Вся электронная библиотека >>>

 Техника >>

 

 

Техника в ее историческом развитии


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Глава VI РАЗВИТИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

6. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И КАМЕННОГО УГЛЯ

 

 

В конце XIX в. под влиянием прогресса в области теплоэнергетики, транспорта, машиностроительной, военной и ряда других отраслей промышленности неизмеримо возрос спрос и возникла острая необходимость в новых видах топлива и химических продуктах.

В это время зародилась и быстро прогрессировала нефтеперерабатывающая промышленность. Огромный толчок развитию нефтеперерабатывающей промышленности дало изобретение и быстрое распространение двигателя внутреннего сгорания, работающего на нефтепродуктах. Интенсивно развивалась также техника переработки каменного угля, служащего не только одним из основных видов топлива, но, что особенно примечательно, ставшего в рассматриваемый период необходимым сырьем для химической промышленности. Большая роль в этом деле принадлежала коксохимии. Коксовые заводы, ранее поставлявшие черной металлургии кокс, превратились в коксохимические предприятия, вырабатывавшие, кроме того, ряд ценных химических продуктов: коксовый газ, сырой бензол, каменноугольную смолу и аммиак.

На основе продуктов переработки нефти и каменного угля начало развиваться производство синтетических органических веществ и материалов. Они получили широкое распространение в качестве сырья и полуфабрикатов в различных отраслях химической промышленности.

Развитие промышленной технологии переработки нефти

По мере расширения добычи и потребления нефти совершенствовались способы ее переработки. До середины XIX в. нефть использовали обычно без какой-либо предварительной обработки, переработки или разделения на соответствующие продукты.

Интересно отметить, что перегонка нефти была известна еще в начале нашей эры. Тогда нефть, применявшуюся в медицине, перегоняли с целью уменьшения ее неприятного запаха. Кроме того, было найдено, что после перегонки нефть приобретает новые ценные свойства, в том числе способность более легко воспламеняться. В небольших количествах нефть перегоняли в стеклянных колбах. Но известны случаи использования для зтой цели специальных кубов, позволявших перегонять значительные количества нефти. О перегонке бакинской нефти имеются сведения, датированные 1735 г. [67, с. 316; 68, с. 73].

Впервые перегонку нефти на заводской установке периодического действия удалось осуществить в России крепостным крестьянам братьям Дубининым в 1823 г. Построенный ими вблизи г. Моздока первый нефтеперегонный завод явился родоначальником нефтеперегонных предприятий, возникших 40 годами позже в России и США.

Нефтеперегонная заводская установка Дубининых состояла из помещенного в печь железного куба для нефти емкостью 40 ведер. В медную крышку куба была вмонтирована медная труба, проходящая через деревянный резурвуар с водой, играющий роль холодильника. Продукты перегонки через трубу попадали в деревянное ведро, служащее приемником. В процессе перегонки использовалось свойство нефти разделяться на составлявшие ее вещества по их температурам кипения. На заводе Дубининых при перегонке нефти получали около 40% керосина, называвшегося осветительным маслом, и около 50% мазута. В то время легкие бензиновые фракции нефти не использовали, и поэтому 10% их безвозвратно терялось [68, с. 75].

В 1837 г. на заводе В. Швецова начали переработку грозненской нефти. Затем Н. И. Воскобойников в Балаханах построил завод для перегонки бакинской нефти. В 1859 г. промышленники В. А. Кокорев, Н. Е. Торнау и П. И. Губонин соорудили большой завод в Сураханах (близ Баку) для производства керосина из нефти и кира . С1860 г. на этом предприятии начали переработку нефти и для очистки керосина применили кислотно-щелочной метод. Число нефтеперерабатывающих заводов быстро росло. К концу 60-х годов в Бакинской губернии существовало 23 нефтеперегонных завода, в 1873 г. их число возросло до 80 мощностью 16,5 тыс. т керосина в год.

В 40-х годах XIX в. нефтеперерабатывающие заводы появляются и в других странах: Англии (1848 г.), США (1849 г.), Франции (1854 г.) и др.

До 70-х годов XIX в. нефтеперегонные заводы изготовляли преимущественно керосин, широко применявшийся в технике освещения. Не случайно этот период нередко называют керосиновым или осветительным. Отсутствие спроса на другие продукты нефтепереработки приводило к тому, что, выделяя керосин для осветительных целей (фракция с температурой кипения 180—300° С), не утилизировали нижекипящую (бензиновую) фракцию и, кроме того, сжигали в топках ценный материал — остаточный мазут (до 60—70% от перерабатываемой нефти).

