Химическая война

ГЛАВА V Хлор

Хлор представляет интерес для военно-химического дела не только потому, что он был первым ядовитым газом, примененным немцами, но и потому, что он в широких размерах применяется для производства всех других употребляемых для военных целей газов. Если при разработке способов газовой борьбы химики Германии остановились на хлоре, как на основном веществе, то это является прямым следствием требований, пред'являемых к ядовитому газу.

Чтобы иметь ценность для военных целей, химическое вещество должно удовлетворять по меньшей мере следующим требованиям:

1) Оно должно быть сильно ядовитым.

2) Производство его в крупном масштабе не должно представлять затруднений.

3) Под давлением оно должно быстро сгущаться в жидкость и более или менее легко обращаться в парообразное состояние, когда давление уменьшается.

4) Оно должно обладать значительно большей плотностью, чем воздух.

5) Оно должно быть устойчивым против влажности и химических веществ.

Рассматривая свойства хлора, в отношении этих требований, мы находим:

1а. Хлор достаточно ядовит, хотя его смертоносная концентрация (2,5 mg. на 1 литр воздуха) довольно высока по сравнению с другими газами, открытыми впоследствии. Указанная концентрация необходима, чтобы убить собаку, подвергая ее действию газа в течение 80 минут. Действие хлора во время первых атак показало, что при отсутствии защиты он может давать крупные результаты.

2а. Хлор очень легко приготовляется посредством электролиза раствора соли (хлористого натрия). Процесс описан ниже. В 100-фунтовых цилиндрах обыкновенный хлор продавался до войны по 5 центов за фунт. При крупном производстве цена его может быть еще более понижена.

3а. Под давлением, при обыкновенной температуре хлор легко обращается в жидкость; так, при 18 °C требуется давление 16,5 атмосфер. Жидкий хлор кипит при — 33,6 °C. при обыкновенном атмосферном давлении и легко испаряется, если открыть кран вмещающего его цилиндра. С другой стороны такое быстрое испарение вызывает значительное охлаждение сосуда, но его можно избежать, вдвигая выводящую трубку до дна цилиндра, чтобы испарение npoucxo-pил0 только около выпускного отверстия.

4а. Хлор в 2,5 раза тяжелее воздуха, поэтому газ может пройти— большое пространство прежде, чем рассеется в атмосфере.

5а. Единственный пункт, в котором хлор не является идеальным газом, состоит в его способности вступать в реакцию с другими веществами. Это лучше всего доказывается успешностью применения тех примитивных мер защиты, к которым прибегли англичане и французы в дни первых газовых атак.

Вначале хлор представлял очень могущественное оружие. В продолжение первых шести месяцев употребления его ценность поддерживалась путем изобретения новых методов атаки. Когда последние оказались исчерпанными, к хлору стали прибавлять фосген (см. следующую главу). С уменьшением значения волновых атак и открытием новых смертоносных газов хлор был почти исключен из числа газов, применяемых с боевыми целями, но остался в высшей степени важной составной частью для производства новых отравляющих веществ.

Вначале предполагалось, что существующие заводы в состоянии покрыть потребность правительства в хлоре. В довоенное время промышленность производила около 450 тонн или 900.000 фунтов хлора в день. Большая часть его шла на изготовление белильной извести, и только около 60.000 фунтов в день обращалось в жидкость. С началом войны лишь немногие заводы могли быть расширены, и то в небольших размерах. Чтобы облегчить снабжение армии хлором, бумажные фабрики согласились употреблять белильную известь в половинном количестве; эта мера значительно увеличила запасы хлора для военных целей. Скоро стало, однако, очевидным, что помимо проведения указанной меры необходимо получать хлор в значительно больших количествах, чтобы приступить к изготовлению новых ядовитых газов.

Рис. 19.

Завод для производства хлора в Эджвудском Арсенале.

После окончательного изучения всех факторов, необходимых для производства, важнейшим из которых являлась электрическая энергия, было решено построить хлорный завод при Эджвудском арсенале, с ежедневной выработкой по 100 тонн (200.000 фунтов) в день. На проектируемом заводе было решено поставить батареи Нельсона. Во время постройки завода "Химическая Компания Уоррнер-Клипстейн", изготовлявшая батареи Нельсона в Чарлстоне, в штате Западная Виргиния, разрешила командировать на ее завод нескольких лиц для ознакомления с деталями ведения дела на заводе. Поэтому, когда постройка завода была закончена, можно было сразу воспользоваться обученным персоналом.

Нижеследующее описание завода заимствовано из статьи С. М. Грина, помещенной в "Химическом и Металлургическом Инженерном Журнале" от 1 июля 1919 г.

