История/3.История науки и техники

к.т. н. Ахмадова Х.Х.

Грозненский государственный нефтяной технический университет, Россия

к.х.н. Сыркин А.М.

Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия

ассистент Идрисова Э.У.

Грозненский государственный нефтяной технический университет, Россия

ПЕРВЫЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ОПЫТНО- ПРОМЫШЛЕННЫЕ УСТАНОВКИ ТЕРМОКРЕКИНГА

Крекинговое производство, так бурно развивающееся в 1910-1930-е годы в США и других странах, достигшее там значительных масштабов, сначала в России, а затем в СССР долго встречало недостаточный интерес.

Несмотря на сложные условия, существовавшие в России, и на отсутствие должной поддержки со стороны государства, российскими учеными еще в 1-ом десятилетии ХХ в. проводилась работа по исследованию процесса крекинга и созданию крекинговых установок.

В научную и инженерно-техническую разработку процесса термического крекинга в нашей стране в начале ХХ в. большой вклад внес русский инженер С.К. Квитко.

31 августа 1911 г. горный инженер С.К. Квитко подал заявку в Министерство промышленности и торговли, на основании которой более 100 лет назад 30 июня 1912 г., ему была выдана привилегия за № 21963 на «Способ добывания бензина и иных продуктов из нефти, нефтяных остатков и проч.» [1,2].

В это время В.Бартон только подал заявку на свою установку крекинга, патент на которую затем был признан как первый патент на установку жидкофазного крекинга, хотя эта установка в своем первоначальном варианте была весьма близкой к установке С.К. Квитко.

Установка, предложенная С.К. Квитко, в некоторых отношениях была даже совершеннее установки Бартона, и значительно превосходила запатентованные позже в США процессы крекинга Снодграсса и Коста [3,4], которые осуществлялись в аппаратах периодического действия, в то время как процесс Квитко – на многокубовой установке непрерывного действия.

Крекинг-установка С. Квитко представляла собой многокубовую батарею непрерывного действия, работающую под давлением с применением рециркуляции сырья и регенерации тепла [2].

Это была схема, которая занимала среднее место между паровым и жидкостным термическими крекинг-методами [5].

В запатентованном С.К. Квитко процессе ставилась задача увеличения выходов бензина из нефти в результате термического разложения более тяжелых ее частей. Установка С.Квитко по технологическим принципам, положенным в ее основу, приближалась к установке непрерывного действия Алексеева, однако сильно уступала установке Шухова и Гаврилова, запатентованной в 1891 г. [2]. Возможность получения низкозастывающих топочных мазутов из высокопарафинистых прямогонных мазутов грозненских нефтей заинтересовала морское министерство и по его представлению процесс С.Квитко в 1916 г. проверялся в лаборатории Бакинского технического комитета [2, 6] и получил положительную оценку.

Но, несмотря на это, проект начал внедряться только в первые годы советской власти в 1917 г. благодаря поддержке бакинских специалистов [5,7].

Однако, в связи с внезапной кончиной изобретателя 15 августа 1917 г. работы по строительству первой отечественной опытно-промышленной установки по термическому крекингу по способу С.К. Квитко были остановлены и возобновлены лишь в 1924 г.

В мае 1924 г. в Азнефти во главе с инженером-химиком Виктором Герром был создан Комитет для строительства заводской установки крекинга, который стал руководящим органом по реализации проекта Квитко [7,8]. Концептуально было определено, что это будет опытно-промышленная установка, включающая один куб периодического действия, с единовременным заливом мазута около 3 т.

Установка была пущена в эксплуатацию в июне 1925 г. и работала продолжительное время с хорошими результатами. На установке был изучен процесс крекинга в различных условиях работы. Даже при работе по упрощенному методу крекинга мазута сураханской нефти (d¹⁵₁₅ = 0,915, температура застывания +28°C) без возврата флегмы в куб при температуре от 420-430 до 500-560°C и давлении 4-4,5 атм, выход экспортного автомобильного бензина составил 21%. Выход топочного мазута (уд. вес. 0,904, температура замерзания -10°С) при этом составил 74% [9].

