Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ПЕРВЫЕ СИСТЕМАТИЗИРОВАННЫЕ НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ТЕРМИЧЕСКОМУ КРЕКИНГУ

Ахмадова Х.Х. 1 Идрисова Э.У. 1 Мовсумзаде Э.М. 2 Сыркин А.М. 3
1 Грозненский государственный нефтяной технический университет
2 Российская академия образования
3 Уфимский государственный нефтяной технический университет
Проанализированы первые научные работы по исследованию процесса термического крекинга в период 1910–1920-е годы. Показано, что основные исследования в этот период были посвящены изучению крекинга в паровой фазе и проводились в основном в США. Недостатком этих работ являлось то, что не была изучена взаимосвязь двух основных факторов – температуры и скорости реакции, что значительно уменьшало научную ценность указанных работ. Установлено, что процесс крекинга в жидкой фазе при промышленном внедрении оказался предпочтительнее, чем парофазный крекинг. Приведены результаты наиболее значимых исследований отечественных и зарубежных исследователей по крекингу в жидкой фазе. Отечественная наука до появления уникального труда А.Н. Саханова и М.Д. Тиличеева – сотрудников Центральной химической лаборатории Грознефти – имела весьма небольшое число экспериментальных работ по крекингу, хотя к началу ХХ века в России выдающимися инженерами Г.В. Алексеевым, К.И. Лисенко, А.Н. Никифоровым, В.Г. Шуховым, С.Гавриловым было разработано даже аппаратурное оформление процесса. Показано, что исследования советских ученых в области термического крекинга заложили научные основы крекинга и способствовали промышленному строительству установок крекинга в СССР. Уникальный труд А.Н. Саханова и М.Д. Тиличеева в области крекинга, обобщающий результаты многолетних исследований грозненских ученых в области термического крекинга, подтверждает их приоритет в разработке научных основ термического крекинга.
исследования Центральной химической лаборатории Грознефти.
грозненские ученые
промышленное внедрение
углеводороды
гудрон
нефть
химизм и механизм крекинга
факторы
крекинг парофазный и жидкофазный
1.Ахмадова Х.Х., Сыркин А.М., Мусаева М.А. Развитие систем жидкофазного крекинг-процесса // Современная наука: актуальные проблемы и перспективы развития (коллективная монография). – Ставрополь, 2012. – С. 8.
2. Ахмадова Х.Х., Сыркин А.М., Мовсумзаде Э.М. Предпосылки создания процесса термического крекинга // Социально-гуманитарные проблемы современности: человек, общество и культура. Монография / отв. ред. Я.А. Максимов. – Красноярск: Научно-инновационный центр, 2011. – Кн. 3. – С. 58.
3. Ахмадова Х.Х., Турлуев Р.А-В., Сыркин А.М. // История науки и техники. – 2007. – № 1. – С. 108.
4. Ахмадова Х.Х., Турлуев Р.А-В., Сыркин А.М. // История науки и техники. – 2007. – № 6, спецвыпуск № 1. – С. 72.
5. Белл. А.Б. Американские методы переработки нефти. – М.: Гос. научно-технич. горно-геолого-нефтяное издательство, 1925. – 167 с.
6. Брукс Б.Т. // Chem. and Met. Eng. 1926. – Март. – С. 169.
7. Герр В.Ф. // Азерб. Нефт. Хоз. – 1923. – № 11. – С. 85.
8. Дин и Джекобс. О крекинге. Изд. Совета Нефтяной Промышленности, 1924.
9. Дин Е.В., Джекобс В.А. Получение бензина из тяжелых нефтяных продуктов посредством крекинга // О крекинге. – М.; Л., 1924. – 86 с.
10. Добрянский А., Мурреев А. // Нефтяное хозяйство. – 1927. – № 3. – С. 411.
11. Захаренко А.Г., Мищенко К.В. // Азерб. Нефт. Хоз. – 1927. – № 4. – С. 42.
12. Кострин К.В. О крекинг-процессе при низких давлениях // Азерб. Нефт. Хоз. – 1925. – № 2. – С. 79.
13. Кострин К.В. // Нефтяное хозяйство. – 1927. – № 1. – С. 39.
14. Льюэс В.Б. Химизм крекинг-процесса // О крекинге. – М.; Л., 1924. – 86 с.
15. Мельницкий Ю.В. // Нефтяное и Сланцевое Хозяйство. – 1927. – № 1–4.
16. Меликов В.С. // Азерб. Нефт. Хоз. – 1924. – № 5–6. – С. 49.
17. Пацуков Н.Г. // Нефтяное и сланцевое хозяйство. – 1921. – № 9–12.
18. Саханов А.Н., Тиличеев М.Д. Крекинг в жидкой фазе. – М.; Л.: Нефтяное изд. НТУ ВСНХ СССР, 1928. – 371 с.
19. Саханов А.Н., Тиличеев М.Д. // Нефтяное и сланцевое хозяйство. – 1926. – № 11–12. – С. 704.
20. Саханов А.Н., Тиличеев М.Д. Итоги исследования грозненских нефтей. – М.; Л.: СНП, 1927. – 651 с.
21. Сыркин А.М., Абубакарова З.Ш., Ахмадова Х.Х. Становление промышленных процессов термического крекинга на Кавказе. – Уфа: Издательство ГУП ИНХП РБ, 2012. – 200 с.
22. Brooks B.T. // J. Ind. Engin. Chem, 1915, no. 7, pp. 180.
23. Leslie. Motor Fuels. 1924. P. 278.

