794, comenzó a utilizar gas de carbón para la iluminación. En ese momento vivía en Redruth en Cornualles e hizo algunos experimentos a pequeña escala para iluminar su propia casa con gas de carbón. Pronto abandonó el tema hasta 1798, cuando se mudó a Birmingham para trabajar en la base de operaciones de Boulton & Watt en el Soho.. Boulton & Watt instigó entonces otra serie de experimentos a pequeña escala. Con un litigio de patentes en curso y su principal negocio de máquinas de vapor que atender, el tema se abandonó una vez más. Gregory Watt, el segundo hijo de James Watt, mientras viajaba por Europa vio las demostraciones de Lebon y le escribió una carta a su hermano, James Watt Jr. , informándole de este potencial competidor. Esto llevó a James Watt Jr. a comenzar un programa de desarrollo de luz de gas en Boulton & Watt que ampliaría la tecnología y conduciría a las primeras aplicaciones comerciales de luz de gas. [7] [8]
Después de una instalación inicial en Soho Foundry en 1803–1804, Boulton & Watt preparó un aparato para la empresa textil de Philips & Lee en Salford, cerca de Manchester, en 1805–1806. Esta iba a ser su única venta importante hasta finales de 1808. George Augustus Lee fue una fuerza motivadora importante detrás del desarrollo del aparato. Tenía un gran interés en la tecnología y había introducido una serie de innovaciones tecnológicas en Salford Mill, como la construcción de estructuras de hierro y la calefacción a vapor. Continuó fomentando el desarrollo de la tecnología de luz de gas en Boulton & Watt. [7] [8]
Winsor y Gas Light and Coke Company [ editar ]
La primera empresa que suministró gas manufacturado al consumidor como empresa de servicios públicos fue Gas Light and Coke Company, con sede en Londres . Fue fundada gracias a los esfuerzos de un emigrado alemán, Frederick Winsor , que había presenciado las manifestaciones de Lebon en París. Había intentado sin éxito comprar una lámpara térmica de Lebon, pero siguió cautivado por la tecnología y decidió probar suerte, primero en su ciudad natal de Brunswick , y luego en Londres en 1804. Una vez en Londres, Winsor inició una intensa campaña para encontrar inversores para una nueva empresa que fabricaría aparatos de gas y vendería gas a los consumidores. Tuvo éxito en la búsqueda de inversores, pero la forma jurídica de la empresa fue un problema más difícil. Por la Bubble Act de 1720, todosLas sociedades anónimas por encima de un cierto número de accionistas en Inglaterra necesitaban recibir un estatuto real para constituirse, lo que significaba que se requería una ley del Parlamento.
Winsor libró su campaña de forma intermitente hasta 1807, cuando los inversores constituyeron un comité encargado de obtener una ley del Parlamento. Siguieron esta tarea durante los siguientes tres años, encontrando adversidades en el camino, la más importante de las cuales fue la resistencia de Boulton & Watt en 1809. En ese año, el comité hizo un serio intento para que la Cámara de los Comunes aprobara un proyecto de ley. empoderando al rey para otorgar la carta, pero Boulton & Watt sintieron que su negocio de fabricación de aparatos de luz de gas estaba amenazado y montó una oposición a través de sus aliados en el Parlamento. Aunque un comité parlamentario recomendó su aprobación, fue rechazado en la tercera lectura.
Al año siguiente, el comité volvió a intentarlo, y tuvo éxito con la aquiescencia de Boulton & Watt porque renunciaron a todos los poderes para fabricar aparatos para la venta. La ley requería que la empresa recaudara 100.000 libras esterlinas antes de poder solicitar un estatuto, una condición que tardó los dos años siguientes en cumplirse. George III otorgó la carta en 1812.
Gas manufacturado 1812-1825 [ editar ]
Gas fabricado en Inglaterra [ editar ]
Desde 1812 hasta aproximadamente 1825, el gas fabricado fue predominantemente una tecnología inglesa. Se fundaron varias nuevas empresas de servicios de gas para servir a Londres y otras ciudades del Reino Unido después de 1812. Liverpool, Exeter y Preston fueron las primeras en 1816. Pronto siguieron otras; en 1821, ninguna ciudad con una población de más de 50.000 habitantes carecía de luz de gas. Cinco años después, solo había dos ciudades de más de 10,000 que estaban sin luz de gas. [9] En Londres, el crecimiento de la luz de gas fue rápido. A los pocos años de Gas Light and Coke Company se fundaron nuevas empresas, y siguió un período de intensa competencia cuando las empresas compitieron por los consumidores en los límites de sus respectivas zonas de operaciones. Frederick Accum, en las diversas ediciones de su libro sobre la luz de gas, da una buena idea de la rapidez con la que se difundió la tecnología en la capital. En 1815, escribió que había 4000 lámparas en la ciudad, servidas por 26 millas (42 km) de red. En 1819, elevó su estimación a 51.000 lámparas y 288 millas (463 km) de red. Asimismo, solo había dos plantas de gas en Londres en 1814, y en 1822, había siete y en 1829, había 200 empresas. [7] : 72 El gobierno no reguló la industria en su conjunto hasta 1816, cuando se creó una ley del Parlamento y un puesto de inspector de plantas de gas, cuyo primer titular fue Sir William Congreve.. Incluso entonces, no se aprobaron leyes que regulen toda la industria hasta 1847, aunque se propuso un proyecto de ley en 1822, que fracasó debido a la oposición de las compañías de gas. [7] : 83 Los estatutos aprobados por el Parlamento, sin embargo, contenían varias regulaciones tales como cómo las empresas podían romper el pavimento, etc.
Gas fabricado en Europa y América del Norte [ editar ]
La primera compañía de gas de Francia también fue promovida por Frederick Winsor después de que tuvo que huir de Inglaterra en 1814 debido a deudas impagas y trató de fundar otra compañía de gas en París, pero fracasó en 1819. El gobierno también estaba interesado en promover la industria y en 1817 encargó a Chabrol de Volvic que estudiara la tecnología y construyera un prototipo de planta, también en París. La planta proporcionó gas para iluminar el hospital Saint Louis y el experimento se consideró exitoso. [10] El rey Luis XVIII decidió entonces dar un nuevo impulso al desarrollo de la industria francesa enviando gente a Inglaterra para estudiar la situación allí e instalar luces de gas en varios edificios prestigiosos, como el edificio de la Ópera, la biblioteca nacional. , etc. Se creó una empresa pública a tal efecto en 1818.[11] Pronto siguieron las empresas privadas, y en 1822, cuando el gobierno se movió para regular la industria, había cuatro en funcionamiento en la capital. Las regulaciones aprobadas impidieron que las empresas compitieran, y París se dividió efectivamente entre las diversas empresas que operaban como monopolios en sus propias zonas. [12]
La luz de gas se extendió a otros países europeos. En 1817, PJ Meeus-Van der Maelen fundó una empresa en Bruselas, que comenzó a funcionar al año siguiente. En 1822, había empresas en Amsterdam y Rotterdam que utilizaban tecnología inglesa. [13] En Alemania, la luz de gas se utilizó a pequeña escala desde 1816 en adelante, pero la primera empresa de luz de gas fue fundada por ingenieros y capital inglés. En 1824, se fundó la Imperial Continental Gas Association en Londres para establecer empresas de gas en otros países. Sir William Congreve, segundo baronet , uno de sus líderes, firmó un acuerdo con el gobierno en Hannover y las lámparas de gas se utilizaron en las calles por primera vez en 1826 [14].
