Історія створення промислового виробництва азотної кислоти в Україні на початку ХХ століття

Размещено на http://www.allbest.ru/

Історія створення промислового виробництва азотної кислоти в Україні на початку ХХ століття

Павло Кузнецов

Анотація

Annotation

промисловий азотний кислота технологічний

Kuznietsov Pa vlo

Аннотация

Кузнецов Павел

История создания промышленного производства азотной кислоты в Украине в на чале ХХвека

Показаны исторические аспекты создания промышленного производства азотной кислоты. Рассмотрены роль и значение ученых в разработке технологических процессов. Установлено преимущество разработанных решений и показано, что построенный завод по технике оснащение контактного окисления аммиака оказался лучшим в мире и затраты были в шесть раз меньше, чем по проекту на основе зарубежных технологий. Выяснено обеспечение производства надежной сырьем.

Ключевые слова: азотная кислота, исследования, ученые, технология, внедрение.

Постановка проблеми. У 1913 р. в Україні існували селітряні й порохові заводи, які випускали сульфат амонію в кількості 13,8 тис. т, що становило біля 0,8 % світового виробництва продуктів зв'язаного азоту. Для порівняння, Німеччина в цьому ж році одержала в 23 рази більше (NH4)2SO4. Сульфат амонію отримували на коксохімічних заводах при промиванні газів сірчаною кислотою. Ці заводи були розташовані в Донбасі, де стрімко розвивалось виробництво металу [3, 15].

Перша Світова війна стала потужним каталізатором створення і розвитку азотної промисловості. Виникла проблема власних джерел зв'язаного азоту для виготовлення вибухових речовин, пороху в Росії. У мирний час військові відомства використовували близько 10 тис. т азотної кислоти в рік, але уже на початку війни така кількість HNOз необхідна була щомісячно. Заводи в Росії для випуску HNOз використовували як сировину натрієву селітру, котра завозилась із Чилі в кількості 42 тис. т, із якої в 1913 р. 90--92 % було зареєстровано як німецький товар. Війна повністю зруйнувала економічні зв'язки, що поставило російську армію в критичний стан щодо забезпечення боєприпасами [3, 15].

Тому для Росії стало важливою проблемою створення промислового виробництва азотної кислоти у великих кількостях.

Метою дослідження є установлення наукових пошуків вчених для вирішення проблеми виробництва азотної кислоти у великій кількості і з надійної сировини. Об'єктом вивчення -- історичні аспекти у вирішенні протиріч при створенні технологічних процесів, а предметом дослідження -- роль і значення вчених при створенні виробництва.

Учені запропонували одержувати НNОз з оксидів азоту, які утворюються при фіксації атмосферного азоту в полум'ї електричної дуги за прикладом норвезьких заводів на основі проекту Горбова-Міткевича. Російські вчені О. І. Горбов (1859--1939 рр.) і В. Ф. Міткевич (1872--1951 рр.) створили вдосконалений варіант дугових печей з об'ємним полум'ям потрійної дуги для окиснення азоту повітря. Піч була випробувана на дослідній установці при Сестрорецькому артилерійському заводі і показано, що при витратах електричної енергії біля 250 кВт вихід продукту складав близько 200 г/кВтг [15]. Для одержання джерел енергії було спроектовано потужну гідроелектростанцію на порогах ріки Суни, яка впадає в Онезьке озеро. Після закінченнябудівництва станції хімічний завод повинен був давати до 600 тис. пудів НNОз. Спорудження станції розпочалось у 1916 р., але пуск турбін та динамо -машин очікувався не раніше 1920 р. Це не задовольняло військових, оскільки споживання НNОз постійно зростало. Комісія із заготівлі вибухових речовин при Головному артилерійському управлінні вирішила розпочати виробництво НNОз на основі аміаку, який отримували з коксового газу. Відсутність НNОз у подальшому пропонувалось поповнювати методом синтезу NНз або із СаС^. Комісія направила зусилля на організацію наукової й технічної бази процесу окиснення NНз в нітратну кислоту. Ініціатором цих робіт виступив академік В.М. Іпатьєв [15].

Науковцям було відомо, що аналогічні азотно-тукові заводи вже працюють у Німеччині (на основі розробок В. Оствальда було побудовано низку установок виробництва HNOз методом контактного окиснення NHз), але необхідну інформацію про їхню діяльність і технологію Росія не мала. Союзники Росії -- Велика Британія, Франція й США -- не мали в той час досвіду виробництв азотної кислоти. Тому російським дослідникам необхідно було самостійно розробляти технологію HNOз.