Несмотря на начавшее широкое промышленное внедрение процесса крекинга в период 1910-1920е годы и его огромное значение для производства бензина, систематические исследования по этому процессу были немногочисленны и проводились в основном в США.

Американская промышленность, имея огромные возможности для осуществления той или иной технической идеи, обладая развитой научно-технической базой для исследований, имела благодаря этому уже во втором десятилетии ХХ века самый высокий уровень развития процессов крекирования нефтяного сырья и промышленного их внедрения в мире [1].

Одна из наиболее важных причин, способствующих лидерству США в развитии крекинга, - это мощная организация исследовательских работ, направленных на увеличение производства бензина для растущего быстрыми темпами автомобильного транспорта и улучшение его качества [2].

Громадные суммы выделялись в этой стране на исследовательские работы с целью изыскания промышленного способа переработки мазута на бензин. По ориентировочным оценкам на разработку промышленно применимых крекинг-процессов только в 1928 г. в США было затрачено свыше 40 млн долларов [3].

Для успешного развития бензиновой промышленности было необходимо детальное изучение термических превращений углеводородов, исследования их химии, кинетики и влияния различных факторов на процесс крекирования.

Вопросами термического крекинга индивидуальных углеводородов, нефти, ее дистиллятов и нефтяных остатков с получением автомобильных бензинов и сырья для нефтехимии занимались многие исследователи, как за рубежом, так и в СССР. Однако обобщенного взгляда на сущность процесса крекинга, его химизм, механизм, кинетику, роль отдельных условий и факторов процесса, влияния состава и строения сырья у исследователей не было.

Первые работы в области крекинга были посвящены исследованиям крекинга в паровой фазе.

Первая систематизированная работа Ритмана, Дутона и Дина «Manufacture of Gasoline», опубликованная в 1916 г. в Вашингтоне, относилась к исследованиям крекинга керосиновых и лигроиновых фракций в паровой фазе в широком интервале температур от 450 до 850 °С, причем температуры 450-500 °С были исследованы поверхностно [18].

Предметом более позднего исследования Е.В. Дина и В.А. Джекобса также был крекинг этих фракций в паровой фазе, но уже в более узком температурном интервале от 550 до 650 °С [8].

Эглофф, Твоми и Моор в 1916-1917 гг. проводили исследования крекинга керосина и различных нефтяных фракций в паровой фазе [23]. Несколько раньше Энглер и Спаниер [4] исследовали крекинг в паровой фазе разных лигроиновых и керосиновых фракций при 450- 500 °С и атмосферном давлении.

Недостатком этих работ являлось то, что не была изучена взаимосвязь двух основных факторов - температуры и скорости реакции, что значительно уменьшало научную ценность указанных работ.

Осуществление крекинг-процесса в жидкой фазе оказалось экономически более выгодным, чем в паровой фазе, и поэтому жидкофазным процессам крекинга было отдано предпочтение перед парофазными [4]. Интенсивное применение их в промышленности началось с 1913 года со строительством установок крекинга системы Бартона.

Одно из первых систематизированных исследований крекинга в жидкой фазе было сделано Бруксом в 1915 г., исследовавшим разложение нефтяных масел при температурах до 437 °С и давлении до 27 атм [6, 22].

Исследования Лесли и Потхофа [23], появившиеся в печати несколько ранее уникального труда Саханова и Тиличеева, также были направлены на исследования крекинга в жидкой фазе [18].

