Производство сажи из газа

Позже сажа получила название «технический углерод». Для ее получения обычно употребляются вещества, богатые углеродом, например смолы, каменноугольные и буроугольные масла, нефть и еe погоны (фракции), мазут, углеводородные газы и др.

Благодаря высокой дисперсности сажа легко образует коллоидные растворы и применяется как краска в полиграфической промышленности, в малярной технике, живописи, в производстве лаков, пластических масс, для изготовления туши и других целей. Большое количество сажи расходуется также в резиновой, электротехнической и других отраслях промышленности при изготовлении самых разнообразных изделий. В зависимости от применения к саже предъявляют различные требования в отношении качества и физических свойств.

• печную, или пламенную;
• ламповую;
• газовую и, как особую разновидность газовой сажи, — ацетиленовую.

Печная, или пламенная сажа по сравнению с другими видами является сажей дешевой и наименее чистой. Низкий сорт печной сажи получается при сжигании осмола (пней хвойных деревьев); эта сажа содержит много маслянистых примесей и мало укрывиста. Немного лучше по качеству сажа, получаемая из обезвоженной смолы, пека, угля и других материалов. Более высокие сорта сажи получаются из жидких нефтяных и каменноугольных масел с высокой температурой кипения, например, мазута, зеленого и креозотового масел. Кроме исходного материала большое значение имеет также и способ получения сажи. В прежнее время сажу получали сжиганием материала (смола, жир и т.д.) в закрытом помещении с постоянным запасом воздуха. На это требовалось много времени, и сажа получалась очень низкого качества, так как вместе с ней осаждались и продукты сухой перегонки.

Получение печной сажи в СССР до начала 1930-х гг. производилось главным образом кустарями из осмола и березовой коры (бересты) очень примитивным способом. Позже сажа получалась сжиганием каменноугольных масел (завод ГЭТ), нефти и других жидких материалов.

Канальные (диффузионные) сажи получают при неполном сжигании природного газа или его смеси с маслом (например, антраценовым) в т.н. горелочных камерах, снабженных щелевыми горелками. Внутри камер расположены охладительные поверхности, на которых сажа осаждается из диффузионного пламени. Печные сажи получают при неполном сжигании масла, природного газа или их смеси в факеле, создаваемом специальным устройством в реакторах (печах). Сажа в виде аэрозоля выносится из реактора продуктами сгорания и улавливается специальными фильтрами. Термические сажи получают в специальных реакторах при термическом разложении природного газа без доступа воздуха.

Промышленные сажи содержат обычно более 98 % углерода, 0,2...0,5 % водорода, небольшие примеси минеральных веществ и серы; в некоторые специальные сорта сажи входит хемосорбированный кислород (до 10 % по массе). Более 90 % всей производимой сажи потребляет резиновая и прежде всего шинная промышленность (введение сажи в резину значительно повышает еe сопротивление разрыву и истиранию).

В целях утилизации газа майкопских промыслов в конце 1930 г. в Майкопе был построен первый в СССР сажевый завод желобчатой системы с 20 камерами сгорания с пропускной способностью 1,0 млн м³/сут. Завод канальной сажи был куплен в Америке для нужд «Азнефти» и переуступлен «Майнефти» (рис. 10). Огневые камеры изготавливались из кровельного железа. Они имели двухскатные крыши с дымоходом. Размеры камеры: длина 35 м, ширина 3,6 м, высота 2,7 м. По всему горизонтальному сечению камеры под швеллерами или другими осадительными поверхностями располагалось от 2000 до 3500 керамических щелевых горелок, каждая из которых давала плоский факел пламени, напоминающий крыло летучей мыши. Ширина щели горелки составляла от 0,25 до 1,2 мм. Воздух для горения поступал в камеру через щель между фундаментом и нижним краем камеры. Оптимальное расстояние до осадительной поверхности зависит от конструкции горелки (ширины щели), расхода газа и воздуха. Для стандартных условий производства канальной сажи при ширине щели горелки 0,8...0,9 мм это расстояние устанавливается от 65 до 75 мм.

Процесс производства канальной сажи малоэкономичен из-за низкого выхода товарного продукта (сажи) и малой тепловой эффективности процесса. Около 30 % всей образующейся в камере сажи уносилось продуктами сгорания в атмосферу.

По данным Н.П. Максимова и И.Н. Тарасова, добыча газа на майкопских промыслах составляла около 300 тыс. м³/сут и могла возрасти до 500 тыс. м³/сут при одновременной эксплуатации всех фонтанных скважин. Из-за невозможности утилизировать газ его приходилось почти полностью выпускать на воздух или тут же сжигать в факелах, и лишь незначительная часть газа расходовалась на бытовые и технические нужды. По данным газовой конторы «Грознефти», содержание газолина в майкопском газе колебалось от 2,5 до 11,3 % по весу. Состав газа, по данным А.А. Аносова: СН₄ — 59...75 %; С₂Н₆ — 11...14 %; СО₂ — 7...16 %. Полученный продукт (сажа), по данным майкопской лаборатории, недостаточно однороден. Имеются большие колебания по влажности, зольности, содержанию остатков, удельному весу.

