К ЮБИЛЕЮ ПЕРВЫХ ПАТЕНТОВ БАРТОНА

Киев Ахмед Хасыевич

студент 4-го курса, кафедра химической переработки нефти и газа,  ГГНТУ, г. Грозный

E-mail: hava9550 @ mail.ru

Ахмадова Хава Хамидовна

научный руководитель, канд. техн. наук, доцент ГГНТУ, г. Грозный

В начале XX в. наука вступила в качественно новый этап своего развития, практически во всех областях знания были сделаны открытия, способствовавшие колоссальному научному и техническому прогрессу.

Таким открытием, которому больше чем другим суждено было преобразовать как промышленность, так и условия жизни в XX веке, явился двигатель внутреннего сгорания.

Появление автомобиля привело к коренным изменениям образа жизни и преобразованию мировой экономики — к переменам, которых в начале ХХ века никто не ожидал.

С начала ХХ века быстро начинает увеличиваться производство автомобилей. Первые автомобили появились в конце XIX в. — в начале XX в. К началу века их насчитывалось до 15 тыс., в 1905 г. — 80 тыс., в 1910 г. — 2155 тыс., в 1928 г. — 27300 тыс. Уже в 1930 г. мировой автомобильный парк состоял из более чем 35 млн. машин, а 1940 г. достиг 45 млн. [3, 4, 6].

Развитие в конце XIX — начале XX вв. автомобильной промышленности определило собою характер и основное направление развития нефтепереработки. Особенно быстрыми темпами развивалась автомобильная промышленность в первом десятилетии ХХ века в США. Сильно увеличивающемуся и продолжавшему неуклонно возрастать автомобильному парку катастрофически не хватало бензина.

Способом прямой перегонки нефти производилось бензина в недостаточном объеме и низкого качества, который не удовлетворял быстро развивающуюся автомобильную промышленность.

В технологии переработки нефти пришлось отступить от чисто физических методов разделения сырья на содержащиеся в нем компоненты, и ввести элементы химической переработки. Таким первым методом химической переработки нефти стал термический крекинг, который позволил решить бензиновую проблему не только с количественной, но и с качественной стороны.

Анализ развития процесса термокрекинга позволил выявить основные закономерности его становления: во-первых, прогрессу в развитии процесса способствовало интенсивное развитие автомобильной промышленности. Во-вторых, реализация процесса не была возможна в рамках старых технических приемов, что требовало разработки новых оригинальных инженерных решений и конструкций, обеспечивающих реализацию процесса, и наконец, широкомасштабное внедрение технологии термокрекинга было обусловлено потребностями народного хозяйства в бензиновых фракциях улучшенного качества.

Таким образом, промышленное применение и развитие процесса термокрекинга явилось результатом сочетания трех факторов – новых идей, удачных инженерных решений, реальной потребности практики.

Этот процесс впервые в промышленном масштабе был внедрен в 1913 г. в США по патенту № 1049667, заявленному В.Бартоном 3 июля 1912 г., положительное решение по которому было получено 7 января 1913 г. [7].

Таким образом, в 2012 году исполняется 100 лет со дня подачи заявки на процесс жидкофазного термического крекинга первым президентом компании «Стандард Ойл Индиана» Вильямом Бартоном.

Именно благодаря этой системе Бартона мир обязан производством громадного количества бензина улучшенного качества [8, 9].

Несмотря на противоречивые мнения, относительно приоритета патента Бартона на процесс крекинга, бесспорным является то, что этот патент был первым на промышленную установку крекинга для получения бензина.

В период 1913—1925 гг. процесс Бартона занимал ведущее положение в области термического крекинга. Было построено более 1200 таких установок.

Первые экспериментальные работы по термокрекингу Бартон начал проводить в 1910 г. с применением катализаторов окиси железа и хлористого алюминия.

В 1911 г. работы в этом направлении им были остановлены [8, 9].

Вслед за этим Бартон начал проводить опыты по крекированию тяжелых фракций сырой нефти под давлением до 5 атм.

Система Бартона представляла собой небольшую промышленную установку, схема которой приведена на рисунке 1 [7].

Рис. 1 Установка Бартона согласно первого патента
(1.049.667от 7 января 1913 г.)

Эта первая установка имела ничтожную пропускную способность и представляла собой куб с топкой под ним. Процесс крекинга протекал в обычном цилиндрическом горизонтальном кубе под давлением до 4—5 ат.

Пары образующегося крекинг-бензина вместе с парами неразложившегося сырья выводились через дефлегматор. Тяжелая часть углеводородов, конденсирующаяся в дефлегматоре, возвращалась обратно в куб.

Температура крекируемой жидкости не превышала 400—410°С.