Через чотири місяці після початку війни у грудні 1914 р. начальнику Центральної хімічної лабораторії Військового відомства надійшла доповідна записка від інженера- хіміка І. І. Андрєєва з проектом одержання HNOз контактним окисненням аміаку. У технічному відношенні такий метод у Росії був невідомий, але економіка, відповідно розрахункам ученого, вимагала саме такий шлях розвитку азотної промисловості. Після розгляду доповіді інженера, комісія затвердила цей напрямок і доручила йому керівництво роботами з дослідження окиснення NHз коксових газів, з метою одержання азотної кислоти.

Андрєєв Іван Іванович (1880--1919 рр.) народився в Білозерську. У 1899 р. після закінчення Новгородської гімназії поступив до Петербурзького університету, але в 1902 р. за участь у революційному русі був виключений з університету й продовжував свою хімічну освіту в Політехнічному інституті м. Карлсруе (Німеччина), який успішно закінчив у 1906 р. і одержав диплом інженера-хіміка [9, с. 109--110].

Надалі у 1906--1908 рр. І. І. Андрєєв працював у Петербурзькому політехнічному інституті і Петербурзькому університеті викладачем курсу технології. Потім добився права здати екзамени за повний курс Петербурзького університету й в 1908 р. одержав другий диплом «із хімії». Молодий учений через Міністерство освіти добився відрядження в Цюріхський політехнічний інститут, де в 1913--1914 рр. він удосконалює свою освіту в галузі теоретичної фізики і математики.

У Петербурзі І. І. Андрєєв був запрошений на роботу в новостворену Центральну науково-технічну лабораторію Військового відомства помічником начальника відділу неорганічної й фізичної хімії, де приступив до розробки методу окиснення аміаку [9, с. 109].

Наукову роботу І. І. Андрєєв розпочав із глибокого аналізу патентів і літератури про діяльність існуючих заводів. Експериментально провіривши патенти з використання каталізаторів, він прийшов до висновку, що найбільш активними є платина і її сплави в процесі окиснення NHз до N0. З'ясував, що в промислових умовах можливо досягти вихід N0 до 95 % і вище. Оскільки ніякої інформації щодо технології не було,

І.І. Андрєєв приступив до інтенсивних фізико-хімічних досліджень процесу окиснення NHз на платині: вивчено термодинаміку реакції, вихід N0 при різних умовах і на різних

каталізаторах, досліджена методика проведення аналізів тощо. Ці дослідження велись спочатку в лабораторних, а потім у напівзаводських умовах.

За результатами наукових пошуків ученого перша дослідна установка була запущена в 1915 р. на коксовому заводі Пієтт у Макіївці (Донбас). На установці проведено випробування роботи каталізатора на реальній газовій суміші, вивчено всі параметри для проектування цеху окиснення аміаку й цеху абсорбції одержаних оксидів азоту. Після закінчення досліджень І. І. Андрєєв одержав патент на розроблений їм метод окиснення NHз і безкоштовно передав його державі для оборони країни [9, с. 110].

За ініціативою І. І. Андрєєва було налагоджено виробництво платинових каталізаторних сіток. Було досліджено кислотостійкі матеріали для побудови абсорбційних башт і розроблено рецепт кислотостійкого цементу для зв'язування гранітного каменю.

Науковими дослідженнями І. І. Андрєєв успішно вирішив складні питання одержання NHз із коксобензольної аміачної води й очищення його від шкідливих домішок. За результатами цих робіт Н.М. Кулепетовим та І. І. Андрєєвим при участі А.К. Колосова й І.В. Гервасієва було розроблено проект першого в Росії азотно - кислотного заводу, який був побудований у1917 р. в Юзівці (нині -- Донецьк). Завод був побудований у небачено короткий термін: будівництво розпочалось 1 березня 1916 р., а 9 лютого 1917 р. він був зданий в експлуатацію і протягом 1917 р. уже було одержано 2520 т 35 %-ї HNOз. Азотно-туковий завод за технікою і технологією оснащення контактного відділення був кращим у світі. Тут уперше було застосовано платинові каталізаторні сітки замість складних спіралей, які застосував В. Оствальд. Діаметр контактних апаратів дорівнював 300 мм, тоді як в апаратах В. Оствальда -- 100 мм. Витрати на будівництво заводу потужністю 10 тис. т аміачної селітри за рік були в шість разів меншими, ніж за проектом В. Оствальда, яку запропонували англо-норвезькі фірми [13, 10, с. 21-22; 1].