Количество сажи, получаемой из газа, возрастает в зависимости от содержания этана. Бакинские газы содержат ничтожное количество этана, в майкопском газе содержание этана доходит до 10...11 %. «Количество сажи на Майкопском заводе составляет 2,0... 2,5 англ. фунта и 1000 куб. футов газа. По программе треста „Майнефть“ количество сажевых заводов в Майкопе в 1933 г. будет доведено до 7, с увеличением общей продукции к концу 1933 г. до 10 тыс. тонн». Сразу следует отметить, что программа эта не была выполнена. Осенью 1941 г. при приближении германских войск к майкопским нефтепромыслам (Северный Кавказ, Адыгея) сажевый завод был эвакуирован в республику Коми на р. Ухту в деревню Крутая. «На Ухту оборудование пришло в изуродованном бомбежками виде, а горелок, без которых нет сажевого производства, вовсе не было. Восстановить часть оборудования — каркасы, сепараторы — помог наш механический цех. Что же касается горелок, то тут поначалу положение было безвыходным. Из местных глин удалось создать ухтинскую горелку. Десятки тысяч горелок».

Первые образцы газовой канальной сажи на заводе были получены 6 ноября 1941 г., а в феврале 1942 г. начато ее промышленное производство. Вскоре по соседству с Крутянским заводом, на базе того же Седьельского газового месторождения, было построено еще несколько заводов, в том числе Ижемский сажевый завод. В январе 1943 г. был пущен в эксплуатацию газовый промысел, построены и введены в эксплуатацию четыре сажевых завода. Но план по производству сажи в I квартале в 1943 г. был выполнен только на 73 %. 01.09.1943 г. выходит приказ по НКВД СССР за № 0354 «О мероприятиях по увеличению выработки газовой сажи на Ухтинском комбинате НКВД СССР», подписанный Наркомом внутренних дел СССР Л. Берией. Стране нужна была сажа, и для еe производства создавались все условия. И в 1945 г. план производства канальной сажи был перевыполнен. Всего за годы войны предприятие произвело 15,5 тыс. т газовой сажи. На опытной установке Крутой с начала 1940-х гг. работали химики-технологи, которые разрабатывали новый вид сажи — термический. 10 июня 1946 г. Совет Министров СССР принял постановление о строительстве в Ухте заводов термической сажи. 27 июля 1948 г. завод выдал первую продукцию. По официальной версии, решили эту задачу специалисты завода Н. Е. Богословский, И. В. Носаков (начальник Газопромысла, а затем Ижемского завода), В. И. Воронин. И сегодня производство этой сажи является единственным в стране, аналоги еe производятся только за рубежом.

В 1931–1932 гг. в Азербайджане у поселка Бина (ныне район аэропорта г. Баку) был построен первый в «Азнефти» 40-камерный завод канальной сажи. К 1941 г. четыре завода канальной газовой сажи работали в пос. Бина и четыре — в Карадаге. С началом Великой Отечественной войны снизилась добыча газа в Азербайджане, и сажевые заводы пришли в упадок. В 1946 г. в пос. Бина из 160 камер сгорания работало только 50, а из 200 камер в Карадаге — 60. Заводы подверглись разрушениям и интенсивной коррозии и к тому же систематически испытывали недостаток в сырье. В 1953 г. из-за отсутствия газа заводы были остановлены.

Постановлением СНК Дагестанской АССР от 27.05.1934 в районе пос. Дагестанские Огни был выделен земельный участок площадью 6 гектаров под строительство 10-камерного сажевого завода. Окончание строительства завода было определено к 01.01.1935. Завод построен не был, а 05.05.1936 г. по неизвестной пока причине было остановлено строительство в целом Дербентского энергохимического комбината «Дагхимгаз». В начале 1944 г. в пос. Похвистнево (Куйбышевской области) было начато строительство крупного сажевого завода из демонтированного оборудования бакинских сажевых заводов. Во второй половине 1947 г. на сажевом заводе начались пусковые работы. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 8 мая 1948 г. за успешный пуск в короткое время так необходимого стране завода его директор Мухтар Гюльалиевич Алиев был награжден орденом Трудового Красного Знамени.

После Великой Отечественной войны в стране остро встала проблема нехватки сажи. Были построены сажевые заводы в г. Дашаве (Украина) и Похвистнево. Однако этого было недостаточно, поэтому большой интерес вызвал печной способ производства сажи, при котором выход конечного продукта увеличивался в 4–5 раз (с 20...24 до 80...100 г/м³). Совместными усилиями специалистов «Главнефтегаза», ВНИИГАЗа и треста «Азгаз» была разработана технология производства печной сажи и выдано задание на проектирование заводов в Карадаге и Дашаве производительностью 5000 т сажи в год каждый. Заводы были быстро построены и введены в эксплуатацию. В последующие годы удалось увеличить выход печной сажи на каждом заводе до 7000 т в год, что было учтено при проектировании новых заводов в Ухте, Туймазах, Ставрополе.

Библиография