Секрет одержання світлих продуктів з чорної нафти людин розгадав дуже давно. Ще при Петрові Першому користалися очищеною нафтою.
Перший завод для очищення нафти був побудований у Росії на Ухтинскому нафтовому промислі. Це було в 1745р., у період царювання Єлизавети Петрівни. У Петербурзі й у Москві тоді для висвітлення користалися свічами, а в малих містах і селах - скіпами. Але вже і тоді в багатьох церквах горіли “невгасимі” лампади. У лампади наливалася чадна олія, що було не чим іншим, як сумішшю очищеної нафти з рослинною олією.
Купець Сполохів був єдиним постачальником очищеної нафти для соборів і монастирів.
Наприкінці XVIII сторіччя була винайдена лампа.
З появою ламп збільшився попит на гас.
Коли брати Дрюка побудували в Моздокі нафтоперегінний завод, свій гас, що називається тоді фотогеном, вони відправляли в Росію.
І перший, і другий, і всі наступні нафтоперегінні заводи одержували бензин, гас і інші продукти випарюванням нафти.
Завод Дубинін був дуже простий. Казан у грубці, з казана йде труба через бочку з водою в порожню бочку. Бочка з водою - холодильник, порожня бочка - приймач для гасу.
На сучасному заводі замість казана влаштовується помилкова трубчаста піч. Замість трубки для конденсації і поділу пар споруджуються величезні ректифікаційні колони. А для прийому продуктів перегонки вибудовуються цілі містечка резервуарів.
Нафта складається із суміші різних речовин (головним чином вуглеводнів) і тому не має визначеної крапки кипіння. На трубчатках нафту підігрівають до 300-325о. При такій температурі більш летучі речовини нафти перетворюються в пару.
Печі на нафтоперегінних заводах особливі. На вид вони схожі на вдома без вікон. Викладаються печі з кращої вогнетривкої цегли. Усередині, уздовж і поперек, тягнуться труби. Довжина труб у печах досягає кілометра.
Коли завод працює, по цих трубах з великою швидкістю - до двох метрів у секунду - рухається нафта. У цей час з могутньої форсунки в піч спрямовується полум'я. Довжина мов полум'я досягає декількох метрів.
При температурі 300-325об нафту переганяється не цілком. Якщо температуру перегонки збільшити, вуглеводні починають розкладатися.
Нафтовики знайшли спосіб перегонки нафти без розкладання вуглеводнів.
Вода кипить при 100об тоді, коли тиск дорівнює атмосфері, чи 760 мм. рт. ст. Але вона може кипіти, наприклад, і при 60о. Для цього треба лише понизити тиск. При тиску в 150 мм термометр покаже всего 60о.
Чим менше тиск, тим скоріше закипає вода. Те ж саме відбувається з нафтою. Багато вуглеводнів в умовах атмосферного тиску киплять тільки при 500о. Отже, при 325об ці вуглеводні не киплять.
А якщо знизити тиск, то вони закиплять і при більш низькій температурі.
На цьому законі заснована перегонка у вакуумі, тобто при зниженому тиску. На сучасних заводах нафта чи переганяється під атмосферним тиском, чи під вакуумом, найчастіше заводи складаються з двох частин - атмосферної і вакуумний. Такі заводи так і називаються атмосферно-вакуумні. На цих заводах виходять одночасно всі продукти: бензин, лігроїн, гас, газойль, мазут. Частин, що невипарувалися, при такій перегонці залишається набагато менше, ніж при атмосферній.
Дружніше відбувається випар нафти, коли в установку вводиться пара.
Складна і цікава робота ректифікаційної колони. У цій колоні відбувається не тільки поділ речовин по їх температурах кипіння, але одночасно виробляється додаткове багаторазове кип'ятіння рідини, що конденсується.
Колони робляться дуже високими - до 40 м. Усередині вони розділяються горизонтальними перегородками - тарілками - з отворами. Над отворами встановлюються ковпачки.
Суміш вуглеводних пар з печі надходить у нижню частину колони.
Назустріч невипарувався залишку нафти знизу колони подається перегріта пара. Ця пара прогріває залишок, що невипарувався, і захоплює із собою всі легкі вуглеводні нагору колони. У нижню частину колони стікає звільнений від легких вуглеводнів важкий залишок - мазут, а пари долають тарілку за тарілкою, прагнучи до верха колони.
Спочатку перетворюються в рідину пари з високими температурами кипіння. Це буде солярова фракція, що кипить при температурі вище 300о. Рідкий соляр заливає тарілку до отворів. Парам, що йдуть з печі, тепер їм приходиться проходити через шар соляру.
Температура пар вище температури соляру, і соляр знову кипить.