La luz de gas fue introducida por primera vez en los Estados Unidos en 1816 en Baltimore por Rembrandt y Rubens Peale, quienes iluminaron su museo con luz de gas, que habían visto en un viaje a Europa. Los hermanos convencieron a un grupo de personas adineradas para que los respaldaran en una empresa más grande. El gobierno local aprobó una ley que permitía a los Peales y sus asociados tender la red eléctrica e iluminar las calles. En 1817 se constituyó una empresa a tal efecto. Después de algunas dificultades con los aparatos y problemas económicos, la empresa contrató a un ingeniero inglés con experiencia en gaslight. Comenzó a florecer y, en la década de 1830, la empresa suministraba gas a 3000 clientes domésticos y 100 farolas. [15] Le siguieron compañías en otras ciudades, la segunda fue Boston Gas Light en 1822 y New York Gas Light Company en 1825.[16] Se construyó una fábrica de gas en Filadelfia en 1835. [17]
Aspectos legales, reglamentarios, ambientales, de salud y seguridad de la fabricación de gas [ editar ]
La iluminación de gas fue una de las tecnologías más debatidas de la primera revolución industrial. En París, ya en 1823, la controversia obligó al gobierno a diseñar normas de seguridad (Fressoz, 2007). Los residuos producidos a partir del carbón destilado a menudo se drenan a los ríos o se almacenan en cuencas que contaminan (y aún contaminan) el suelo. Una de las primeras excepciones fue la fábrica de gas de Edimburgo, donde, a partir de 1822, los residuos se transportaron y luego se canalizaron a la fábrica de Bonnington Chemical y se procesaron para obtener productos valiosos. [18]
Sin embargo, la jurisprudencia del Reino Unido y los EE. UU. Sostenía claramente que la construcción y operación de una planta de gas no fue la creación de una molestia pública en sí , debido a la reputación de las plantas de gas como vecinos altamente indeseables y la contaminación nociva conocida. para emitir a partir de tales, especialmente en los primeros días del gas manufacturado, las plantas de gas recibieron muy poco aviso de los tribunales de que la contaminación (detectable) fuera de sus terrenos, especialmente en los distritos residenciales, sería muy mal vista. De hecho, muchas acciones para la mitigación de molestiaspresentado ante los tribunales resultó en veredictos desfavorables para los fabricantes de gas: en un estudio sobre la legislación ambiental temprana, las acciones por molestias relacionadas con plantas de gas dieron como resultado conclusiones para los demandantes el 80% de las veces, en comparación con una tasa general de victoria de los demandantes del 28,5% en casos de molestias industriales. [19]
Las medidas cautelares, tanto preliminares como permanentes, podían y se emitían a menudo en casos relacionados con obras de gas. Por ejemplo, la mala reputación de las plantas de gas se hizo tan conocida que en City of Cleveland vs. Citizens 'Gas Light Co. , 20 NJ Eq. 201 , un tribunal llegó a prohibir una futura fábrica de gas que aún no se ha construido, evitando que cause vapores y olores molestos y ofensivos en primer lugar. La medida cautelar no solo regulaba el proceso de fabricación de gas, prohibiendo el uso de purificación de cal, sino que también disponía que si surgieran molestias de cualquier tipo en las obras, se emitiría una orden judicial permanente que prohibiera la producción de gas. [20] De hecho, comoEl maestro de los rollos , Lord Langdale , comentó una vez en su opinión en Haines v. Taylor , 10 Beavan 80 , que me ha sorprendido bastante escuchar los efectos de las obras de gas tratados como nada ... todo hombre, en estos días, debe tener la experiencia suficiente que le permita llegar a la conclusión de que, sea una molestia o no, una fábrica de gas es algo muy desagradable. Nadie puede dudar de que los productos volátiles que surgen de la destilación del carbón son extremadamente ofensivos. Es bastante contrario a la experiencia común decir que no lo son ... todo el mundo lo sabe. [21]Sin embargo, a medida que pasaba el tiempo, las plantas de gas comenzaron a verse más como un arma de doble filo y, finalmente, como un bien positivo, ya que las mejoras tecnológicas mitigaron las molestias anteriores y se hicieron evidentes todos los beneficios del gas. Hubo varios impulsos importantes que impulsaron este fenómeno:
- regulación de la contaminación de las plantas de gas (en el caso del Reino Unido, con la aprobación de la Ley de Cláusulas de las obras de gas de 1847), que aumentó el costo de la contaminación, que anteriormente era casi cero, lo que llevó al desarrollo de tecnologías que disminuyeron la actual molestias por contaminación (en muchos casos, conversión de antiguos contaminantes descartados en subproductos rentables);
- el aumento de la "molestia del humo" en la década de 1850, provocada por el uso doméstico y comercial del carbón, en muchas ciudades y metrópolis; la combustión directa del carbón es una fuente de contaminación particularmente notoria; que el uso generalizado de gas podría disminuir, especialmente con el comienzo del uso de gas para fines distintos de la iluminación durante la década de 1870; para cocinar, para calentar viviendas, para hacer agua caliente sanitaria, para generar vapor, para fines industriales y químicos, y para propulsar motores de combustión interna estacionarios, que anteriormente se cumplían con el empleo de carbón;
- el desarrollo de la red de gas de alta presión y los compresores (década de 1900); estos eran capaces de transportar gas de manera eficiente a largas distancias, lo que permitía que una planta de gas fabricado abasteciera un área relativamente grande, lo que conducía a la concentración de las operaciones de fabricación de gas, en lugar de su distribución geográfica; esto resultó en que las obras de gas se pudieran ubicar alejadas de los distritos residenciales y comerciales, donde su presencia podría generar malestar y preocupación para los habitantes de las mismas;
Tanto la era de la consolidación de las plantas de gas a través de sistemas de distribución de alta presión (1900-1930) como el final de la era del gas manufacturado (1955-1975) vieron el cierre de las plantas de gas debido a despidos. Lo que provocó el fin del gas fabricado fue que comenzaron a construirse tuberías para llevar gas natural directamente desde el pozo a los sistemas de distribución de gas. El gas natural era superior al gas fabricado en ese momento, era más barato: se extraía de los pozos en lugar de fabricarse en una fábrica de gas, más fácil de usar, provenía del pozo que requería poca o ninguna purificación, y más seguro, debido a la falta de monóxido de carbono en el producto distribuido. Al cerrarse, pocos sitios de plantas de gas fabricado anteriormente fueron llevados a un nivel aceptable de limpieza ambiental para permitir su reutilización, al menos según los estándares contemporáneos.De hecho, muchos fueron literalmente abandonados en su lugar, dejando residuos de proceso.in situ y nunca desecharse adecuadamente.
Como los desechos producidos por las antiguas plantas de gas manufacturado eran de naturaleza persistente, a menudo (a partir de 2009) todavía contaminan el sitio de las antiguas plantas de gas manufacturado: los desechos que causan la mayor preocupación en la actualidad son principalmente el alquitrán de hulla (mezcla de compuestos aromáticos y alifáticos de cadena larga). hidrocarburos, un subproducto de la carbonización del carbón), mientras que "blue billy" (un subproducto nocivo de la purificación de cal contaminada con cianuros), así como otros residuos de cal y alquitrán de hulla se consideran peligros ambientales menores, aunque importantes. Algunas antiguas plantas de gas manufacturado son propiedad de las empresas de servicios de gas en la actualidad, a menudo en un esfuerzo por evitar que la tierra contaminada pase a ser de uso público y provoque inadvertidamente la liberación de los desechos que contiene. Otros han pasado a ser de uso público y, sin una recuperación adecuada, han causado, a menudo graves, peligros para la salud de sus usuarios. Cuando y donde sea necesario, las antiguas plantas de gas manufacturado están sujetas a leyes de remediación ambiental y pueden estar sujetas a limpiezas por mandato legal.