Вполне понятно, что преимущественный спрос на керосин без утилизации других компонентов нефти не стимулировал технического развития нефтеперерабатывающих предприятий. Технология в основе своей многие годы топталась на месте и в качественном отношении изменялась очень незначительно. Правда, в процессе работы предприятий и по мере строительства новых нефтеперерабатывающих заводов вводились некоторые усовершенствования в систему перегонки нефти, коснувшиеся загрузки сырья и выгрузки остатков, обогрева кубов, устройства конденсационных аппаратов. Увеличивали емкости перегонных кубов, росло их число на отдельных предприятиях. Но в принципе производство базировалось на старой системе использования куба периодического действия с весьма низкой производительностью и очень неблагоприятным тепловым балансом.

Качественные сдвиги в технике нефтепереработки наступили в 70—80-х годах XIX в., чему во многом способствовало бурное техническое развитие традиционных и становление ряда новых отраслей промышленности, соответствующих периоду монополистического капитализма. В результате стал быстро возрастать спрос на нефтепродукты, в том числе на такие, которые ранее не представляли интереса и даже считались вредными.

В последней четверти XIX в. в технологии нефтепереработки произошли серьезные изменения. Были реализованы важные научно-технические решения, направленные на более полное извлечение из нефти ценных продуктов, в том числе смазочных минеральных масел, что вызывалось бурным развитием крупнозаводской промышленности и железнодорожного транспорта.

В 70-х годах XIX в. развитие нефтеперерабатывающих заводов состояло в увеличении числа кубов и их размеров без существенных конструктивных изменений.

Большое внимание проблеме переработки нефти уделял Д. И. Менделеев. Он неоднократно отмечал, что необходимо изменить отношение к нефти — топливу и ценному химическому сырью. Наиболее правильным и перспективным путем в области нефтепереработки, по словам Д. И. Менделеева, было более глубокое разделение нефти. В частности, он обратил внимание на мазут, сжигаемый в больших количествах в топках печей, как на сырье, из которого можно было получать смазочные масла.

Для решения поставленных задач требовалось коренным образом перестроить существующую технологию переработки на основе внедрения способа непрерывной перегонки нефти. Идею непрерывной перегонки высказал Д. И. Менделеев в 1863 г. во время своего посещения завода А. В. Кокорева в Сураханах [69, с. 69].

К1873 г. относится разработка конструкции аппарата непрерывного действия, созданного нефтепромышленником А. А. Тавризовым на заводе в Кушлэ недалеко от Баку. Изобретение было запатентовано в 1874 г. Нефтеперегонное устройство состоит из 3—4 соединенных между собой перегонных аппаратов, установленных один над другим. В вертикальной трубе высотой около 6 м смонтированы один над другим 3—4 полых кипятильника, обогреваемых перегретым водяным паром. Пар проходит через все кипятильники в последовательном порядке от нижнего к верхнему. Постепенно охлаждаясь, пар попадаете верхний кипятильник с более низкой температурой. Нефть подается из специального бачка, расположенного над установкой. Вначале она поступает на тарелку самого верхнего кипятильника. Так как нефть, находящаяся на верхней тарелке, обогревается самым холодным паром, из нее выделяется наиболее летучая фракция. По мере накопления нефти на тарелке она стекает на следующую нижнюю тарелку, обогреваемую более горячим паром. Здесь также от основной массы отделяется следующая легкая фракция. В такой последовательности продолжается процесс перегонки до тех пор, пока нефтяные остатки с последней тарелки не будут удалены в особый сборник. Каждый кипятильник герметически отгорожен от другого горизонтальными перегородками, и пары нефтеперегонки с каждой тарелки отводятся по собственному трубопроводу к соединенным сними змеевикам, где они, конденсируясь, поступают в сборники. Как видим, описываемая перегонная установка А. А. Тав- ризова позволяет получать из нефти столько фракций, сколько предусмотрено в ней кипятильников или тарелок.

В этой установке использован принцип противотока: нефть поступает сверху вниз, а'перегретый пар — снизу вверх. В результате этого пар в процессе перехода из одного кипятильника в другой постепенно охлаждается, в то время как'нефть, перетекая с верхних тарелок на нижние, постоянно подогревается. Благодаря подогреву поступающей на перегонку нефти достигалась достаточно высокая экономичность процесса. Однако в установке не была предусмотрена утилизация тепла дистиллатов и нефтяных остатков.