Вуглеводні, що киплять при температурі нижче 3000, відриваються від нього і летять нагору колони, на секцію гасових тарілок.
У солярі, що виходить з колони, тому немає чи бензину гасу.
У колонах буває 30-40 тарілок, розділених на секції. Через усі тарілки проходять пари, на кожній вони проходять через шар пар, що скондесувалися, і в проміжках між ними зустрічають падаючі з верхньої тарілки краплі зайвого, що не убрались на верхню тарілку конденсату.
У колоні безупинно йде складна, кропітка робота. Вуглеводні збираються в секціях по температурах кипіння. Для кожної групи вуглеводнів у колоні маються свої секції і свій вихід.
Вуглеводні згрупуються у своїй секції тільки тоді, коли в них не буде вуглеводнів інших температур кипіння.
Коли вони зберуться разом, вони з колони виходять у холодильник, а з холодильника - у приймач.
Із самих верхніх секцій колони йде не бензин, а пари бензину, тому що температура вгорі колони вище температури легко киплячих частин бензину. Пари бензину йдуть спочатку в конденсатор.
Тут вони перетворюються в бензин, що направляється також у холодильник, а потім у приймач.
Крекінг
Утворилася суміш граничних і неграничних вуглеводнів з меншими молекулярними вагами, аналогічна бензину.
Рідкі речовини, що вийшли, частково можуть розкладатися далі, наприклад:
Ці реакції приводять до утворення газоподібних речовин.
Процес хімічного розкладання вуглеводнів нафти на більш, летучі речовини називається крекінгом.
Крекінг-процес був винайдений російським інженером В. Г. Шуховым у 1891 р. Спочатку цим винаходом скористалися американські фірми. У Росії крекінг-процес набув промислового застосування після Великої Жовтневої соціалістичної революції .
Малюнок 5. Крекінг гасу (лабораторний досвід).
Існують два види крекінгу - термічний, коли розщеплення вуглеводнів виробляється при високій температурі, і каталітичний, що йде при підвищеній температурі з застосуванням каталізаторів.
Малюнок 6. Загальний вид крекінг-заводу.
Та щоб розділити суміш рідких і, що утворитьс, газоподібних вуглеводнів, продукти крекінгу направляють у ректифікаційну колону, із принципом дії якої ми вже знайомі.а десятків атмосфер. Щоб розділити суміш рідких і, що утвориться, газоподібних вуглеводнів, продукти крекінгу направляють у ректифікаційну колону, із принципом дії якої ми вже знайомі.
Бензин термічного крекінгу істотно відрізняється від бензину прямої гонки тим, що з тримає у своєму складі неграничні вуглеводні.
Каталітичний крекінг здійснюють, пропускаючи пари важких вуглеводнів у реактори, заповнені каталізатором (зерна алюмосилікатів). Продукти крекінгу з реактора надходять на ректифікацію. Застосування каталізаторів дозволяє проводити крекінг при більш низьких температурах і тиску, направляти його убік утворення найбільш коштовних продуктів і одержувати бензин високої якості.
Гази крекінгу містять різноманітні граничні і неграничні вуглеводні (мал. 11), що робить їх коштовною сировиною для органічного синтезу. За рішенням XX з'їзду Комуністичної партії однієї з найважливіших задач хімічної і нафтової промисловості в шостій п'ятирічці є різке підвищення использования нафтових, природних газів і нафтопродуктів для виробництва синтетичного каучуку, спирту, миючих засобів і інших хімічних продуктів.
Малюнок 7. Зразковий склад газів термічного крекінгу нафти.
Винахід Шухова почали застосовувати в Америці. В даний час у США 65% усіх бензинів виходить на крекінг-заводах.
Наші нафтовики часто розповідають про судовий позов двох американських фірм.
Біля двадцяти п'яти років тому американська фірма Кроса звернулася в суд зі скаргою на те, що фірма Даббса привласнила її винахід - крекінг. Фірма Кроса вимагала з фірми Даббса велику суму грошей за “незаконне” використання винаходу.
Суд устав на сторону Кроса. Даббсу приходилося зовсім погано.
Виручив Даббса адвокат. На суді адвокат заявив:
Крекінг винайдений не Кросом, а росіянином інженером Шуховым.
Шухов тоді був живий. Приїхали до нього в Москву американці і запитують:
Чим ви доведете, що крекінг винайдений вами?
Шухов вийняв зі столу документи і пред'явив американцям. З документів було ясно, що Шухов свій крекінг запатентував за тридцять років до позову Кроса з Даббсом.
Список використовуваної літератури :
“Книга для читання по хімії (частина друга)” Автори: К. Я. Парменов,
Л. М. Сморгонский, Л. А. Цвєтков.