Aparatos y maquinaria de la fábrica de gas histórica [ editar ]
El diseño básico de los aparatos de luz de gas fue establecido por Boulton & Watt y Samuel Clegg en el período 1805-1812. Se realizaron mejoras adicionales en Gas Light and Coke Company, así como por el creciente número de ingenieros de gas como John Malam y Thomas Peckston después de 1812. Boulton & Watt contribuyó al diseño básico de la retorta, el condensador y el gasómetro, mientras que Clegg se mejoró el gasómetro e introdujo la depuración de cal y el principal hidráulico, otro depurador.
Banco de retorta [ editar ]
El banco de retorta fue la construcción en la que se ubicaron las retortas para la carbonización (sinónimo de pirólisis) de la materia prima de carbón y el desprendimiento de gas de carbón. A lo largo de los años de producción de gas manufacturado, se realizaron avances que convirtieron el banco de retorta de poco más que recipientes de hierro que contenían carbón sobre un fuego abierto a una planta masiva, altamente eficiente, parcialmente automatizada, de escala industrial e intensiva en capital para el carbonización de grandes cantidades de carbón. Varios bancos de retorta solían estar ubicados en una sola "casa de retorta", que había al menos uno en cada fábrica de gas.
Inicialmente, los bancos de retorta tenían muchas configuraciones diferentes debido a la falta de uso prolongado y al conocimiento científico y práctico de la carbonización del carbón. Algunas de las primeras réplicas eran poco más que vasijas de hierro llenas de carbón y colocadas sobre un fuego de carbón con tuberías en sus extremos superiores. Aunque fue práctico para las primeras plantas de gas, esto cambió rápidamente una vez que las primeras plantas de gas sirvieron a más de unos pocos clientes. A medida que aumentaba el tamaño de dichos recipientes, se hizo evidente la necesidad de lograr una mayor eficiencia en el llenado de las retortas, y resultó evidente que llenar las retortas verticales de un solo extremo era fácil; eliminar el coque y los residuos de ellos después de la carbonización del carbón fue mucho más difícil. Por lo tanto, las retortas de gas pasaron de recipientes verticales a recipientes tubulares horizontales.
Las retortas solían estar hechas de hierro fundido durante los primeros días. Los primeros ingenieros de gas experimentaron extensamente con la mejor forma, tamaño y configuración. No dominaba ninguna forma de retorta y se seguían utilizando muchas secciones transversales diferentes. Después de la década de 1850, las retortas generalmente se hicieron de arcilla refractaria debido a una mayor retención de calor, mayor durabilidad y otras cualidades positivas. Las retortas de hierro fundido se utilizaron en pequeñas plantas de gas, debido a su compatibilidad con las demandas allí, con el menor costo de la retorta de hierro fundido, la capacidad de calentar rápidamente para satisfacer la demanda transitoria y la capacidad de reemplazo "plug and play". Esto superó las desventajas de una vida útil más corta, márgenes de temperatura más bajos y la falta de capacidad para fabricarse en formas no cilíndricas. También,La práctica general de trabajos de gas después del cambio a las retortas de arcilla refractaria favoreció las retortas que tenían la forma de una "D" girada 90 grados a la izquierda, a veces con una sección inferior ligeramente inclinada.
Con la introducción de la retorta de arcilla refractaria, se pudieron mantener temperaturas más altas en los bancos de retorta, lo que condujo a una carbonización más rápida y completa del carbón. A medida que se hicieron posibles temperaturas más altas, se introdujeron métodos avanzados de cocción en banco de retorta, catalizados por el desarrollo del horno de solera abierta por Siemens , alrededor de 1855-1870, lo que llevó a una revolución en la eficiencia de las plantas de gas.
Específicamente, los dos principales avances fueron:
- La introducción del banco de retorta de "disparo indirecto". El primer banco de retortas "de cocción directa" consistía en retortas suspendidas sobre un fuego de coque, que calentaba las retortas e impulsaba la carbonización del carbón en el interior para convertirlo en coque, y el desprendimiento de gas. La introducción del disparo indirecto cambió esto. En lugar de calentar las retortas directamente con fuego, el fuego se colocó un poco más abajo y a un lado de las retortas, se llevó a una temperatura muy alta, mientras se reducía el suministro de aire y se introducía una pequeña cantidad de vapor. En lugar de generar grandes cantidades de calor para calentar directamente las retortas, el fuego ahora desprendía gases calientes, específicamente monóxido de carbono y, debido al vapor, también una pequeña cantidad de hidrógeno, que son ambos altamente combustibles. Estos gases suben del fuego a un canal que los lleva al "toberas "- pequeños orificios similares a" fosas nasales ", ubicados junto a las retortas, que disparan los" gases de horno "hacia afuera. Las" toberas "adyacentes emiten una gran cantidad de" aire secundario ", que es aire precalentado, que, al mezclarse con los gases del horno, hace que se enciendan y estallen en llamas y bañen el exterior de las retortas en calor.
- La introducción de recuperación de calor para el precalentamiento del aire de combustión primaria y secundaria. Al hacer que el escape del banco de retorta pase a través de un laberinto de ladrillos refractarios, se pueden extraer cantidades sustanciales de calor. En el otro lado de los canales de escape hay canales para el paso del aire de combustión. Los ladrillos transfieren así el calor del escape al aire de combustión, precalentando el mismo. Esto proporciona un grado mucho mayor de eficiencia térmica en el banco de retorta, lo que hace que pueda usar mucho menos coque, ya que el aire que es precalentado por el calor residual ya está caliente cuando entra al fuego para ser quemado, o el " tobera "para alimentar la combustión secundaria.
Estos dos avances convirtieron el antiguo banco de retorta "disparado directamente" en el banco de retorta avanzado, "disparado indirectamente", "regenerativo" o "generativo", y el uso de coque de plomo dentro de los bancos de retorta (en las obras más grandes) disminuyó desde arriba del 40% del coque producido por las autoclaves a factores tan bajos como el 15% del coque elaborado por las autoclaves, lo que conduce a una mejora en la eficiencia de un orden de magnitud. Estas mejoras impartieron un costo de capital adicional al banco de retorta, lo que hizo que se incorporaran lentamente en las plantas de gas más pequeñas, si es que se incorporaron.
Se observaron mayores aumentos en la eficiencia y la seguridad con la introducción de la retorta "pasante", que tenía una puerta en la parte delantera y trasera. Esto proporcionó una mayor eficiencia y seguridad en la carga y descarga de las retortas, que era un proceso laborioso y, a menudo, peligroso. Ahora se podía sacar el carbón de la retorta, en lugar de sacarlo de la retorta. Una modificación interesante de la réplica "a través" fue la réplica "inclinada" - que llegó a su apogeo en la década de 1880 - una réplica colocada en una pendiente moderada, donde se vertía carbón en un extremo y la retorta se sellaba; después de la pirólisis, se abrió el fondo y se vertió el coque por gravedad. Esto fue adoptado en algunas plantas de gas,pero los ahorros en mano de obra a menudo se veían compensados por la distribución desigual y la pirólisis del carbón, así como por problemas de aglutinación que provocaban que el carbón no saliera del fondo después de la pirólisis que se agravó en ciertos tipos de carbón. Como tal, las retortas inclinadas quedaron obsoletas por los avances posteriores, incluida la máquina de manipulación de retorta y el sistema de retorta vertical.