Перегонное устройство А. А. Тавризова, использованное им в производстве, было первым аппаратом для непрерывной перегонки нефти и прототипом современных тарельчатых ректификационных колонн [68, с. 86].

В 1881 г. Д. И. Менделеев сконструировал первый в нефтеперерабатывающей промышленности нефтеперегонный куб непрерывного действия емкостью 100 пуд., испытанный им на Константиновском заводе В. И. Рагозина (близ Ярославля). Аппарат был установлен на Кусковском нефтеперегонном заводеГубонина (подМосквой). Он отличался достаточно простой конструкцией и поэтому получил применение в промышленности. Нефтеперегонный куб обеспечивал непрерывную подачу нефти и отвод нефтяных остатков [69, с. 70].

Большой вклад в развитие технологии переработки нефти внес выдающийся русский инженер и ученый В. Г. Шухов, который в 80-х годах XIX в. вместе с инженером И. И. Елиным сконструировал кубовую батарею для непрерывного процесса перегонки нефти. В 1883 г. кубовая батарея была установлена на заводе Нобеля в Баку. Фирма тогда писала, что ей удалось установить на своем заводе «неизвестную дотоле ни Америке, ни Европе систему непрерывной перегонки нефти в последовательно сообщающихся кубах» [70, с. 95]. Аппарат Шухова—Елина, получивший широкую известность в России и за ее пределами под названием «нобелевская батарея», играл важную роль в нефтеперерабатывающей промышленности до 30-х годов текущего столетия [69, с. 159].

Описанные выше кубы непрерывного действия сыграли в нефтеперерабатывающем производстве огромную роль. Однако они имели недостатки: невысокую производительность, недостаточно глубокую переработку нефти, в результате чего в нефтяных остатках содержалось большое количество легких погонов.

Эти недостатки удалось устранить в результате совместной деятельности инженеров В. Г. Шухова и Ф. А. Инчика. В 1886 г. они разработали и в 1888 г. запатентовали установку для дробной перегонки нефти, обладающую высокой производительностью, экономичным расходом топлива и возможностью получать большое количество погонов с заданной разницей в плотностях.

Аппарат Шухова—Инчика был в то время наиболее совершенной установкой для непрерывной перегонки нефти. Работа велась по принципу противотока, т. е. перегоняемая нефть вводилась навстречу парам дистиллата. Установка позволяла перерабатывать до 10 тыс. пуд. нефти в сутки и получать большое число нефтепродуктов — от легкого бензина до тяжелых масел. Она имела 9 тарелок, разность температур между которыми составляла 80° С. Из нефти извлекалось 57% погонов на исходное сырье. Первый нефтеперегонный завод по схеме Шухова—Инчика был построен в 1889 г. в Баку нефтезаводчиком Шибаевым. Аппараты этой конструкции широко применяли в отечественной и зарубежной нефтеперерабатывающей промышленности [69, с. 160].

Инженеру В. Г. Шухову принадлежит также изобретение в 1888 г. дефлегматора, давшего возможность отделять от легких нефтяных паров примешивающиеся к ним более тяжелые пары и получать таким образом нефтепродукты определенного качества [69, с. 161].

В дальнейшем нефтеперерабатывающие анпараты непрерывного действия подверглись дифференциации: появились специализированные батареи для переработки тяжелых нефтей и нефтяных остатков после отгонки из нефти керосина [68, с. 91].

Установки непрерывного действия получили очень широкое распространение не только на нефтеперерабатывающих заводах России, но и на предприятиях США и Западной Европы. Так, в России за 7 лет с 1893 по 1900 г. число кубов непрерывного действия возросло со 176 до 787, в то время как число кубов периодического действия за то же время снизилось с 995 до 210. Соотношение числа кубов непрерывного действия для производства керосина к кубам для переработки нефтяных масел составляло: в 1893 г.— 6,64, а в 1900 г.— 5,78. Эти данные характеризуют не только общий рост в отечественной нефтепереработке кубов непрерывного действия, но и тенденцию роста соответствующего оборудования для переработки минеральных масел [68, с. 86—87].

Разработка и внедрение способов изготовления смазочных масел из тяжелых сортов нефти и нефтяных остатков резко повысили степень использования нефти. Однако вплоть до начала XX в. наиболее легкую составляющую часть нефти — бензин — не использовали и считали отбросом производства. Его просто уничтожали. Так, в Баку заводчики, опасаясь возникновения пожаров, спускали бензин по канавам в море и даже устраивали специальные печи, в которых совершенно бесполезно сжигали этот ценный, но не находивший практического применения продукт. В 1902 г. таким способом было уничтожено около 70 тыс. т бензина [68, с. 96—97].