Лесли и Потхоф исследовали скорость крекинга при 372 0С и 427 0С под давлением до 35 атм. В качестве исходных продуктов были взяты прямогонный газойль, мазут и крекинг-газойли. Кроме весьма важных выводов в области кинетики крекинга авторы экспериментально определили теплоту реакции крекинга, которая оказалась приблизительно равной 500 кал/ г крекинг-бензина.

Белл в своих исследованиях указывает, что в крекинг-процессе играют роль два существенных фактора: температура и время, в течение которых молекулы подвергаются действию этой температуры [5]. Он считал, что давление находится в зависимости от температуры, причем для разложения углеводородов большого удельного веса необходимы более низкая температура и меньшее время, чем для разложения простейших, т.е. давление является как бы второстепенным фактором крекинг-процесса.

В.Б. Льюэс также полагал, что главным фактором при образовании простейших углеводородов из более сложных, определяющих течение процесса крекинга и характер получаемых продуктов, являлась температура. Льюэс подобно Беллу считал давление второстепенным фактором [14, 12]. Он указывал, если вести процесс при атмосферном давлении, то наиболее благоприятная температура будет 500 0С, при которой почти не образуется кокса.

Е.В. Дин и В.А. Джекобс указывали, что выгоднее проводить процесс при повышенном давлении, но слишком его повышать нет смысла [9, 13].

Отечественная наука до появления уникального труда А.Н. Саханова и М.Д. Тиличеева - сотрудников Центральной химической лаборатории Грознефти - имела весьма небольшое число экспериментальных работ по крекингу, хотя к началу ХХ века в России выдающимися инженерами Г.В. Алексеевым, К.И. Лисенко, А.Н. Никифоровым, В.Г. Шуховым, С.Гавриловым было разработано даже аппаратурное оформление процесса [2].

Работа Ю.В. Мельницкого «Разложение парафинистого мазута», опубликованная в 1921 г., относится к крекингу парафинистого мазута при температуре 550-560 0С и давлении 5 атм в трубчатой системе [15], с выходом бензина в процессе до 25 %.

Н.Г. Пацуков [17] в 1921 г. исследовал разложение парафинистого мазута в лабораторных условиях, но отсутствие сколько-нибудь определенных данных о времени крекинга делает полученные результаты недостаточно обоснованными [18].

В.Ф. Герр [7] в 1923 г. описал результаты разложения биби-эйбатского и балаханского мазутов, произведенных на установке Квитко, а также произведенные им самим опыты их разложения. В результате этих опытов при давлении 4 атм и температуре 400 0С получался продукт с более низкой температурой застывания и около 20 % бензина непредельного характера.

Процесс по этому способу крекинга осуществлялся периодически, что являлось его существенным недостатком.

Одним из основных направлений исследования по крекингу, особенно в американской нефтеперерабатывающей промышленности, являлась разработка технологии процесса крекинга в непрерывном режиме, преимущества которого перед периодическими процессами были очевидны, на что указывает в своей статье В.С. Меликов [16].

Э.Ф. Пыхеле в 1926 г. опубликовал данные о разложении челекенской нефти, грозненского парафинистого и сураханского мазутов при атмосферном давлении и температуре 400-450 0С, также показывающих возможность понижения температуры застывания разлагаемого продукта с одновременным получением 4-6,5 % бензина [18].

В том же году были опубликованы первые результаты исследований в области крекинга, полученные в Центральной химической лаборатории Грознефти, которые представляли огромную ценность для разработки отечественной технологии крекинга [19].

Результаты исследований К.В. Кострина в 1927 г. по осуществлению легкого крекинга сураханской нефти при атмосферном давлении в трубчатой установке, предназначенной для прямой перегонки нефтей на заводе № 2 имени Джапаридзе 1-й группы заводов Азнефти [13], показали технологическую гибкость процесса крекинга и возможность его осуществления на оборудовании других процессов [11].

В результате осуществления опытно-промышленного пробега на установке прямой перегонки нефти было получено 33,5 % крекинг-дистиллята. Крекинг-остаток процесса представлял собой хороший топочный мазут со значительно пониженной против исходного мазута температурой застывания на 12 0С (-90С), с несколько меньшим содержанием акцизных смол (8,5 %) и с повышенным удельным весом (0,8798) и вязкостью (при 50 0С по Энглеру - 2,25) [13,21].