Se introdujeron varios electrodomésticos de retorta avanzados para mejorar la eficiencia y la comodidad. Se descubrió que el pico de clínker impulsado por aire comprimido o vapor era especialmente útil para eliminar el clínker del área de combustión primaria de los bancos disparados indirectamente; anteriormente, el clínker era un proceso arduo y lento que requería grandes cantidades de mano de obra en la retorta. Otra clase de aparatos introducidos fueron los aparatos, y en última instancia, las máquinas, para la carga y descarga de retorta. Las réplicas generalmente se cargaban usando una pala alargada, en la que se cargaba el carbón; una banda de hombres luego levantaba la pala y la embestía en la retorta. Luego, los hombres rastrillarían el carbón en una capa de espesor uniforme y sellarían la retorta. A continuación, se produciría la producción de gas, y de 8 a 12 horas después, se abriría la retorta,y el carbón se extraería (en el caso de las retortas "con terminación final") o se empujaría (en el caso de las retortas "pasantes") fuera de la retorta. Por lo tanto, la casa de la retorta requería una gran cantidad de mano de obra, ya que a menudo se requería que muchos hombres llevaran la pala que contenía carbón y cargaran la retorta.
Otras instalaciones de gasificación [ editar ]
Desde la retorta, el gas pasaría primero a través de una "trampa" de alquitrán / agua (similar a una trampa en la plomería) llamada tubería principal hidráulica, donde se liberaba una fracción considerable de alquitrán de hulla y el gas se enfriaba significativamente. Luego, pasaría a través de la tubería de salida de la cámara de retorta a un condensador atmosférico o enfriado por agua, donde se enfriaría a la temperatura de la atmósfera o del agua utilizada. En este punto, ingresa a la casa de extracción y pasa por un "extractor", una bomba de aire que mantiene la red hidráulica y, en consecuencia, las retortas a presión negativa (siendo la presión cero la atmosférica). Luego se lavaría en una "lavadora" haciéndola burbujear con agua, para extraer los alquitranes restantes. Después de esto, entraría en un depurador. Entonces el gas estaría listo para su distribución,y pasar a una gasa para almacenamiento.
Principal hidráulico [ editar ]
Dentro de cada casa de retortas, los bancos de retortas se alinearían uno al lado del otro en una fila larga. Cada retorta tenía una puerta de carga y descarga. Pegado a cada puerta había un tubo de ascensión, para llevar el gas a medida que se desprendía del carbón que había dentro. Estos tubos subirían a la parte superior del banco donde terminarían en una "U" invertida con la pata de la "U" desapareciendo en una estructura larga en forma de canal (con una parte superior cubierta) hecha de hierro fundido llamada hidráulica. principal que se colocó encima de la fila de bancos cerca de su borde frontal. Corría continuamente a lo largo de la fila de bancos dentro de la casa de la retorta, y cada tubo de ascensión de cada retorta descendía a ella.
La tubería principal hidráulica tenía un nivel de una mezcla líquida de (inicialmente) agua, pero, después del uso, también alquitrán de hulla y licor amoniacal. Cada tubo de ascensión de la retorta cayó por debajo del nivel del agua al menos una pequeña cantidad, quizás una pulgada, pero a menudo considerablemente más en los primeros días de la fabricación de gas. El gas desprendido de cada retorta burbujearía así a través del líquido y emergería de él hacia el vacío sobre el líquido, donde se mezclaría con el gas desprendido de las otras retortas y se extraería a través de la tubería sucia hacia el condensador.
El sello líquido tenía dos propósitos: primero, extraer algo de alquitrán y licor, ya que el gas de la retorta estaba cargado de alquitrán y la tubería principal hidráulica podía eliminar el gas hasta cierto punto; una mayor eliminación del alquitrán se llevaría a cabo en el condensador, la lavadora / depuradora y el extractor de alquitrán. Aún así, habría menos alquitrán con el que lidiar más tarde. En segundo lugar, el sello de líquido también proporcionó una defensa contra la entrada de aire en la tubería principal hidráulica: si la tubería principal no tenía líquido dentro y se dejaba una retorta abierta con la tubería no cerrada, y el aire se combinaba con el gas, la tubería principal podría explotar, junto con los bancos cercanos.
Sin embargo, después de los primeros años del gas, la investigación demostró que un sello excesivo y muy profundo en la tubería principal hidráulica ejercía una contrapresión sobre todas las retortas, ya que el carbón que contenía se estaba gasificando, y esto tenía consecuencias perjudiciales; el carbono probablemente se depositaría en el interior de las retortas y las tuberías de ascensión; y la capa inferior de alquitrán a través de la cual el gas tendría que viajar en una tubería principal profundamente sellada le quitó al gas algo de su valor iluminante. Como tal, después de la década de 1860, las tuberías principales hidráulicas se hicieron funcionar a alrededor de 1 pulgada de sello, y no más.
Los sistemas de autoclave posteriores (muchos tipos de autoclaves verticales, especialmente los de funcionamiento continuo) que tenían otras protecciones anti-oxígeno, como válvulas de retención, etc., así como autoclaves más grandes, a menudo omitían la tubería principal hidráulica por completo y iban directamente a los condensadores. - como se podían utilizar otros aparatos y edificios para la extracción de alquitrán, el principal era innecesario para estos sistemas.
Condensador [ editar ]
Condensadores refrigerados por aire
Los condensadores se enfriaron por aire o por agua. Los condensadores enfriados por aire a menudo se componían de tramos extraños de tuberías y conexiones. Las principales variedades de uso común se clasificaron de la siguiente manera:
(a) Tipos horizontales
(b) Tipos verticales
(c) Tipos anulares
(d) El condensador de la batería.
El condensador horizontal era una tubería principal asquerosa extendida con la tubería en un patrón en zigzag de un extremo a otro de una de las paredes de la casa de la retorta. Las conexiones de brida eran esenciales ya que era probable que se produjeran bloqueos de naftaleno o depósitos de brea. Los líquidos condensados fluyeron por las tuberías inclinadas en la misma dirección que el gas. Siempre que el flujo de gas fuera lento, este era un método eficaz para eliminar el naftaleno. Los condensadores de aire verticales tenían salidas de gas y alquitrán.
El condensador atmosférico anular fue más fácil de controlar con respecto a las velocidades de enfriamiento. El gas en los cilindros verticales altos tenía forma anular y permitía exponer una superficie interior y exterior al aire de refrigeración. Los tubos laterales diagonales transportaban el gas caliente a los extremos superiores de cada cilindro anular. Se instalaron válvulas de mariposa o amortiguadores en la parte superior de cada tubería de aire vertical, de modo que se pudiera regular la cantidad de enfriamiento.
El condensador de la batería era una caja larga y estrecha dividida internamente por placas deflectoras que hacen que el gas tome un rumbo tortuoso. El ancho de la caja era generalmente de aproximadamente 2 pies, y pequeños tubos que pasaban de lado a lado forman la principal superficie de enfriamiento. Los extremos de estos tubos se dejaron abiertos para permitir el paso del aire. La obstrucción causada por los tubos jugó un papel en la ruptura y el lanzamiento de los alquitranes suspendidos en el gas.
Típicamente, las plantas que usan tuberías y aparatos de hierro fundido permitían 5 pies cuadrados de área superficial por cada 1,000 pies cúbicos de gas producidos por día. Esto podría reducirse ligeramente cuando se utiliza hierro forjado o acero dulce. [22]
Condensadores refrigerados por agua
Los condensadores enfriados por agua estaban casi construidos a partir de placas de acero dulce remachadas (que forman la cubierta exterior) y tubos de acero o hierro forjado. Se utilizaron dos tipos distintos:
(a) Condensadores multitubulares.
(b) Condensadores de tubos de agua.