"Завод для выработки хлора, план которого показан на рис. 20, состоит из складов соли, здания для обработки, 2 зданий для батарей, здания для вращающихся конверторов и пр. В связи с заводом хлора был построен завод для движения его, завод для изготовления хлористой серы и для дистилляции.

Склад соли и здание для обработки ее были расположены на более низком уровне, чем здания батарей, что позволяло провести рельсовый путь к верхней части цистерн, в которых хранилась соль. Все цистерны были сделаны из цемента. Имелось 7 цистерн длиной в 84 фута, шириной в 28 футов и глубиной в 20 футов, при чем каждая вмещала по 4.000 тонн соли. Ежедневно предполагалось расходовать 200 тонн соли, если завод будет в полном ходу.

Ко дну каждой цистерны были проведены трубы, по которым подавалась вода для растворения, а в верхней части ее, около стены здания, находился жолоб для стока рассола и доска для снимания пены. Таким образом вода, прошедшая через соль, стекала в жолоб, и оттуда по трубам рассол протекал в один из двух приемников. Вся система была устроена так, что, если раствор в одной цистерне оказывался недостаточно насьпценным, он мог быть пропущен через другую цистерну, содержащую большой избыток нерастворенной соли. Насыщенный раствор перекачивали из приемника в один из 24 чанов для обработки, вмещавший каждый по 72.000 галлонов.

Восьмая цистерна служила для хранения натровой золы, употреблявшейся для очищения насыщенного раствора соли. Из нее едкий натр подавался в баки для растворения, построенные на одном уровне с цистернами поваренной соли. Отсюда раствор едкой щелочи перекачивался в одну из 24 цистерн, служивших для очищения рассола. После обработки и отстаивания чистый насыщенный раствор соли перекачивался в один из 4 баков для нейтрализации. Эти баки были расположены около платформы, куда подавались вагоны, чтобы легче было пропускать хлоро-водородный газ, который сначала покупали, но потом стали приготовлять на заводе из хлора и водорода. Нейтрализованный раствор стекал самотеком в здание батарей для электролиза.

Рис. 20.

План завода для производства хлора и едкого натра в Эджвудском арсенале.

1. Корпус для плавки едкого натра.

2. Корпус выпарения.

3. Наклонная плоскость для погрузки.

4. Вершина наклон. плоскости.

5. Баки со слабым раствором едкого шатра.

6. Под'ездные пути.

7. Корпус для едкого шатра и барабанов.

8. Насосная станция.

9. Болото.

10. Платформа.

11 — 14. Склад угля для паровых котлов.

15. Бак для отбросов.

16. Корпус обработки соляными растворами.

17. Трансформаторы высокого направления.

18. Мастерская.

19. Корпус № 1 для батарей.

20. Бак для слабых растворов.

21. Насыщенный раствор.

22. Корпус вращающихся конверторов.

23. Трубопровод слабого раствора едкого шатра.

24. Здание управления заводом.

25. Труба газообразного хлора.

26. Корпус № 2 для батарей.

Было построено два здания батарей по 541 фут. длиною и 28 шириною, из которых каждое было, разделено на 4 отделения, вмещающие по 6 батарей, состоящих из 74 элементов. Каждое отделение являлось вполне самостоятельной единицей, снабженной отдельным газовым насосом, сушильным и охлаждающим аппаратом с пропускной способностью на 12,5 тонн газообразного хлора в сутки.

Рис. 21.

Внутренний вид здания с батареями.

Каждая электролитическая батарея Нельсона состоит из цельной стальной ванны 13 × 32 × 80 дюймов, снабженной стальной перегородкой с отверстиями которая поддерживается на железных углах. Сосуд покрыт стеклянным колпаком и снабжен четырнадцатью атчесоновскими графитными электродами в 2,5 дюйма в диаметре и 12 дюймами длины, 14 кусками графита 4 × 4 × 17 дюймов и другими приспособлениями. (Устройство батареи подробно описано в "Химическом и Металлургическом Инженерном Журнале" от 1-ro августа 1919 г.). Каждая батарея питается током в 840 ампер при 3,8 вольт и дает 60 фунтов газообразного хлора и 65 фунтов едкого натра, потребляя не свыше 120 фунтов соли в сутки и выделяя почти совершенно чистый газ 95 %.

Из цистерны, питающей батарею и расположенной в здании обработки, раствор соли переходит самотеком по системе труб, обходящих вдоль корпуса батарей, и подается в каждую ванну посредством особого автоматического прибора, который поддерживает постоянный уровень жидкости в отделении катодов'.