Промышленное внедрение процесса термического крекинга в СССР сдерживалось разными причинами экономического и политического характера. Одна из основных причин - это отсутствие широкого спроса на бензин из-за отставания в развитии отечественной автомобильной и авиационной промышленности. Другая немаловажная причина, сдерживающая развитие крекинга, существующее в СССР мнение, что крекинг-бензин является лишь суррогатом натурального бензина, моторным топливом второго сорта [16].

Однако, несмотря на значительное отставание в промышленном внедрении установок крекинга, в СССР большое внимание уделялось научным исследованиям в этой области.

В 1926-1928 гг. в Центральной химической лаборатории Грознефти под руководством А.Н. Саханова и М.Д. Тиличеева были проведены серьезные научно-исследовательские работы по технологии термического крекинга.

Результаты этих исследований изложены в трудах Центральной химической лаборатории «Итоги исследования грозненских нефтей», опубликованных в 1927 г., в которых глава «Крекинг грозненских нефтяных продуктов» была посвящена крекингу различных фракций грозненской нефти [20], и в книге А.Н. Саханова и М.Д. Тиличеева «Крекинг в жидкой фазе», опубликованной в 1928 г. и являющейся до сих пор настольной книгой нефтепереработчиков [18].

В этой книге впервые всесторонне и подробно рассмотрены вопросы влияния основных факторов на процесс крекинга с приведением подробной методики исследования по каждому из факторов. Эта весьма обстоятельная работа А.Н. Саханова и М.Д. Тиличеева освещала вопрос о крекинге с такой полнотой, что оставляла позади большинство опубликованных исследований в этой области [10].

Для выяснения основных закономерностей, управляющих явлениями крекинга, ими был изучен крекинг различных фракций нефти.

А.Н. Сахановым и М.Д. Тиличеевым было также подробно исследовано влияние основных факторов на процессы уплотнения, коксообразования в процессе крекинга, изучены различные формы крекинга от наиболее легких форм до форм наиболее глубоких с почти полным превращением продукта в бензин, кокс и газы.

Показано, что первая форма крекинга применяется для понижения вязкости или температуры застывания нефтетоплива. Вторая форма крекинга применяется для получения бензина и нефтетоплива, третья - для получения бензина и кокса. Показано, что для различных форм крекинга применяется различная заводская аппаратура. Выбор той или иной формы крекинга находится в большой зависимости от ряда местных условий и конъюнктуры рынка.

А.Н. Саханов и М.Д. Тиличеев показали, что исследование различных нефтей и нефтепродуктов в отношении крекинга должно быть индивидуально и детально разработано, и в исследованиях всеми исследователями должна применяться единая методика.

Саханов А.Н. и Тиличеев М.Д. большое внимание уделяли исследованию химизма процесса. Ими показано, что все многообразие реакций крекинга сводится к двум основным направлениям: к реакциям расщепления, с образованием более легких продуктов, и к реакциям уплотнения и конденсации, конечной стадией которых является образование кокса. Они рассматривают химизм крекинга с точки зрения исследования этих двух основных направлений процесса. Ими подробно изучены реакции разложения парафиновых, нафтеновых, ароматических углеводородов. Большое внимание уделено описанию влияния различных физико-химических факторов на направление и химизм крекинга и изучению химического состава продуктов крекинга.

В трудах Центральной химической лаборатории Грознефти приводится обзор по основным промышленным системам крекинга, применяемым в 1920-е годы в нефтеперерабатывающей промышленности разных стран, с описанием основного оборудования и принципиальных технологических схем процесса [18].

Этот уникальный труд, обобщающий результаты многолетних исследований грозненских ученых в области термического крекинга, подтверждает их приоритет в разработке научных основ термического крекинга. Эти исследования [18, 20] заложили фундамент для промышленного строительства установок термического крекинга в СССР.

Рецензенты:

Махмудова Л.Ш., д.т.н., профессор, заведующая кафедрой «Химическая технология нефти и газа», декан технологического факультета, ФГБОУ ВПО Грозненский государственный нефтяной технический университет им. акад. М. Д. Миллионщикова, г. Грозный.

Грудников И.Б., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Нефтехимия и химическая технология», ФГБОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа.


Библиографическая ссылка

Ахмадова Х.Х., Идрисова Э.У., Мовсумзаде Э.М., Сыркин А.М. ПЕРВЫЕ СИСТЕМАТИЗИРОВАННЫЕ НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ТЕРМИЧЕСКОМУ КРЕКИНГУ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=10917 (дата обращения: 07.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074