A menos que el agua de refrigeración estuviera excepcionalmente limpia, se prefirió el condensador de tubos de agua. La principal diferencia entre el condensador multitubular y el de tubos de agua era que en el primero el agua pasaba al exterior y alrededor de los tubos que transportan el gas caliente, y en el segundo tipo sucedía lo contrario. Así, cuando solo se disponía de agua fangosa bombeada de ríos o canales; se utilizó el condensador de tubo de agua. Cuando el gas entrante estaba particularmente sucio y contenía una cantidad indeseable de alquitrán pesado, la cámara exterior podía obstruirse por esta causa.
El gas caliente se saturó con vapor de agua y representó la mayor parte del trabajo total de condensación. El vapor de agua tiene que perder grandes cantidades de calor, al igual que cualquier hidrocarburo licuable. Del trabajo total de condensación, el 87% se contabilizó en la eliminación de vapor de agua y el resto se utilizó para enfriar gases permanentes y para condensar hidrocarburos licuables. [23]
Como también se suspendieron en el gas partículas extremadamente finamente divididas, fue imposible separar la materia particulada únicamente mediante una reducción de la presión de vapor. El gas se sometió a procesos para eliminar todo rastro de materia sólida o líquida antes de llegar a la planta de purificación húmeda. En algunas plantas se utilizaron separadores centrífugos, como el aparato Colman Cyclone, para este proceso.
Los condensados de hidrocarburos eliminaron en el orden alquitranes pesados, alquitranes medios y finalmente alquitranes ligeros y neblina de aceite. Aproximadamente el 60-65% de los alquitranes se depositarían en la tubería principal hidráulica. La mayor parte de este alquitrán eran alquitranes pesados. Los alquitranes medianos se condensaron durante el paso de los productos entre el hidráulico y el condensador. La niebla de aceite de alquitrán más ligera viajaría considerablemente más lejos.
En general, la temperatura del gas en la tubería hidráulica varía entre 140-160 ° F. Los componentes más susceptibles de perderse fueron el benceno, el tolueno y, en cierta medida, el xileno, que tuvieron un efecto importante en el poder de iluminación final. del gas. Los alquitranes eran perjudiciales para el poder de iluminación y se aislaron del gas lo más rápidamente posible. [24]
Exhauster [ editar ]
Principal hidráulico y condensador mantenidos a presión negativa.
Había varios tipos de extractores.
- El extractor de tipo eyector / aspirador de vapor usaba un chorro de vapor / venturi sustancial para mantener la presión negativa en el condensador y la tubería hidráulica principal. Este tipo de extractor era mecánicamente simple, no tenía partes móviles y, por lo tanto, prácticamente no tenía posibilidades de fallar. Sin embargo, consumió una cantidad comparativamente grande de vapor. A menudo se utiliza como extractor de respaldo; en esta función continuó como un respaldo confiable hasta el final de la era del gas fabricado.
- Extractores alternativos de varios tipos. El extractor accionado por motor de vapor usaba una bomba de cilindro para bombear gas. Relativamente confiable, pero ineficiente, utiliza grandes cantidades de vapor, pero menos que el extractor de tipo eyector. Usado en los primeros días de los extractores, pero rápidamente obsoleto.
- Aspirador tipo soplador.
- Turboexhaustor.
La lavadora-fregadora [ editar ]
Extracciones finales de fracciones deletéreas menores.
Los depuradores que utilizaban agua se diseñaron en los 25 años posteriores a la fundación de la industria. Se descubrió que la eliminación de amoníaco del gas dependía de la forma en que el agua entraba en contacto con el gas a purificar. Se descubrió que esto se realiza mejor con el Tower Scrubber. Este depurador consistía en un recipiente cilíndrico alto, que contenía bandejas o ladrillos que se apoyaban en rejillas. El agua, o licor de gas débil, goteó sobre estas bandejas, manteniendo así las superficies expuestas completamente mojadas. El gas a purificar se pasó a través de la torre para entrar en contacto con el líquido. En 1846 George Lowe patentó un dispositivo con tubos perforados giratorios para suministrar agua o licor purificador. En una fecha posterior, Paddon introdujo la lavadora rotativa y la usó en Brighton alrededor de 1870.A este prototipo de máquina le siguieron otros de construcción mejorada; en particular por Kirkham, Hulett y Chandler, quienes introdujeron el conocido Standard Washer Scrubber, Holmes, de Huddersfield, y otros. El lavador de torre y el lavador de lavado giratorio permitieron eliminar completamente el amoníaco del gas.[7]
Purificador [ editar ]
El gas de carbón proveniente directamente del banco era una sopa nociva de productos químicos, y la eliminación de las fracciones más perjudiciales era importante para mejorar la calidad del gas, evitar daños en los equipos o instalaciones y recuperar los ingresos de la venta de los productos extraídos. productos químicos. La presencia de varias fracciones ofensivas en un gas distribuido puede provocar problemas: el alquitrán en el gas distribuido puede adherirse a las tuberías (y podría venderse por un buen precio), los vapores de amoniaco en el gas pueden provocar problemas de corrosión (y el amonio extraído el sulfato era un fertilizante decente), los vapores de naftaleno en el gas podrían obstruir las tuberías de gas e incluso el dióxido de carbonoen el gas se sabía que disminuía la iluminación; por lo tanto, varias instalaciones dentro de las plantas de gas se encargaron de la eliminación de estos efluentes nocivos. Pero estos no se comparan con el contaminante más peligroso en el gas de carbón crudo: el sulfureto de hidrógeno ( sulfuro de hidrógeno , H 2 S). Esto se consideró absolutamente inaceptable por varias razones:
- El gas olía a huevos podridos cuando se quemaba;
- La fábrica de gas y el distrito adyacente olían a huevos podridos cuando la fábrica de gas producía gas;
- El gas, al quemarse, formaría dióxido de azufre , que se oxidaría rápidamente a trióxido de azufre , y posteriormente reaccionaría con el vapor de agua producido por la combustión para formar vapor de ácido sulfúrico . En una vivienda, esto podría conducir a la formación de atmósferas irritantes, venenosas y corrosivas donde y cuando se quema.
- El gas manufacturado se distribuía originalmente en los distritos acomodados, por lo que era un fruto fácil para la empresa de gas. Estas personas pertenecían a una clase conocida por poseer artículos de plata de diversos tipos. Si se expone a una atmósfera sulfurosa, la plata se empaña, y una atmósfera sulfurosa indudablemente estaría presente en cualquier casa iluminada con gas sulfurado.
Como tal, la eliminación del sulfureto de hidrógeno recibió el mayor nivel de prioridad en las plantas de gas. Existía una instalación especial para extraer el sulfureto de hidrógeno, conocido como purificador. El purificador fue posiblemente la instalación más importante en las plantas de gas, si no se incluye el banco de retorta en sí.
Originalmente, los purificadores eran tanques simples de agua de cal, también conocidos como crema o lechada de cal, [25] donde se burbujeaba el gas crudo del banco de retorta para eliminar el sulfureto de hidrógeno. Este proceso original de purificación se conocía como el proceso de "cal húmeda". El residuo de cal que quedó del proceso de "cal húmeda" fue uno de los primeros verdaderos "desechos tóxicos", un material llamado " blue billy". Originalmente, los desechos de la casa purificadora se arrojaban a un cuerpo de agua cercano, como un río o un canal. Sin embargo, después de que los peces matan, la forma nauseabunda en que los ríos apestaban y el hedor verdaderamente horrible causado por la exposición de residuos si el río se estaba agotando, el público clamaba por mejores medios de eliminación. Por lo tanto, se apilaba en montones para su eliminación. Algunos empresarios de gas emprendedores intentaron venderlo como herbicida, pero la mayoría de la gente no quería tener nada que ver con él. y, en general, se consideraba un desperdicio que era a la vez maloliente y venenoso, y las fábricas de gas no podían hacer mucho con él, excepto enterrarlo. Pero este no fue el final del "billy azul", porque después de enterrarlo, la lluvia solía caer en su lugar de enterramiento, y filtrar el veneno y el hedor de los desechos enterrados, que podrían desembocar en campos o arroyos.Después de innumerables fiascos con el "billy azul" contaminando el medio ambiente, un público furioso, ayudado por tribunales, jurados, jueces y maestros de cancillería, a menudo estaba muy dispuesto a exigir que las fábricas de gas buscaran otros métodos de purificación, e incluso pagaran por los daños causados por sus antiguos métodos de depuración.