В процессе крекинга балаханских и биби-эйбатских мазутов по патенту С.Квитко при температуре около 400°С было получено от 76 до 82% отгона, в том числе от 25 до 30% бензина, выкипающего до 200°С.

С.Квитко также проводил опыты с разложением и высокопарафинистого грозненского мазута с температурой плавления 33°С. Он показал, что из этого сырья, наряду с бензином, получается топочный мазут с температурой застывания ниже -20°С при отсутствии коксообразования.

Установка была целиком изготовлена из отечественных материалов и послужила подготовительной ступенью к последующему широкому строительству в Союзе установок термического крекинга [10].

А.М. Трегубов, подробно описавший в 1926 г. конструктивную сторону опытной крекинг-установки по системе Квитко, отмечал: «впервые на этой установке и впервые в Союзе ССР был получен в заводском масштабе крекинг-газолин из солярового масла. Это скромное достижение тем более заслуживает внимания, что, кроме горячей веры в успех дела и сведений общетехнического характера, авторы проекта не располагали ровно никаким материалом по конструированию подобного рода специальных аппаратов» [9].

А.М.Трегубов, как и другие специалисты-энтузиасты отечественного развития крекинга, придавали большое практическое значение проводившимся опытам. Эти опыты «позволят выработать пригодный для крекинга тип аппаратов производства Союза ССР и благодаря этому освободиться от необходимости приобретать за границей дорогостоящее оборудование и переплачивать иностранцам за привилегию» [3,9].

Из опытов на крекинг-установке С.К. Квитко были сделаны выводы, вполне оправдавшиеся в дальнейшей практике нефтепереработки, о том, что дело крекинга в СССР должно получить дальнейшее развитие и что это весьма важно и с научной и с практической точек зрения [1,3].

Наиболее положительной стороной работы этой установки явилось то, что практическая работа на ней дала возможность выявить и учесть ряд недостатков в проекте, строительстве и эксплуатации процесса термокрекинга в опытно-промышленных условиях.

На установке С.К. Квитко советские специалисты практически впервые осваивали технологию термического крекинг-процесса в промышленном масштабе.

Таким образом, начало развития промышленности термического крекинг- процесса в СССР было положено в 1925 г. Эта дата явилась началом химической переработки нефти в СССР.

В 1927 году по инициативе К.Кострина в Баку было осуществлено крекирование сураханского мазута на специально сооруженной непрерывно действующей опытной трубчатой установке.

К.В. Кострин осуществлял легкий крекинг сураханской нефти при атмосферном давлении в трубчатой установке, предназначенной для прямой перегонки нефти [11-14]. Её эксплуатация показала преимущество трубчатых крекинг-аппаратов.

Процесс «полукрекинга», как его называли, осуществляемый на этой установке, имел две задачи: получение крекинг-бензина и понижение температуры застывания крекируемого мазута для повышения его транспортабельности и использования в качестве котельного топлива [15]. В результате было получено 33,5% крекинг-дистиллята [3,13].

В 1926-1928 гг. в Центральной лаборатории Грознефти под руководством А.Н. Саханова и М.Д. Тиличеева широко проводились исследования по технологии термического крекинга. В результате была создана реакционная система термического крекинга, названная системой Саханова-Тиличеева, которая прошла опытно-промышленное испытание в Грозном в 1928 г. [16].

Сущность системы Саханова – Тиличеева заключалась в том, что цилиндрическая камера была заменена трубчатой. Трубы реакционной камеры имели приблизительно в 2 раза больший диаметр, чем нагревательные, что обеспечивало, с одной стороны, вихревой характер движения, а с другой стороны — не слишком громоздкий характер реакционной камеры. После реакционных труб продукт через редукционный вентиль поступал в расширительную камеру — как и в системе Кросса). Применялось также, в случае необходимости, некоторое обогревание реакционной камеры отходящими газами для поддержания температуры. При проведении варианта процесса крекинга для получения маловязкого низкозастывающего топлива отпадала необходимость в расширительной камере и колонне. В этом случае продукт непосредственно из трубчатой реакционной камеры поступал в теплообменные трубчатки для охлаждения и для нагревания сырья и далее через редукционный вентиль в приемник.