На рубеже XIX—XX вв. бензин перестал быть балластом и благодаря развитию автомобильного и авиационного транспорта стал ценнейшим продуктом. Сростом спроса на бензин на него поднялись цены, он превратился в выгодную статью производства нефтеперегонных заводов. С 1902 по 1912 г. мировое потребление бензина возросло в 115 раз (с 3276 т до 376,8 тыс. т) [71, с. 278].

Перед инженерами и технологами встала задача усовершенствования технологии переработки нефти с целью более полного ее использования. Существующие в то время способы переработки были основаны, как отмечалось выше, на процессе простой перегонки. Применялся физический принцип разделения, связанный с последовательным испарением отдельных фракций нефти, их конденсацией и отбором. Этот термофизический принцип переработки не обеспечивал полного выделения бензина из нефти.

Возникла необходимость повысить выход бензиновой фракции, изменяя химический состав нефти в процессе ее переработки. Это можно было осуществить только в результате химического превращения более высоко- кипящих фракций сложных составляющих нефти (керосиновых и масляных) в низкокипящие (бензиновые).

Проблема была разрешена разработкой крекинг-процесса, т. е. процесса расщепления тяжелых углеводородных молекул нефти на более легкие при повышенных температурах и давлениях.

История возникновения и развития крекинг-процесса связана с именами ученых ряда стран. В 1866 г. Дж. Юнг взял патент на способ получения керосина из тяжелых нефтей иод повышенным давлением. Применяя крекинг, ученый получал на опытной установке до 28—60% керосина вместо 2,5—20% этого продукта, выделяемого при обычной перегонке.

В дореволюционной России проблемой глубокого расщепления нефти (пиролизом) много занимался ассистент Петербурского технологического института А. А. Летний. В своем труде «Сухая перегонка битуминозных ископаемых», вышедшем в 1875 г., он наряду с другими вопросами уделил большое внимание проведению опытов по глубокому разложению нефти для получения ароматических углеводородов. Для опытов исследователь брал в качестве исходного сырья нефтяные остатки (мазут) и пропускал их через трубку, нагретую до 335—340° С. В результате нефтяные остатки переходили в трубке в парообразное состояние и затем конденсировались. Полученный конденсат отличался от исходного продукта легкой возгоняе- мостью: температура кипения конденсата составляла 80° С. В результате исследований ученый выделил из нефти ароматические углеводороды: бензол, толуол, ксилол, нафталин, антрацен и др. На метод получения ароматических углеводородов из нефти и мазута А. А. Летнему была выдана в 1877 г. привилегия в России [69, с. 113—114].

А. А. Летний установил, что при пиролизе нефти и мазута образуются различные фракции углеводородов: в фракции до 200° С содержалось 14% ароматических углеводородов (в том числе 4,6% бензола и 5,2% толуола и ксилолов), а в фракциях с температурой кипения выше 200° С содержались нафталин, антрацен (более 3 %) и другие продукты [68, с. 106].

На основе этих работ в России на Константиновском заводе В. И. Рагозина (в Ярославле) было создано промышленное производство ароматических углеводородов из нефти. Проектированием и строительными работами руководил А. А. Летний. В 1885 г. на выставке в Нижнем Новгороде Константиновский завод демонстрировал свою продукцию — образцы бензола, нафталина и антрацена. Эти вещества были необходимы для производства красителей, в которых в то время ощущалась острая потребность [69, с. 115]. Пиролизом нефти занимались в России также химики Ю. В. Лермонтова, В. В. Марковников, Г. В. Алексеев, Н. Д. Зелинский и ряд других [68, с. 113—118].

Огромное значение в развитии крекинга нефти сыграли работы выдающегося русского инженера В. Г. Шухова. В период с 1886 по 1891 г. он запатентовал три изобретения, в которых описал технологию и основные аппараты крекинг-процесса [68, с. 123—124].

В 1890 г. В. Г. Шухов совместно с инженером С. Гавриловым разработал аппаратуру для крекинг-процесса. В 1891 г. им был выдан на изобретение патент. Изобретатели впервые предложили для осуществления крекинг-процесса применять вместо куба систему труб, подвергаемых действию горячих газов. Для улучшения теплопередачи Шухов и Гаврилов предусмотрели в своей установке искусственную циркуляцию.