Esto condujo al desarrollo del proceso de purificación de "cal seca", que era menos eficaz que el proceso de "cal húmeda", pero tenía consecuencias menos tóxicas. Aún así, fue bastante nocivo. La cal apagada (hidróxido de calcio) se colocó en capas gruesas en bandejas que luego se insertaron en una torre purificadora cuadrada o en forma de cilindro por la que luego se hizo pasar el gas, de abajo hacia arriba. Después de que la carga de cal apagada había perdido la mayor parte de su eficacia de absorción, el purificador se apagó del flujo de gas y se abrió o se introdujo aire. Inmediatamente, la cal apagada impregnada con azufre reaccionaría con el aire. para liberar grandes concentraciones de hidrógeno sulfurado, que luego saldría de la casa purificadora y haría que las fábricas de gas y el distrito apestaran a hidrógeno sulfurado.Aunque tóxico en concentraciones suficientes o exposiciones prolongadas, el sulfuret generalmente era nauseabundo para exposiciones breves a concentraciones moderadas, y era simplemente un peligro para la salud (en comparación con el peligro absoluto del "billy azul") para los empleados de la fábrica de gas y los vecinos. de las plantas de gas. La cal sulfurada no era tóxica, pero no muy deseada, apestaba levemente al olor del sulfuret, y se esparcía como fertilizante de baja calidad, estando impregnada con amoniaco hasta cierto punto. Los escandalosos hedores de muchas obras de gas llevaron a muchos ciudadanos a considerarlos como molestias públicas y atrajeron la atención de reguladores, vecinos y tribunales.y era simplemente un peligro para la salud (en comparación con el peligro absoluto del "billy azul") para los empleados de la fábrica de gas y los vecinos de la fábrica de gas. La cal sulfurada no era tóxica, pero no muy deseada, apestaba levemente al olor del sulfuret y se esparcía como fertilizante de baja calidad, estando impregnada con amoniaco hasta cierto punto. Los escandalosos hedores de muchas plantas de gas llevaron a muchos ciudadanos a considerarlos como molestias públicas y atrajeron la atención de reguladores, vecinos y tribunales.y era simplemente un peligro para la salud (en comparación con el peligro absoluto del "billy azul") para los empleados de la fábrica de gas y los vecinos de la fábrica de gas. La cal sulfurada no era tóxica, pero no muy deseada, apestaba levemente al olor del sulfuret y se esparcía como fertilizante de baja calidad, estando impregnada con amoniaco hasta cierto punto. Los escandalosos hedores de muchas plantas de gas llevaron a muchos ciudadanos a considerarlos como molestias públicas y atrajeron la atención de reguladores, vecinos y tribunales.Los escandalosos hedores de muchas plantas de gas llevaron a muchos ciudadanos a considerarlos como molestias públicas y atrajeron la atención de reguladores, vecinos y tribunales.Los escandalosos hedores de muchas plantas de gas llevaron a muchos ciudadanos a considerarlos como molestias públicas y atrajeron la atención de reguladores, vecinos y tribunales.
La "molestia del gas" finalmente se resolvió mediante el proceso de "mineral de hierro". Ingenieros emprendedores de plantas de gas descubrieron que el mineral de hierro de la ciénaga podría usarse para eliminar el hidrógeno sulfurado del gas, y no solo podría usarse para tal, sino que podría usarse en el purificador, expuesto al aire, de donde sería rejuvenecido, sin emitir gas hidrógeno sulfurado nocivo, siendo el azufre retenido en el mineral de hierro. Luego, podría reinsertarse en el purificador y reutilizarse y rejuvenecerse varias veces, hasta que estuviera completamente incrustado con azufre. Luego, podría venderse a las fábricas de ácido sulfúrico por una pequeña ganancia. A veces, la cal todavía se usaba después de que el mineral de hierro había eliminado completamente el sulfureto de hidrógeno, para eliminar el ácido carbónico (dióxido de carbono, CO 2 ),el bisulfuret de carbono ( disulfuro de carbono, CS 2 ), y el amoniaco aún aeroformado después de su recorrido por la obra. Pero no se volvió tan nocivo como antes y, por lo general, podría obtener una tasa decente como fertilizante cuando se impregna con amoníaco. Esto finalmente resolvió las mayores molestias de contaminación de las plantas de gas, pero aún quedaban problemas menores, aunque no ninguno que la casa purificadora pudiera resolver.
Los diseños de purificadores también pasaron por diferentes etapas a lo largo de los años.
El gasholder [ editar ]
Los Gasholders se construyeron con una variedad de materiales, ladrillo, piedra, hormigón, acero o hierro forjado. El recipiente o recipiente flotante es el depósito de almacenamiento del gas, y tiene el propósito de igualar la distribución del gas bajo presión y asegura la continuidad del suministro, mientras el gas permanece en el recipiente. Son cilíndricos como un vaso de precipitados invertido y trabajan hacia arriba y hacia abajo en el tanque. Para mantener una verdadera posición vertical, la embarcación tiene rodillos que funcionan sobre rieles de guía unidos a los lados del tanque y a las columnas que rodean el soporte.
Los Gasholders pueden ser simples o telescópicos en dos o más ascensores. Cuando se fabrica en forma telescópica, su capacidad podría aumentarse hasta cuatro veces la capacidad del soporte de elevación simple para dimensiones iguales de tanque. Se encontró que las versiones telescópicas eran útiles ya que conservaban el espacio del suelo y el capital. [26]
Instalaciones menores e incidentales de plantas de gas de carbón [ editar ]
La planta de gas contaba con numerosos pequeños aparatos e instalaciones para ayudar en diversas tareas de gestión de gas o servicios auxiliares.
Calderas [ editar ]
Con el paso de los años, las calderas (para la generación de vapor) se volvieron extremadamente comunes en la mayoría de las plantas de gas por encima de las pequeñas; las obras más pequeñas solían utilizar motores de combustión interna de gas para realizar algunas de las tareas que realizaba el vapor en las obras más grandes.
Steam was in use in many areas of the gasworks, including: For the operation of the exhauster; For scouring of pyrolysis char and slag from the retorts and for clinkering the producer of the bench; For the operation of engines used for conveying, compressing air, charging hydraulics, or the driving of dynamos or generators producing electric current; To be injected under the grate of the producer in the indirectly fired bench, so as to prevent the formation of clinker, and to aid in the water-gas shift reaction, ensuring high-quality secondary combustion; As a reactant in the (carburetted) water gas plant, as well as driving the equipment thereof, such as the numerous blowers used in that process, as well as the oil spray for the carburettor; For the operation of fire, water, liquid, liquor, and tar pumps; For the operation of engines driving coal and coke conveyor-belts; For clearing of chemical obstructions in pipes, including naphthalene & tar as well as general cleaning of equipment; For heating cold buildings in the works, for maintaining the temperature of process piping, and preventing freezing of the water of the gasholder, or congealment of various chemical tanks and wells.