При электролизе раствор просачивается через асбестовую перегородку из катодного отделения батареи в отделение анодов и вытекает у конца ванны, содержа от 8 до 12 % едкого натра, смешанного с 14–16 % соли, в открытый сток и трубу, через которую самотеком переходит в баки слабого раствора едкого натра.

Все трубы, по которым газ идет от батарей до сушильных аппаратов, сделаны из химически стойкого материала. Давление в отводных трубах для хлора поддерживалось возможно ближе к атмосферному, для того, чтобы газ был свободен от воздуха. Качество газа, таким образом, было доведено до 98,5 — 99 % чистоты.

Применявшиеся охладители имели большую силу; при их помощи газ охлаждался на 1 градус ниже температуры замерзания оды, вследствие чего охлаждающих смесей не требовалось. Сушильный аппарат состоял из каменной турмы специального чертежа, содержавшей значительное количество пластин для увеличения поверхности, Давление при прохождении через сушилку и охладитель не повышалось. Аппарат, накачивавший газ, состоял из двух водяных турбинных насосов, в которых серная кислота применялась как компрессорная среда. Кислота охлаждалась пропусканием через двойной охлаждающий змеевик, подобный имеющимся в холодильных машинах. Газ под давлением приблизительно в 5 фунтов поступал в большие баки, расположенные около помещения насосов, а из них шел по стальным трубам на химический завод".

Газ получался настолько чистым, что не считалось нужным ожижать его для приготовления фосгена.

Хлор при обыкновенном атмосферном давлении и температуре является газом зеленовато-желтого цвета (оправдывая свое название), который оказывает сильно раздражающее действие на оболочки носа и гортани. Как было упомянуто, хлор сгущается в жидкость при давлении 16,5 атмосфер при 18 °C. Если газ сначала охладить до 0°, то давление, необходимое для его сгущения, понижается до 3,7 атмосферы. Эта желтая жидкость кипит при — 36,6 °C под атмосферным давлением. При очень сильном охлаждении хлор образует бледно-желтое твердое вещество (при — 102 °C). Хлор в 2,5 раза тяжелее воздуха; 1 литр его весит 3,22 грамма. 215 об'емов растворяются в 100 об'емах воды при 20°. Он очень слабо растворим в горячей воде или насыщенном растворе соли.

Рис. 22.

Электролитическая батарея Нельсона. Внутренний вид батареи.

1. Выход хлора.

2. Выход едкого натра.

3. Труба подачи рассола.

Хлор является весьма деятельным телом, способным вступать в соединения с большим количеством веществ. Среди реакций, которые имеют главное значение для химической войны, необходимо указать следующие.

Хлор реагирует с гипосульфитом, образуя при этом хлористый натр.

Гипосульфид способен поглощать большие количества хлора, почему оказался удовлетворительным средством для пропитывания первых масок, изготовленных из ткани.

Вода реагирует с хлором при некоторых условиях образованием хлорноватистой кислоты НОСl. В присутствии этилена она дает этилен-хлор-гидрин, служивший основанием первоначального способа приготовления горчичного газа. В позднейшем способе, когда для синтеза горчичного газа стали пользоваться хлористой серой, хлор стал необходим для ее приготовления.

Хлор реагирует с окисью углерода, образуя при солнечном свете или в присутствии катализатора фосген, который является одним из наиболее ценных ядовитых газов.

Реагируя с ацетоном, хлор образует хлор-ацетон, один из первых слезоточивых газов. При реакции с толуолом получается хлористый бензил, служащий промежуточным продуктом при приготовлении бром-бензил-цианида.

Подобным же образом было найдено, что для производства большинства ядовитых газов, в той или другой стадии, необходим хлор. Один химик вычислил, что 95 % всех употребляемых на войне газов изготовляется прямым или косвенным путем при помощи хлора.

Хлор в соединении с аммонием и водяным паром служил для производства дымовых завес. Хлористый аммоний дает наиболее густые облака дыма. В соединении с кремнием или титаном, в виде тетрахлоридов, хлор употреблялся для тех же целей в широких размерах.

С другой стороны репутация, которую хлор стяжал себе в качестве ядовитого газа, возмещается его благодетельными свойствами, среди которых можно указать на способность обеззараживать воды и раны.

На войне, где условия жизни редко бывают нормальными, употребление хлорной воды для стерилизации питьевой воды незаменимо. Для этого применяется ампулка, наполненная хлорной водой среднего насыщения, которая представляет очень портативную форму хлора для стерилизации небольшого количества воды.

Хлор применялся также в виде хлорноватистой кислоты для стерилизации инфекционных ран. Приготовление растворов и техника употребления были выработаны Дэкином и Кареллем. Это нововведение военной хирургии значительно уменьшило процент смертности от заражения ран.