В этой схеме трубчатая реакционная камера помещалась над нагревательными трубами и обогревалась отходящими топочными газами.

Таким образом, под давлением находились нагревательные, реакционные и теплообменные трубы, причем давление не превышало 10-15 атм, что было вполне достаточно для легкой формы крекинга.

Сахановым А.Н. и Тиличеевым М.Д. по этому способу крекинга было получено заявочное свидетельство № 18.082, которое называется «Способ Саханова и Тиличеева для превращения застывающего топлива в мало застывающее и вязкого в мало вязкое» [16].

Работа первых опытно-промышленных установок, созданных в Баку и Грозном в период 1925-1928 гг. показала, что в стране идет становление отечественной промышленности крекинга, и что советские специалисты владеют достаточными знаниями и исследовательской базой для сооружения современных крекинг-установок.

Из опытов на этих крекинг-установках были сделаны выводы, вполне оправдавшиеся в дальнейшей практике нефтепереработки, что крекингостроение в СССР должно получить дальнейшее развитие и что это важно и с научной и с практической точек зрения.

Однако широкому промышленному развитию отечественных систем крекинг-процесса препятствовало то, что Советский Союз к началу первой пятилетки не имел достаточно развитого машиностроения.

Литература:

1. Ахмадова Х.Х., Идрисова Э.У. Создание первой отечественной опытно-промышленной установки термокрекинга С.К. Квитко //Современная российская наука глазами молодых исследователей. Сборник статей (по итогам II Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов). Том 1. Красноярск.-2011. С. 31-35.

2. Сергиенко С.Р. Очерк развития химия и переработки нефти.- М.: Изд-во Академии наук СССР. – 1955.- С.90-115.

3. Абубакарова З.Ш. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Становление промышленных процессов термического крекинга на Кавказе. –Уфа, 2007. - С.25.

4. Бэлл Г.С. Американские методы переработки нефти. Ч 1-М.-Г.-Л.-Н.: ГНТИ, 1933.-317с

5. Сальников И. Крекинг в американской нефтепромышленности //Азербайджанское Нефтяное хозяйство.-1926.-№ 10.-С.32-39.

6. Хроника. Соединенные Штаты. // Нефтяное хозяйство.- 1926.- № 8.- С. 302.

7. Матвейчук А. «Апшеронский казак» Семен Квитка // Нефть России.- 2000.- № 8.

8. Герр В. По поводу статьи инж. Ив. Сальникова //Азербайджанское нефтяное хозяйство.- 1926.- № 10. –С. 31-32.

9. Трегубов А.М. Конструктивная сторона в установках крекинга по патенту инж. Квитко // Азербайджанское нефтяное хозяйство.- 1926.- № 5.- Стр. 51-59.

10. Нефтяная промышленность СССР. - М.:Гос. научно-техническое изд-во Нефтяной и горно-топливной литературы.- 1958.- 238 с.

11. Захаренко А.Г., Мищенко К.В. Крекинг в жидкой фазе при атмосферном давлении //Азербайджанское Нефтяное Хозяйство.-1927.-№ 4(64).-C.41-50.

12. Захаренко А.Г. Трубчатые куба и опыт их применения в бакинском районе // Азербайджанское нефтяное хозяйство.-1926.-№ 6-7.

13. Кострин К.В. Крекинг-процесс при низком давлении // Нефтяное хозяйство.- 1927.- № 1.-С.39-45.

14. Кострин К.В. Перегонка нефти на трубчатых кубах //Предприятие.- 1925.- № 12.-С.60.

15. Egloff // Nat. Petr. News. - 1926. - № 9.

16. Саханов А.Н. Крекинг в жидкой фазе. Тиличеев М.Д. // Труды центральной химической лаборатории Грознефти.- М-Л.: - 1928.-С.371.