Внедрение технологии дробной перегонки нефти

Внедрение кубов непрерывного действия сыграло в нефтеперерабатывающей промышленности огромную роль, однако и они имели недостатки: громоздкость и большую металлоемкость, значительные энергозатраты на нагрев кубовых батарей и камер, недостаточную утилизацию нефтяных остатков. Эти недостатки были устранены в установке для дробной перегонки нефти, разработанной В.Г. Шуховым и Ф.А. Инчиком.

Конструктивно установка Шухова-Инчика близка к современным ректификационным колоннам, в которых используется принцип противотока, т.е. перегретый пар, используемый для перегонки, двигается навстречу потоку нефти. Вместо громоздких кубовых батарей изобретатели предложили установку, состоящую из одного перегонного куба и вертикальной емкости, разделенной перегородками на несколько камер. В первоначальном проекте емкость также имела форму куба, впоследствии она стала цилиндрической. Пары перегоняемой жидкости двигаются из перегонного куба вверх и, проходя через тарелки наполненные нефтью, нагревают ее и способствуют конденсации соответствующей фракции. Отдавшие тепло пары сгущаются и в виде жидкости стекают обратно в перегонный куб. Полученные погоны поступают в приемник, а оставшиеся пары достигают следующей тарелки, где процесс повторяется. Установка имела 9 перегородок-тарелок, разница температур между которыми составляла 80°С, за счет чего на каждой тарелке отгонялась соответствующая температуре фракция. При работе установки в результате того, что с потоком паров увлекались брызги и капельки нефти, дистилляты получались более темного цвета. Чтобы ликвидировать этот недостаток, Шухов и Инчик сконструировали гидравлический дефлегматор (патент 1890 г.) для очистки паров нефти от частиц испаряемой жидкости.

В отличие от кубовых батарей и аналогичных им аппаратов для непрерывной перегонки, установка Шухова–Инчика имела следующие достоинства:

· малый расход топлива, т.к. утилизировалась скрытая теплота паров;

· при малом объеме установки за счет вертикальных перегородок поверхность нагрева увеличивалась, следовательно росла производительность и снижалась металлоемкость и размер;

· в зависимости от количества перегородок можно было получить разное количество фракций;

· из-за небольшой емкости тарелок скорость перегонки возрастала.

Пять установок Шухова–Инчика были сооружены на нефтеперегонном заводе ВИНК Шибаева в Баку и работали с небольшими переделками с 1889 г. до середины 1920-гг. Установка позволяла перерабатывать до 10 тыс. пудов нефти в сутки и получать большое число нефтепродуктов – от легкого бензина до тяжелых масляных фракций. Компактность и простота устройства позволила пяти шуховским аппаратам заменить работу большой 15-ти кубовой нобелевской батареи, обеспечив тройную экономию воды и топлива.

Все описанные выше нефтеперерабатывающие установки в виде чертежей и моделей были продемонстрированы на выставке предметов освещения и нефтяного производства, организованной ИРТО в 1888–1889 гг. (лекция 6).

Следующий этап модернизации нефтеперерабатывающего производства также связан с именем В.Г. Шухова. В 1891 г. В.Г. Шухов и С.П. Гаврилов (1854–1916)получили патент на приборы для дробной перегонки и разложения нефти и подобных жидкостей под значительным давлением в трубчатой печи, которая в дальнейшем получила название крекинг-установки.

При изучении процесса перегонки нефти было установлено, что при температурах выше 480°С сложные углеводородные молекулы расщепляются на две (или больше) молекулы меньшего размера. Маленькие молекулы кипят при более низких температурах, поэтому они сразу переходят в пары. Это явление получило название крекинг (расщепление). Крекинг – это процесс химического разложения углеводородов нефти на более летучие вещества, его использование даёт возможность повысить выход керосина и бензина из нефти до 50% и более.

Вероятно, на мысль использовать для достижения необходимой для крекинга температуры трубчатую печь натолкнула Шухова работа над трубчатыми паровыми котлами, которую он проводил в конторе Бари. В разработанном совместно с Гавриловым аппарате поверхность нагрева кубов заменялась трубами, которые могли быть прямыми или спиральными. Разложение происходило не только под действием высокой температуры, но и от повышенного давления. В установке обеспечивалась принудительная циркуляция сырья и орошение паров.

Нефтеперегонная установка по патенту В.Г. Шухова и С.П. Гаврилова не была построена, не было о ней и публикаций в печати. Создавая свою установку, изобретатели ставили перед собой цель добиться увеличения выхода керосина, не подозревая о том, что разработали технологию получения другого нефтепродукта – бензина, в то время практически не востребованного. Только спустя 30 лет внедрение крекинг-процесса позволило решить задачу обеспечения постоянно растущей потребности в бензине. Особенно остро эта проблема стояла в США, где количество автомобилей в 1922 г. составляло 12 млн и постоянно росло. В 1923–1924 гг. в США прошла серия судебных процессов над несколькими компаниями группы «Стандарт Ойл» с целью пресечения их контроля над внедрением крекинга, на основании принадлежащих им патентов на наиболее распространенные способы ведения этого процесса (Бортона и др.). В процессе судебных разбирательств выяснялось, что в России более 30 лет назад уже выдан патент, содержащий все основные элементы американских. Специальная комиссия, выезжавшая к В.Г. Шухову из Америки, и американский суд подтвердили приоритет русского инженера. В 1929 г. в возрасте 76 лет В.Г. Шухов совместно с видным деятелем в области нефтяного дела изобретателем турбобура М.А. Капелюшниковым (1886–1959) начал работу над созданием новой нефтеперегонной установки, получившей название «Советский крекинг». В 1934 г. производственная установка, реализующая процесс крекинга в трубчатой печи, была запущена.