Heat recovery appliances could also be classed with boilers. As the gas industry applied scientific and rational design principles to its equipment, the importance of thermal management and capture from processes became common. Even the small gasworks began to use heat-recovery generators, as a fair amount of steam could be generated for "free" simply by capturing process thermal waste using water-filled metal tubing inserted into a strategic flue.
Dynamos/generators[edit]
A medida que surgió la era eléctrica, las plantas de gas comenzaron a usar electricidad, generada en el sitio, para muchas de las funciones de plantas más pequeñas que anteriormente realizaban motores de vapor o gas, que eran poco prácticos e ineficientes para usos pequeños de sub-caballos de fuerza. sin conexiones mecánicas complejas y propensas a fallas. A medida que se conocieron los beneficios de la iluminación eléctrica, a veces la planta de gas progresiva se diversificó también hacia la generación eléctrica, ya que el coque para la producción de vapor podía obtenerse in situ a precios bajos, y las calderas ya estaban en proceso.
Almacenamiento de carbón [ editar ]
Según Meade, las plantas de gas de principios del siglo XX solían tener a mano varias semanas de carbón. Esta cantidad de carbón podría causar problemas importantes, porque el carbón era propenso a la combustión espontánea cuando estaba en grandes pilas, especialmente si llovían, debido a la capa protectora de polvo del carbón que se lava, exponiendo toda la superficie porosa del carbón. de carbón de leve a altamente activado debajo; en una pila pesada con malas características de transferencia de calor, el calor generado podría provocar la ignición. Pero el almacenamiento en espacios confinados con aire incorporado tampoco era muy valorado, ya que la eliminación del calor residual sería difícil y la lucha contra un incendio si se iniciaba podría resultar en la formación de monóxido de carbono altamente tóxico a través de la reacción agua-gas, causada por permitir que el agua pase sobre carbón extremadamente caliente (H2 O + C = H 2 + CO), que sería peligroso en el exterior, pero mortal en un espacio confinado.
El almacenamiento de carbón se diseñó para aliviar este problema. Generalmente se utilizaron dos métodos de almacenamiento; instalaciones cubiertas bajo el agua o al aire libre. A la pila cubierta al aire libre, a veces también se aplicaron accesorios de enfriamiento; por ejemplo, medios para permitir la circulación del aire a través de las profundidades de la pila y la evacuación del calor. Las cantidades de almacenamiento variaron, a menudo debido a las condiciones locales. Las obras en áreas con conflictos industriales a menudo almacenan más carbón. Otras variables incluyeron la seguridad nacional; por ejemplo, la planta de gas de Tegel en Berlín tenía alrededor de 1 millón de toneladas de carbón (6 meses de suministro) en gigantescas instalaciones de búnkeres submarinos de media milla de largo (Meade 2e, p. 379).
Carbón de carbón y de máquina [ editar ]
La alimentación de máquinas o alimentación eléctrica se utilizó para reemplazar la mano de obra y minimizar las interrupciones debidas a disputas laborales. Cada retorta requería típicamente dos juegos de tres fogoneros. Se pidió a dos de los fogoneros que levantaran la punta de la pala en la retorta, mientras que el tercero la empujaría y la voltearía. Se introduciría carbón por cada lado de la retorta. El coque producido se eliminaría también de ambos lados. Bandas de fogoneros trabajaban turnos de 12 horas, aunque el trabajo no era continuo. El trabajo también era estacional, y se requería ayuda adicional en invierno. La alimentación mecánica requirió una colocación más uniforme de las retortas. El aumento del costo de la mano de obra aumentó el margen de beneficio al experimentar e instituir el avivamiento de máquinas. [27]
Almacenamiento de alquitrán / licor [ editar ]
Las industrias químicas demandaban alquitrán de hulla y las fábricas de gas podían proporcionárselo; por lo que el alquitrán de hulla se almacenaba in situ en grandes depósitos subterráneos. Como regla general, estos eran tanques de metal de pared simple, es decir, si no eran mampostería porosa. En aquellos días, las fugas de alquitrán subterráneas se consideraban simplemente un desperdicio de alquitrán; fuera de la vista estaba verdaderamente fuera de la mente; y esas fugas generalmente se abordaban sólo cuando la pérdida de ingresos de los "pozos" de alquitrán con fugas, como se les llamaba a veces, excedía el costo de reparación de la fuga.
El licor amoniacal también se almacenó en el sitio, en tanques similares. A veces, la planta de gas tenía una planta de sulfato de amonio , para convertir el licor en fertilizante, que se vendía a los agricultores.
Medidor de estación [ editar ]
Este medidor de gas a gran escala midió con precisión el gas a medida que salía de la fábrica a la red. Fue de suma importancia, ya que la planta de gas equilibró la cuenta del gas emitido con la cantidad de gas pagado y se esforzó por detectar por qué y cómo variaban entre sí. A menudo, se combinaba con un regulador dinámico para mantener la presión constante, o incluso para modular la presión en momentos específicos (a veces se usaba una serie de picos de presión rápidos con farolas debidamente equipadas para encender o apagar automáticamente de forma remota).
Carburador menor anti-naftaleno [ editar ]
Este dispositivo inyectaba una fina neblina de nafta en el gas de salida para evitar la cristalización de naftaleno en la red y su consiguiente bloqueo. Se descubrió que la nafta es un disolvente bastante eficaz para estos fines, incluso en pequeñas concentraciones. Cuando surgieron problemas con la naftalina, como ocurría ocasionalmente incluso después de la introducción de este carburador menor, se envió un equipo de trabajadores para soplar vapor en la tubería principal y disolver el bloqueo; sin embargo, antes de su introducción, el naftaleno era una molestia muy importante para las plantas de gas.
Bomba de refuerzo de distribución de alta presión [ editar ]
Este dispositivo impulsado por un motor de vapor o de gas comprimía el gas para inyección en la red de alta presión, que a principios del siglo XX comenzó a usarse para transportar gas a mayores distancias a la red individual de baja presión, que servía a los usuarios finales. Esto permitió que las obras sirvieran a un área más grande y lograran economías de escala.