Изобретение русских инженеров легло в основу современной схемы термического крекинга. В условиях царской России новшевство Шухова и Гаврилова не получило промышленного воплощения. Оно было реализовано и развито в нашей стране после Великой Октябрьской социалистической революции и получило название «советский крекинг» [68, с. 124].

Инженерные решения Шухова и Гаврилова по крекингу были повторены американским инженером В. Бартоном (1913 г.) и некоторыми другими специалистами при сооружении в США в 1915—1918гг. промышленной установки.

В период первой мировой войны под влиянием резко возросшего потребления взрывчатых веществ в ряде стран (особенно участвующих в войне) началось бурное строительство заводов по производству бензола и толуола. В России такими предприятиями были: фирма братьев Нобель, бакинский Военно-промышленный комитет при Главном артиллерийском управлении и ряд других [69, с. 116]. На толуолном заводе братьев Нобель в 1917 г. было установлено 18 печей с семью ретортами каждая, позволявшими перерабатывать в месяц 1600—2460 т нефти или солярового масла. На бакинском артиллерийском заводе, оборудованном 6 блоками с 138 трехколонными ретортами, ежемесячно перерабатывали 1600—2000 т неочищенного керосинового дистиллата, который в процессе пиролиза превращали в бензол, толуол и ксилол. Выход указанных ароматических продуктов составлял около 15% от всего переработанного керосина. В 1915—1918 гг. бензол получали также на казанском газовом заводе, где в 4 шамотных ретортах системы Пикеринга перерабатывали около 410 т нефти в месяц 136, с. 252].

Крекинг-процесс быстро развивался в период и после первой мировой войны. Особенно интенсивно велись работы по строительству крекинг- заводов в США и некоторых странах Западной Европы. В дореволюционной России, где спрос на моторные топлива был в общем невелик, потребности транспорта и промышленности полностью удовлетворялись отечественной нефтяной промышленностью, занимавшей в начале XX в. ведущее место в мире по добыче нефти (в 1901 г. добыча составила 11,9 млн. т и в 1913 г.— 10,3 млн. т). Основным способом переработки нефти в России была непрерывная перегонка нефти в кубовых батареях. Экономическая политика царского правительства тормозила развитие технического прогресса, сдерживала и глушила всякую инициативу отечественных ученых. Не случайно новаторские работы русских инженеров и специалистов по глубокой переработке нефти и мазута (крекинг-процесс) не нашли поддержки у правительственных органов. К работам русских технологов-нефтяников было привлечено внимание иностранных ученых и предпринимателей. В результате ценные научно-технические рекомендации и конструктивные разработки отечественных специалистов по крекинг-установкам были реализованы в промышленных масштабах на нефтеперерабатывающих предприятиях США и некоторых европейских стран.

Процесс нефтеперерабатывающей промышленности способствовал развитию химических производств, связанных с выпуском разнообразных синтетических органических соединений и материалов на основе углеводородов нефти. Кроме упоминавшихся выше моторных топлив (бензина и керосина), а также минеральных смазочных масел (известно было несколько марок — «веретенное», «машинное», «цилиндровое») и ароматических веществ (бензола и толуола), нефтеперерабатывающие заводы стали поставлять на рынок и другие ценные продукты: ксилол и нафталин; парафин, вазелин; смолы и деготь для покрытия дорог и изготовления кровельного и изоляционного "материала — толя; электротехнический кокс (материал Для электродов электродуговых печей) и т. п.

Коксохимия

В рассматриваемый период неизмеримо возросла роль продукции химической переработки каменного угля. До второй половины XIX в. каменный уголь применяли главным образом как топливо для жилищ, в паро- энергетических промышленных установках и на железнодорожном транспорте. Значительные количества каменного угля потребляли в виде кокса металлургические предприятия и заводы по добыче светильного газа.

 

Получение кокса и производство каменноугольного светильного газа — два близких по характеру термических процесса. В том и другом случае каменный уголь, подвергаясь нагреванию (при 950—1050° С) без доступа воздуха, претерпевает физико-химические превращения. При этом он разлагается на множество веществ, утилизация которых и является конечной целью технологического процесса переработки. В результате перегонки каменного угля без доступа воздуха образуются три основных продукта разложения: кокс, каменноугольная смола и летучие (газообразные) вещества.

До 70-х годов XIX в., разрабатывая технологию переработки каменного угля перегонкой, рассчитывали на получение двух продуктов: кокса и светильного газа. Все остальные компоненты каменного угля не находили практического применения и не утилизировались. Коксовые заводы, производившие в больших количествах кокс для металлургической промышленности, совершенно не интересовались каменноугольной смолой и газообразными веществами, которые из-за отсутствия на них спроса считались бесполезными. В то же время светильногазовые заводы старались избавиться от образующихся при сухой перегонке каменного угля кокса и каменноугольной смолы, являвшихся для этих предприятий балластом.

