Для решения поставленных задач требовалось коренным образом перестроить существующую технологию переработки на основе внедрения способа непрерывной перегонки нефти

Изобретение нефтеперегонного куба непрерывного действия

Идею непрерывной перегонки высказал Д. И. Менделеев в 1863 г. во время своего посещения завода А. В. Кокорева в Сураханах.

К 1873 г. относится разработка конструкции аппарата непрерывного действия, созданного нефтепромышленником А. А. Тавризовым на заводе в Кушлэ недалеко от Баку. Изобретение было запатентовано в 1874 г. Нефтеперегонное устройство состоит из 3—4 соединенных между собой перегонных аппаратов, установленных один над другим. В вертикальной трубе высотой около 6 м смонтированы один над другим 3—4 полых кипятильника, обогреваемых перегретым водяным паром. Пар проходит через все кипятильники в последовательном порядке от нижнего к верхнему. Постепенно охлаждаясь, пар попадает в верхний кипятильник с более низкой температурой. Нефть подается из специального бачка, расположенного над установкой. Вначале она поступает на тарелку самого верхнего кипятильника. Так как нефть, находящаяся на верхней тарелке, обогревается самым холодным паром, из нее выделяется наиболее летучая фракция. По мере накопления нефти на тарелке она стекает на следующую нижнюю тарелку, обогреваемую более горячим паром. Здесь также от основной массы отделяется следующая легкая фракция. В такой последовательности продолжается процесс перегонки до тех пор, пока нефтяные остатки с последней тарелки не будут удалены в особый сборник. Каждый кипятильник герметически отгорожен от другого горизонтальными перегородками, и пары нефтеперегонки с каждой тарелки отводятся по собственному трубопроводу к соединенным с ними змеевикам, где они, конденсируясь, поступают в сборники. Как видим, описываемая перегонная установка А. А. Тавризова позволяет получать из нефти столько фракций, сколько предусмотрено в ней кипятильников или тарелок.

В этой установке использован принцип противотока: нефть поступает сверху вниз, а перегретый пар — снизу вверх. В результате этого пар в процессе перехода из одного кипятильника в другой постепенно охлаждается, в то время как нефть, перетекая с верхних тарелок на нижние, постоянно подогревается. Благодаря подогреву поступающей на перегонку нефти достигалась достаточно высокая экономичность процесса. Однако в установке не была предусмотрена утилизация тепла дистиллятов и нефтяных остатков.

Перегонное устройство А. А. Тавризова, использованное им в производстве, было первым аппаратом для непрерывной перегонки нефти и прототипом современных тарельчатых ректификационных колонн.

В 1881 г. Д. И. Менделеев сконструировал первый в нефтеперерабатывающей промышленности нефтеперегонный куб непрерывного действия емкостью 100 пуд., испытанный им на Константиновском заводе В. И. Рагозина (близ Ярославля). Аппарат был установлен на Кусковском нефтеперегонном заводе Губонина (под Москвой). Он отличался достаточно простой конструкцией и поэтому получил применение в промышленности. Нефтеперегонный куб обеспечивал непрерывную подачу нефти и отвод нефтяных остатков.

В 80-х годах XIX в. российский инженер В. Г. Шухов совместно с инженером И. И. Елиным сконструировал кубовую батарею для непрерывного процесса перегонки нефти. В 1883 г. кубовая батарея была установлена на заводе Нобеля в Баку. Фирма тогда писала, что ей удалось установить на своем заводе «неизвестную дотоле ни Америке, ни Европе систему непрерывной перегонки нефти в последовательно сообщающихся кубах». Аппарат Шухова—Елина, получивший широкую известность в России и за ее пределами под названием «нобелевская батарея», играл важную роль в нефтеперерабатывающей промышленности до 30-х годов текущего столетия.

Описанные выше кубы непрерывного действия сыграли в нефтеперерабатывающем производстве огромную роль. Однако они имели недостатки: невысокую производительность, недостаточно глубокую переработку нефти, в результате чего в нефтяных остатках содержалось большое количество легких погонов.

Эти недостатки удалось устранить в результате совместной деятельности инженеров В. Г. Шухова и Ф. А. Инчика. В 1886 г. они разработали и в 1888 г. запатентовали установку для дробной перегонки нефти, обладающую высокой производительностью, экономичным расходом топлива и возможностью получать большое количество погонов с заданной разницей в плотностях.

Аппарат Шухова—Инчика был в то время наиболее совершенной установкой для непрерывной перегонки нефти. Работа велась по принципу противотока, т. е. перегоняемая нефть вводилась навстречу парам дистиллята. Установка позволяла перерабатывать до 10 тыс. пуд. нефти в сутки и получать большое число нефтепродуктов — от легкого бензина до тяжелых масел. Она имела 9 тарелок, разность температур между которыми составляла 80° С. Из нефти извлекалось 57% погонов на исходное сырье. Первый нефтеперегонный завод по схеме Шухова—Инчика был построен в 1889 г. в Баку нефтезаводчиком Шибаевым. Аппараты этой конструкции широко применяли в отечественной и зарубежной нефтеперерабатывающей промышленности.

В дальнейшем нефтеперерабатывающие аппараты непрерывного действия подверглись дифференциации: появились специализированные батареи для переработки тяжелых нефтей и нефтяных остатков после отгонки из нефти керосина. [32-40]

Установки непрерывного действия получили очень широкое распространение не только на нефтеперерабатывающих заводах России, но и на предприятиях США и Западной Европы. Так, в России за 7 лет с 1893 по 1900 г. число кубов непрерывного действия возросло со 176 до 787, в то время как число кубов периодического действия за то же время снизилось с 995 до 210. Соотношение числа кубов непрерывного действия для производства керосина к кубам для переработки нефтяных масел составляло: в 1893 г.— 6,64, а в 1900 г.— 5,78. Эти данные характеризуют не только общий рост в отечественной нефтепереработке кубов непрерывного действия, но и тенденцию роста соответствующего оборудования для переработки минеральных масел.