На установке Бартона и нагрев продукта, и реакция протекали в одном и том же аппарате — кубе Это было неудобно и опасно, так как отложения кокса, образующегося при крекинге, ухудшали условия нагрева. Оседание кокса в зоне нагрева создавало местные перегревы. Для устранения этого недостатка были введены, так называемые, ложные днища, что давало возможность проводить крекинг более глубоко. Куб работал периодически до закоксовывания. Продолжительность цикла работы равнялась 2—3 суткам. Получали примерно одинаковые выходы бензина, керосина и нефтяных остатков.

После этих первых удачных опытов Бартон приступил к сооружению аппарата более крупных размеров. Куб установки был сделан из стали, нагрузка его составляла 6000 галл, а давление, на которое был рассчитан аппарат, достигало 100 фунт на дм².

В результате крекинга фр. 200—350⁰С на этом кубе было получено значительное количество продукта с пределами кипения от 50 до 200⁰С. Получив удачные результаты на 6000 галл.кубе, Бартон приступил к постройке 40 новых кубов, вместимостью каждого 8000 галл. сырья.

Конструкции бартоновских кубов постоянно совершенствовались. Первый большой бартоновский котел, построенный в 1913 году, был снабжен выпускной трубой с краном для вывода горячих остатков и наклонной трубой вверху, служившей также дефлегматором, холодильником и небольшим приемником-сепаратором для газа и газолина. Продолжительность крекинга в кубе составляла при давление 5 атм 49 часов. Максимальная температура крекинга достигала 445⁰С. Количество получаемых легких дистиллятов составляло 60 % масс. и кокса 5 % масс.

Дальнейшее усовершенствование процесса Бартона было сделано Кларком, который ввел в практику управления конденсационными установками подвод газа из сепараторов от других, уже работающих кубов. Кларк также видоизменил тип бартоновского куба, придав ему форму, близкую к типу Гейне. В этой системе нагреванию подвергались исключительно трубы под котлом, сам же котел был расположен выше и отделялся от трубчатки толстым слоем кирпича.

Усовершенствования системы Бартона, сделанное Кларком, заключались в отделении процесса нагрева от процесса разложения, протекающего в кубе [1, 2]. В 1915 г. на нее был получен патент Кларка № 1132163. Система получила широкое распространение под именем Бартона-Кларка.

Значительное образование кокса в кубовых установках крекинг-процесса, и тот факт, что необходим некоторый интервал между моментом подачи тепла и окончанием реакции крекинга, привели технологов-проектировщиков процесса крекинга в 1914—1916 гг. к принципу отделения нагревательной части установки от реакционной.

Нагревание в процессе крекинга стали проводить в трубчатых системах, которые были более безопасны и более эффективны, чем кубовые системы. Системы нагрева и реакции были отделены друг от друга.

В других более поздних способах крекинга в жидкой фазе предлагалось дальнейшее обособление процесса нагревания от процесса разложения, т.е. нагревательные трубы совершенно отделялись от реакционного куба или реакционной камеры [5, 9].

Системы крекинга Бартона являлись одной из самых распространенных в США. Из 2002 работавших к началу 1930 года крекинг-установок 895 приходилось на систему Бартона, 188-на Даббса, 163-на Кросса [8].

Список литературы:

1. Гинзбург Э. Смешанная жидкопарофазная и парофазная крекинг-установки Винклер-Коха // Азербайджанское нефтяное хозяйство. — 1931. — № 11—12 (119—120). — С. 68—76

2. К.и Д. Крекирование нефтепродуктов по данным Зингера, Джонсона, Кросса и др. // Нефтяное хозяйство. — 1926. — № 9. — С. 393—397. 

3. Кутепов В., Ипатов А. Этапы и проблемы отечественного автомобильного двигателестроения // Двигатель. — 1999. — № 4. — С. 4—10.

4. Мировой автотранспорт в 1930 году // Нефтяное хозяйство. — 1931. — № 2—3. — С. 182.

5. Саханов А. Н., Тиличеев М. Д. Крекинг в жидкой фазе. Труды центральной химической лаборатории Грознефти. — М — Л.: — 1928.—С. 371.

6. Сергиенко С. Р., Таимова Б. А., Талалаев Б. И. Высокомолекулярные  соединения нефти. М.: Наука, 1979. — С. 24—25.

7. Burton W.M. // Пат. США № 1049667. (1913).

8. Brownlee R. H. Развитие крекинг—процесса // Нефтяное и сланцевое хозяйство.—1925.— № 3.—С. 460—466.

9. D-r Dunstan, R.Pithkelhly. Последние успехи крекинга // Азербайджанское

Нефтяное Хозяйство. — 1929. — № 1(85).— С. 63.