Искусственный катализатор

Проф. И. Е. АДАДУРОВ

Будущее нашей химии тесно связано с развитием каталитических знаний. Катализ уже сейчас играет важнейшую роль в большинстве основных отраслей химической промышленности. Катализом мы называем то изменение в скорости химической реакции, которое происходит в присутствии определенных веществ, так называемых катализаторов. Вещества эти только способствуют протеканию химической реакции, но сами они в ней не участвуют и остаются неизменными. Производство серной кислоты, азотной, соляной, получение аммиака и многих других ценнейших химических продуктов — все это требует применения катализа.

Правильное понимание механизма этого интереснейшего явления позволит нам поднять химическую промышленность на чрезвычайно высокую ступень. Упорные исследовательские работы последних лет дают все основания думать, что явление катализа происходит в результате определенного взаимодействия между электрическим полем на поверхности катализатора и электрическим полем внутри молекул веществ, участвующих в данной реакции. Это повышает активность и способность молекул к вступлению в реакцию. Ближайшие годы, а может быть и десятилетия будут посвящены самому широкому научному исследованию роли и взаимодействия этих электрических полей.

В течение ближайших пятилеток грядущего тридцатилетия нужно ожидать разрешения основных вопросов образования и подсчета силы поля на поверхности катализатора и взаимодействия этого поля с внутренним полем катализируемых молекул. Мы научимся подсчитывать эти поля. Тогда пройдет слепое искание нужного катализатора, которое отнимает сейчас у нас огромное количество времени. Мы будем просто подсчитывать катализаторы и на основании этих подсчетов совершенно обдуманно брать нужные катализаторы и добавки, повышающие их активность. Эту сложную задачу мы сможем выполнить, если подойдем к решению каталитических вопросов во всеоружии новейших завоеваний теоретической физики — квантовой и волновой механики, так как здесь мы имеем дело с определенным взаимодействием частиц материи, а правильное понимание этого взаимодействия нам могут дать только квантовая и волновая теории.

Но это будет лишь первой стадией овладения сущностью каталитических процессов. Дальнейшим шагом в этом направлении будет создание, если так можно выразиться, «искусственного катализатора». Этот искусственный катализатор вовсе не будет тем или другим веществом, обладающим нужным нам электромагнитным полем. Это нужное высокочастотное электромагнитное поле большого напряжения мы будем получать совершенно вне вещества катализатора, чисто электротехническим путем, простым поворотом ручки или включением рубильника. В специально построенном высокочастотном аппарате — конверторе — будет создаваться поле необходимой частоты и напряжения. Таким образом катализ у нас будет протекать без катализаторов.

Но и этот «искусственный катализатор», или вернее катализирующее поле, так же как и обычный катализатор, не будет смещать достижимого при данных условиях химического равновесия, не будет увеличивать выход готового продукта. Катализирующее поле будет, как и всякий обычный катализатор, лишь ускорять приближение к равновесию, т. е. лишь с большей скоростью способствовать получению наиболее высокого для данных условий выхода готовой продукции. Но выход продукта, или иначе процент превращения исходного реагирующего вещества в конечный продукт, и здесь по-прежнему будет зависеть от ряда причин и прежде всего от температуры и давления, при которых протекает каталитическая реакция.

И вот поэтому еще более широкое применение в химической промышленности получит принцип высоких давлений. Уже сейчас применяются давления до 5 тыс. атмосфер при синтезе аммиака. Высокое давление способствует более быстрому осуществлению многих каталитических реакций. Более того, высокое давление дало возможность осуществить такие процессы и такие синтезы, о которых раньше нельзя было и думать. Наконец, применение высоких давлений имеет еще одно важное преимущество. Опыты над синтезом аммиака под давлением в 5 тыс. атмосфер показали, что при этом вредные примеси уже не «отравляют» катализатора и он не теряет своей способности ускорять процесс. Во-вторых, процесс под таким давлением дает очень высокие выходы, т. е. количество практически полученного конечного продукта весьма близко приближается к теоретически возможному (до 98 проц.). Совершенно ясно, что производство серной и азотной кислот в дальнейшем будет производиться только под давлением. То же ждет и производство соды, где переход процесса на повышенные давления совершенно неизбежен.