Так продолжалось до тех пор, пока не возник большой спрос на углеводороды прогрессировавшей во второй половине прошлого столетия химической промышленности. Химия, сделавшая большой шаг вперед в области синтеза органических соединений и особенно взрывчатых веществ, стала движущим фактором развития технологии комплексной переработки каменного угля, горючих сланцев и некоторых других твердых органических материалов.

Не вдаваясь в подробности ранней истории светильногазового произ водства, выходящей за рамки рассматриваемого периода, напомним лишь, что производство светильного газа из каменного угля зародилось в начале XIX в. Известно, что в 1802 г. в Англии недалеко от Бирмингама владелец фабрики В. Мурдах ввел на своем предприятии газовое освещение. В 1814 г. в Лондоне стали освещать газом улицы. В 1839 г. газовое освещение появилось в Петербурге, в 1866 г.— в Москве и в 1873 г.— в Киеве. На протяжении всего XIX столетия значение газа в осветительной технике непрерывно возрастало, чему во многом способствовали рост числа светильногазовых заводов, их постоянное совершенствование и рост мощностей. На распространение газокалильного освещения немаловажное влияние оказало изобретение австрийским химиком К. Ауэром фон Вельс- бахом в 1884 г. газокалильных циркониевых колпачков, резко повысивших силу светового излучения при накаливании их в газовом пламени. Не случайно, что даже на рубеже XIX—XX вв. в условиях быстро прогрессировавшего электрического освещения газ занимал ведущее положе- яие при освещении улиц в ряде стран Западной Европы. Так, в Париже 57% всего освещения падало в это время на долю газового. В 1906 г. в Париже было произведено 377 млн. куб. м газа, а в 1913 г. его добыча уже возросла до 482 млн. куб, м. В Манчестере (Англия) на каждого жителя приходилось в год 250 куб. м, в Лондоне — 180 куб. м, в Париже — 180 куб. м, в Брюсселе — 225 куб. м газа [72, с. 27, 44].

Непрерывно возрастающие масштабы переработки каменного угля на светильногазовых предприятиях и соответственно увеличивающиеся отходы производства в виде каменноугольной смолы привлекли внимание ученых. Исследованиями французского химика Ж. Б. А. Дюма, его соотечественника О. Лорана, немецкого химика А. В. Гофмана и некоторых других был определен сложный состав каменноугольной смолы. После перегонки в ее составе удалось обнаружить карболовую кислоту, нафталин, неизвестный ранее углеводород антрацен и бензол3. В каменноугольной смоле бензол был обнаружен А. В. Гофманом в 1845 г. и особо заинтересовал ученых в связи с осуществленной в 1842 г. русским химиком Н. Н. Зи- ниным реакцией превращения нитробензола в анилин—соединение, заложившее фундамент промышленности синтетических красителей, фармацевтических препаратов и взрывчатых веществ. Не случайно много лет спустя А. В. Гофман в некрологе о Н. Н. Зинине писал: «Если бы Зинин не сделал ничего другого, кроме превращения нитробензола в анилин, то и тогда его имя осталось бы записанным в истории химии золотыми буквами» [73, с. 30].

Технический способ получения бензола разработал в 1849 г. ученик Гофмана Мэнсфилд. Фабричным путем этот продукт был изготовлен в 1851г. из каменноугольной смолы франкфуртского газового завода в Оффенбахе {73, с. 30]. С этих пор спрос на каменноугольную смолу резко возрастает, из отбросов производства она превращается в ценнейший химический продукт.

В начале 80-х годов XIX в. в результате технических усовершенствований, введенных на газовых заводах, выход побочных продуктов был снижен из-за увеличения производства светильного газа. В устройство газовых печей были внесены, казалось бы, незначительные конструктивные изменения. Вместо чугунных реторт стали устанавливать глиняные, позволившие повысить температуру сухой перегонки «до белого калеаия». В результате увеличилось количество получаемого газа, в котором возросло содержание водорода. Но именно это отрицательно сказалось на химическом составе каменноугольной смолы: она в процессе переработки превращалась в густую массу, обедненную ароматическими углеводородами [43, с. 57].

Газовые заводы уже не могли обеспечить потребность химических предприятий в каменноугольной смоле. Исследователи обратились к коксовым заводам как к возможному источнику получения каменноугольной смолы.