Tipos de gases combustibles fabricados históricamente [ editar ]
| Gas fabricado | Materia prima | Fabricar | Composición | Rendimiento de calor a temperatura y presión estándar (STP) ( BTU / pie 3 ) | Rendimiento de luz en STP ( vela estándar / pie 3 ) | Notas |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Gas de carbón | Principalmente carbón bituminoso o de canal. Se utiliza ocasionalmente lignito. | Carbonization (pyrolysis) of the coal feedstock (the heating of the coal feedstock in the absence of oxygen.) The gas produced by the hot coal is the gas distributed. | As distributed, contains a moderate proportion of marsh gas (methane, CH4), hydrogen (H2), carbonic oxide (carbon monoxide, CO), and simple hydrocarbon "illuminants", including oliefant gas (ethylene, C2H4) and acetylene gas (C2H2). In addition, prior to treatment, contains coal tars (complex aliphatic and aromatic hydrocarbons), ammoniacal liquor (gaseous ammonia, NH3, and aqueous ammonia, NH4OH), the sulfuret of hydrogen (H2S), and the sulfuret of carbon (CS2). | 500–650 | 10–18 | El tipo más antiguo, introducido en 1798 por Murdoch, et al .; cuando el término "gas manufacturado" o "gas ciudad" se utiliza sin calificativos, generalmente se refiere al gas de carbón. Rendimiento de iluminante sustancialmente mayor con el uso de " carbón de canal " especial , que puede ser pizarra bituminosa moderna , más rica en hidrocarburos que la mayoría del carbón gaseoso normal (carbón bituminoso). |
| Gas de madera | Recursos madereros. | Carbonización (pirólisis) de la materia prima de la madera (el calentamiento de la materia prima de la madera en ausencia de oxígeno). Los volátiles desprendidos de la madera calentada son los gases distribuidos. | Productos resultantes desconocidos. Probablemente gas de pantano, hidrógeno y óxido carbónico, junto con algunos hidrocarburos y compuestos orgánicos, como trementina. | ? | <10 | Wood was used as a feedstock during the early days (1820s - 1850s) of manufactured gas in certain areas of the United States, due to lack of development of coal resources. Wood was carbonized in a manner similar to coal; however, the gas evolved was markedly inferior to that of coal in lighting and heating qualities. Still very useful for lighting. This wood gas produced solely through pyrolysis should not be confused with wood gas as used today; the modern wood gas generator produces its synthesis gas through the complete gasification process, as described below. |
| Oil pyrolytic gas. | Petroleum oil. | Carbonization (pyrolysis) of petroleum (the heating of the petroleum feedstock in the absence of oxygen.) The gas produced by the heated & decomposed oil is the gas distributed. | As distributed, contains an extremely high proportion of simple hydrocarbon "illuminants", including oliefant gas (ethylene, C2H4) and acetylene gas (C2H2), as well as propane gas (C3H8), marsh gas (methane, CH4), hydrogen (H2), and a small amount of carbonic oxide (carbon monoxide, CO). | 1000–1500 | 40–60 | Initial experiments in 1817–1825, which were failures; began to be used widely in 1860s. Simpler, much less labor-intensive manufacturing process. Oil very expensive feedstock compared to coal; prices (and illuminous efficacy per ft3) double to triple that of regular coal gas. |
| Gas de aceite semi-agua catalítico. (Proceso de Jones mejorado) | Aceite de petróleo. | Reacción parcial escalonada de aceite de petróleo utilizando vapor a alta temperatura en ambiente catalítico. El gas producido por el petróleo parcialmente reaccionado y parcialmente craqueado es el gas distribuido. | Según se distribuye, contiene 35 - 40% de hidrógeno (H 2 ), 45% - 50% de gas de marisma (metano, CH 4 ) y el resto de hidrocarburos superiores y óxido carbónico (monóxido de carbono, CO). | 500–700 | 10-18 | EC Jones, ingeniero jefe de gas de San Francisco Gas Light Company (más tarde PG&E ) desarrolló este ingenioso proceso para convertir el petróleo en un gas muy similar al producido por la pirólisis del carbón utilizando un retrolavado catalítico de gas y vapor ya producidos para proporcionar una atmósfera de hidrógeno para estimular la disociación del aceite con una producción mínima de negro de lámpara. [28] [29]Revolucionó por sí solo la producción de gas en la costa del Pacífico, ya que el petróleo era abundante en comparación con el carbón, y podía convertirse en un gas capaz de reemplazar directamente el gas de carbón, eliminando la necesidad de que el carbón se envíe por transporte acuático desde Australia y el Lejano Oriente. a los puertos del Pacífico a un alto costo. El Proceso Jones Mejorado y las evoluciones de ese proceso continuaron utilizándose en la costa del Pacífico hasta el final de la era del gas fabricado. |
| Gas pobre | Carbón de antracita, coque, polvo y desechos de carbón bituminoso, lignito o biomasa. | Fabricado mediante la combustión incompleta de diferentes materias primas carboníferas en una atmósfera extremadamente caliente (> = 1100 ° C) y limitada en oxígeno, con la ayuda de la inyección de un pequeño flujo estequiométrico de vapor. | Contiene una alta proporción de nitrógeno (N 2 ) y óxido carbónico (monóxido de carbono, CO), cantidades limitadas de hidrógeno (H 2 ) y una cantidad muy pequeña de gas de los pantanos (metano, CH 4 ). | 100-170 | nulo | Producido en los primeros días de la gasificación del carbón; sin embargo, solo se volvió común después de la invención del ciclo Otto internal combustion engine for which it was an ideal fuel, as well as small-sized, reliable gas producers, which allowed the easy generation of producer gas nearly anywhere a supply of anthracite or coke was available. Gas generally not distributed past the walls of the production site, but used on location, due to low energy content and that it was mostly composed of deadly carbonic oxide. Used for standard domestic gas needs within institutions large enough to justify a hired man for the upkeep of the producer; these institutions often included work-houses, alms-houses, reformatories, orphanages, houses of correction, lunatic asylums, lyceums, industrial schools, and penitentiaries. Bulk heating, electric generation, and engine-running uses; also for welding purposes, as it possesses a "reducing flame" and a high temperature. N.B. One variant of producer gas was Mond gas, known for both its consistent yield and that ammonia could be obtained as a byproduct. Slight modifications of producer necessary. |
| Water gas | Coke or anthracite coal and steam. | Manufactured by the reaction of extremely hot feedstock and steam in a superheated non-oxygen atmosphere. | Contains high proportions of carbonic oxide (carbon monoxide, CO) and hydrogen (H2), and very low proportions of other gasses. | ~ 300 | nil | Manufacture known since late 1830s. However, not optimized for profitable generation until approximately 1865–70. Produced using an intermittent process; first, the exothermic "blow", where the feedstock was heated by blowing air through it, followed by an endothermic "run", where the air was cut off, and steam passed through the now superhot feedstock, leading to the decomposition of the steam and scavenging of carbon from the feedstock. Generally mixed with coal gas, valued for being able to be produced "just in time" with 1 hour's notice, unlike coal gas, which would require 4+ days to bring online from idle. Low labor and capital costs, however, high, inefficient use of anthracite/coke feedstock. |
| Carburetted water gas | Water gas and petroleum or coal tar. | Manufactured by passing just-produced, super-hot water gas through a superheated "carburettor" into which petroleum or coal tar oil is sprayed, accomplishing the "cracking" of the oil into the gas. | Contains high proportions of carbonic oxide (carbon monoxide, CO) and hydrogen (H2), and moderate proportions of marsh gas (methane, CH4) and mixed hydrocarbon illuminant gasses. | 400–700 | 10–25 | Introduced in 1876. Became a common process during the heady days of gas-lighting from the 1870s to the first decade of the 20th century, especially useful for mixing with coal gas. Process had similar positives and negatives as straight water gas, but also had illuminant value, as well as higher cost, due to oil/tar use. Variable illuminant yield, depending on amount/quality of oil spray. As gas steadily lost ground as an illuminant, extensive carburetting reduced to low values or carburetting omitted entirely, representing a return to water gas. |
| Complete gasification gas | Gas-evolving coal or other organics. | Manufactured by a complex, staged process where as coal travelled down the vertical axis of an upright, semi-cylindrical reaction chamber, it would be subject to different chemical reactions based on what was being fed into that area of the reaction chamber. | Mix of carbonic oxide (carbon monoxide, CO), marsh gas (methane, CH4), hydrogen (H2), a small quantity of simple hydrocarbon illuminants, along with small quantities of nitrogen and carbon dioxide. | 330–400 | > 8 | Earliest processes from 1895, came into industrial-scale use by 1918 (Meade, p. 766–769). Numerous processes developed, many in Germany, Austria, and other Continental nations. Potential of retaining over 75% energy of feedstock in gas with heat recovery from raw gas (Meade, p. 762), as compared to ~55% feedstock energy retention of other gasification processes.[30] |
See also[edit]
- Blau gas
- Pintsch gas
- Industrial gas
- Gas Light and Coke Company
References[edit]
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Hatheway, Allen W. "Literature of Manufactured Gas". Retrieved 27 May 2012.