Но это коренное изменение характера и сущности введения каталитических процессов в основной химии потребует переконструирования всей аппаратуры. Сверхвысокие давления потребуют такой прочности аппаратуры, которая пока кажется совершенно непостижимой. При этом реагирующее вещество будет настолько уплотнено давлением, что мы сможем вмещать огромное его количество в сравнительно небольшой объем. Это совершенно изменяет внешний облик будущего химического производства. Будущая аппаратура с производительностью современного крупного завода вместится в какой-нибудь обычный железнодорожный вагон. Тогда, может быть, сделается возможным перебрасывать такой завод в нужное нам место на дирижабле или сверхмощном аэроплане.

Но высокая техника производства, необходимость держать процесс при строго определенных условиях сделают совершенно необходимым введение аппаратов и приборов, саморегулирующих процесс. При том высоком напряжении процессов, которое будет достигнуто в этих сверхмощных установках, не будет места для шаткой и неверной наблюдательности человека. Работа аппаратуры должна будет с нерушимой четкостью регулироваться автоматически. Температура в отдельных аппаратах, скорости материального потока, давление, концентрация — все будет поддерживаться на определенном уровне, и малейшее отклонение от установленных норм сейчас же будет восстанавливаться при помощи сложнейших и остроумнейших приборов. Соединение с автоматическим контролем при помощи самопишущих аппаратов, сосредоточение всего управления процессом на одном щите управления создадут такие условия, когда всего один-два десятка высококвалифицированных работников будут управлять и вести производство, выкидывающее сотни тысяч тонн ценнейшей продукции. Щит управления с рядом двигающихся в прозорах лент, показывающих течение процесса, сигнальные лампы и кнопки, переключатели и рычаги на щите, — вот что заменит все сложное современное управление химическим заводом.

Более того, не только о нарушениях и нормальном ходе процесса будет властно заявлять сам процесс, вызывая к деятельности саморегулирующие приборы и аппараты, но и о всяких авариях, поломках и порчах остроумная аппаратура будет кричать громко и своевременно, давая знать о своих недочетах в специальные мастерские, указывая точно место необходимого ремонта, характер его и срочность выполнения, переключая при этом процесс на резервные приборы и аппараты.

Работники химической промышленности будут поставлены в прекрасные гигиенические условия, делающие их труд более легким, радостным и плодотворным. Никаких отравляющих здоровье газов и пылевых взвесей в атмосфере рабочих помещений; свежий, богатый кислородом воздух, масса света, сверкающая чистота и своеобразная чарующая красота производственных помещений, их удобство и полная безопасность — вот чем будет отличаться химическая промышленность к концу грядущего тридцатилетия.

*

Еще одна черта современной химической промышленности получит в ближайшем будущем весьма широкое развитие — это использование всего того сырья, которое до сих пор являлось отбросами того или другого производства. Мы будем использовать газы коксовых печей с их ценнейшими составными частями для синтеза аммиака. Подобно этому будут утилизированы и газы доменных печей, и простые дымовые газы наших многочисленных котельных. Это создаст совершенно новые виды промышленного сырья для основной химии. Этот путь потребует самого широкого применения установок так называемого «глубокого охлаждения» для выделения из отходов всего нужного и ценного.

Нет никакого сомнения, что к концу ближайших тридцати лет мы будем иметь поэтому только комбинированные производства как органических, так и неорганических продуктов. Будет утилизирован и введен в производственный процесс ряд химических элементов, не находивших себе до этого применения, и созданы новые виды кислот и щелочей. Грань между узкими специалистами-неорганиками и узкими специалистами-органиками все будет больше и больше стираться, их заменит химик-технолог-каталитик с широкими горизонтами и знаниями как неорганической, так и органической химии, и технологии, базирующихся на химической физике.

В упорной научно-исследовательской работе, кипящей на заводах, в научно-исследовательских институтах, в лабораториях вузов и втузов, в постоянном сочетании глубочайших теоретических открытий с вопросами практики мы достигнем этой величайшей реконструкции нашей химии, которая сделает непоколебимой экономическую мощь и обороноспособность Страны советов.