В 1887 г. Брунк впервые утилизировал коксовальные газы, после чего утилизация стала распространяться в Европе и США. Коксовые заводы, бывшие ранее придатком металлургических предприятий, превращаются в коксохимические, оснащенные необходимыми рекуперационными уста-

8 М. Фарадей открыл бензол в 1825 г. в светильном газе.

новками. К концу XIX в. возникает самостоятельная отрасль промышленности — коксохимическая.

В промышленности использовали рекуперационные коксовые печи Копперса, Отто, Коппэ, Гофмана, Беккера. Наиболее популярными в рассматриваемый период были печи системы Копперса (Германия), которые из общего количества коксовальных печей, построенных в разных странах за период 1908—1918 гг., составляли 91%. К 1 августа 1919 г. в США и Канаде насчитывалось свыше 6416 печей Копперса.

Масштабы производства каменноугольной смолы и других химических продуктов на коксовых заводах вскоре превышают их производство на газовых заводах, Так, в 1910 г. в Германии коксовые заводы давали уже 600 тыс. т каменноугольной смолы, в то время как газовые заводы — только 300 тыс. т. В дореволюционной России каменноугольную смолу использовали в небольших количествах. В начале XX в. в Донбассе была построена первая коксовая батарея с улавливанием побочных продуктов. В 1912 г. из 4682 коксовых печей, имевшихся в России, лишь 344 были оборудованы рекуперационными установками. В период первой мировой войны под влиянием резко возросшей потребности на взрывчатые вещества в России возросло число коксохимических заводов, способных утилизировать отходы коксового производства. В 1914 г. из 5457 коксовых печей насчитывалось 1008 печей, снабженных рекуператорами для улавливания побочных продуктов коксования. К концу 1917 г. в России имелось уже 1880 коксовыхиечей с рекуператорами, в стадии строительства находились еще 530 печей; 4400 работающих печей было старой конструкции. За 1917 г. на отечественных заводах было подвергнуто коксованию около 6,5 млн. т каменного угля, из них 3,5 млн. т переработано на коксовых заводах, оборудованных рекуперационными установками. Всего за этот год было получено каменноугольной смолы около 60 тыс. т и сырого бензола — около 17 тыс. т. Многие заводы, оснащенные установками для утилизации побочных продуктов коксования, принадлежали иностранным фирмам (бельгийским, французским и германским).

В период первой мировой войны в нашей стране было организовано русское общество «Коксобензол». В это время началось более интенсивное оснащение заводов, принадлежащих русским акционерным компаниям, рекуперационными установками. Проведенное в годы войны техническое оснащение многих отечественных заводов установками для утилизации побочных продуктов дало возможность уже в начале 1916 г. увеличить на этих предприятиях переработку каменного угля до 442 вместо 180 тыс. т в месяц до войны. Ежемесячное производство в начале 1916 г. утилизованных продуктов характеризуется следующими цифрами, т: каменноугольная смола 8850, сырой бензол 2460, аммиачная вода 4425, антрацен 100, чистый бензол — около 420, чистый толуол 450, сырой фенол — около 200. Выработка указанных ароматических продуктов в 1916 г. превысила их ввоз за последний, предвоенный 1913 г. За 1916 г. было выработано антрацена 1300 т, а ввезено в 1913 г. 606 т, бензола вместе с толуолом — более 50 тыс. т, а импортировано в 1913 г. 3640 т [36, с. 249—250].

Побочные продукты сухой перегонки каменного угля с развитием коксохимии превратились в основные продукты переработки. Утилизация, разделение и очистка этих продуктов потребовали создания весьма сложных технических устройств и аппаратов, разработки соответствующих технологических схем. Достаточно вспомнить, что основные коксохимические продукты (не считая кокса) — коксовый газ, сырой бензол, каменноугольная смола — заключают в себе в общей сложности около 80 наименований различных веществ, насчитывающих, в свою очередь, не менее 160 сортов.

В первые два десятилетия текущего столетия общая технологическая схема переработки каменного угля и его производных, а также аппаратурное оформление производства получили близкий к современному вид. Процесс вели в отапливаемых газом печах при нагревании каменного угля без доступа воздуха, шихту подсушивали, затем начиналось выделение углекислого газа и сероводорода. При 300—500° С органическое вещество угля интенсивно разлагалось, переходя в пластическое состояние, сопровождающееся выделением первичных газов, первичной смолы и образованием полукокса. При дальнейшем нагревании (при 500—1100° С) малопрочный полукокс теряет большую часть летучих веществ и переходит в твердый кокс, а первичные газы и смола образуют высокотемпературную каменноугольную смолу и коксовальный газ. Выжженный раскаленный кокс тушили водой. Газ и газообразные побочные продукты коксования охлаждали и промывали, при этом выделялись каменноугольный деготь, сырой бензол, содержащий толуол и ксилол и другие гомологи ароматического ряда, а также аммиак, пианистные соединения и т. д. Затем в специальном цехе, оснащенном перегонными аппаратами (периодического или непрерывного действия), перерабатывали (разгонка) деготь. Сырой бензол очищали в цехе ректификации. После выделения из коксового газа побочных продуктов его применяли либо в качестве светильного газа, либо (в случае более глубокой очистки) как исходный продукт для синтеза аммиака.

Продукты перегонки каменного угля на газовых и коксохимических заводах во всевозрастающих масштабах стали использоваться в виде сырья на предприятиях анилинокрасочной, фармацевтической и в других отраслях промышленности.

 

 

Происхождение нефти угля природного газа. Происхождение природных...

Однако те превращения, которые привели к образованию из животных и растительных организмов каменного угля, нефти и газа, в большинстве своем не носят биологического характера, а являются следствием геологических и геохимических условий (давление...

 

Полимерами называют высокомолекулярные вещества. Полимеры...

Завод по переработке нефти мощностью 6 млп. т в год может обеспечить получение 350—550 тыс. т газа, или 9% на переработанную нефть с … При коксовании каменных углей попутно получают кроме кокса каменноугольный деготь, коксовый газ, аммиак, сернистые соединения.

 

Источники энергии энергетика

Легко сжигаемые газы (пропан, бутан) образуются при переработке нефти. … Газ, используемый во многих городах Германии, представляет собой смесь газов, получаемых в качестве побочного продукта при коксовании каменного угля и различных химико-технологических процессах.

 

ИСКОПАЕМЫЙ УГОЛЬ. Бурый уголь. Антрацит. Топливо из угля

В зависимости от того, какие цели ставят себе предприятия, перерабатывающие уголь, из каменного угля при … Если не удастся спрессовать мелочь без примеси связующего элемента, то при формовке добавляют каменноугольный пек — остаток смолы после ее переработки.

 

Материалы, поступающие на переработку щебень, песок, гравий...

Также существует химическая технология, - наука о методах и процессах химической переработки сырья в продукты, строительные материалы и изделия. … Из органических природных видов сырья следует отметить каменные и бурые угли, нефть, торф, растительные...

 

УГОЛЬ. Каменный уголь

Мировые запасы его превышают 15 триллионов тонн. Каменного угля на нашей планете извлекают много больше, чем любого другого полезного ископаемого: примерно 2,5 млрд. т в год, или около 700 кг на каждого жителя Земли.

 

Россия играет важную роль в минерально-сырьевом комплексе мира.

Из недр России извлекаются от 11 до 15% нефти и товарной железной руды, 30-32% газа, никеля и кобальта, 6-10% каменного угля … Наибольшее число убыточных предприятий было в угольной промышленности – 59%, газовой – 33%, нефтяной – 27% и в электроэнергетике – 25%.

Цены и ценообразование

 

Итоги технического и научного прогресса с 1870 по 1917 год

Добыча каменного угля продолжала расти быстрыми темпами, причем уголь использовался теперь не только как топливо в промышленности и на транспорте, но и как сырье для химической переработки. Одновременно резко увеличилась добыча нефти и усовершенствовались методы...

 

Органические вяжущие вещества - битумы природные и нефтяные; дегти...

2. Химический состав их представлен органическими соединениями и все они относятся к продуктам химической переработки природного или синтетического сырья, в основном нефти, каменного угля, горючих сланцев, торфа, древесины, природных газов, нефтегаза...

 

БРОКГАУЗ И ЕФРОН. Нефть и нефтпродукты. Состав нефти. Цены...

Однако, залегание Н. ниже каменного угля, как в Америке, этим путем вряд ли объяснимо. Животное происхождение Нефти имеет в … Тогда появилось много компаний для добычи Н. и для ее переработки и положено основание всему современному промышленному значению H.

 

К содержанию книги:  Техника в ее историческом развитии

 

Последние добавления:

 

 Лесопильные станки и линии  Оборудование и инструмент деревообрабатывающих предприятий

Разрезка материалов  "Энциклопедия техники"   Прокатное производство