Практична робота заводу блискуче підтвердила можливість великомасштабного одержання HNOз, використовуючи аміак із нашатирного спирту. Промисловий вихід продукту коливався від 93 до 94 % від теоретичних розрахунків. На підприємстві було змонтовано 42 контактних апарати (за схемою В. Оствальда - 250 апаратів), 11 гранітних башти діаметром 3 м (дві висотою 10 м і дев'ять - 15 м), а також інше хімічне обладнання. Одержана кислота мала масову концентрацію 35 % НУ03 і повністю перероблювалась в NН4NO₃ [1, 7, с. 195].

Після позитивних результатів роботи заводу будівельна комісія Росії за проханням англійського уряду передала всі креслення й описання британській комісії азотних продуктів для безкоштовного використання.

Розроблена технологія HNOз контактним окисненням аміаку, здійснена вперше в промислових умовах В. Оствальдом у Німеччині та І. І. Андрєєвим у Росії, було значним кроком в історії розвитку хімічної промисловості, стало основою для створення азотної промисловості на Україні [4, с. 92-93].

Незважаючи на затримки з постачанням аміачної води та палива Юзівський (з 1961 р. -- Донецький азотний) завод у 1917 р. випустив 2520 т HNOз і близько 1000 т N^N03. За висловлюванням відомого вченого-хіміка Б. В. Бизова, він є «...жемчужиной химической техники, которым по праву может гордиться Россия» [7, с. 195].

Але незабаром підприємство зупинило свою роботу, тому що донбаські коксові заводи, які забезпечували його аміачною водою, були зупинені в зв'язку із громадянською війною та інтервенцією України. Тільки в 1923 р. відбувся капітальний ремонт цехів заводу й реконструкція аміачного відділення. Метою відновлення стала заміна початкового продукту звичайною аміачною водою, яку отримували на всіх рекупераційних установках Донбасу. Завод було передано в трест «Коксобензол» і одночасно з відновленням виробництва HNOз і N^N03 на заводі було організовано випуск нових хімічних продуктів, які були необхідні країні: нітрат натрію, вуглекислий амоній, медичний нашатирний спирт, нітрат натрію, кобальту, хрому та ін.

За перші 10 років існування радянської влади завод у Юзівці був єдиним підприємством, котре переробляло аміак у дефіцитні азотні продукти, які раніше імпортувались в країну. На початку 30-х років було вперше впроваджено нові технології одержання калієвої селітри, тіомочевини, алюмоамонійних квасців та інше [7, с. 196].

Отже, зародження й становлення технології зв'язаного азоту як галузі технічних наук відбувалось в основному в кінці ХІХ -- на початку ХХ століття. Але цьому передували важливі етапи, періоди та події, які зумовили бурхливий розвиток виробництва хімічних азотних сполук у значній кількості в промислових умовах.

Установлено, що протягом тривалого терміну часу основним способом одержання нітратної кислоти був спосіб Г лаубера, за яким кислоту одержували із нітратних солей та сірчаної кислоти. Спосіб проіснував майже до кінця ХІХ -- початку ХХ століття. Подальші активні пошуки вчених дозволили створити сучасні високоефективні та економічні технології одержання сполук азоту в необхідній кількості та асортименту [5, 8, 4].

На перших радянських заводах працювало обладнання, яке було закуплено за кордоном спеціалістами Комітету зі зв'язаного азоту при ВРНГ. У 1925--1930 рр. було запущено декілька установок із виробництва HN0з, які були куплені у фірми «Фішер» (Німеччина). Але через деякий час їх демонтували, оскільки мали застарілу технологію і були не надійними в роботі.

За першу п'ятирічку на Україні планувалось будівництво шести азотнотукових заводів. Але ця програма скоротилась й була розтягнута на тривалий термін. На Горлівському заводі випуск добрив був налагоджений у кінці другої п'ятирічки, а на Дніпродзержинському -- у третій [11, 12, 14].

У 1929 р. згідно із планами першого п'ятирічного плану було розпочато проектування Горлівського азотнотукового заводу, а 23 квітня 1933 р. завод першим у СРСР почав випускати NНз із коксового газу з використанням закордонного обладнання. Через два роки досяг проектної потужності, у 1940 р. виробництво NНз збільшилось в п'ять разів, а HN0з -- у тридцять разів [11, 12, 2].

Вагомий внесок у становлення й розвиток Горлівського АТЗ зробили інженери А. Т. Семченко, В. Л. Шевчук, М. І. Коп'єв, І. С. Девятко, Н. Г. Довженко та багато інших. Уведення в експлуатацію заводу позитивно позначилось на розвитку азотної промисловості. За 1929--1932 рр. виробництво азотних добрив збільшилось більше ніж у три рази.

Уведення в дію і наступний розвиток Горлівського АТЗ зіграло велике значення в оволодінні складною технікою низькотемпературного розділення газів, технікою високого тиску й складним каталітичним процесом.

У 1934 р. закладений азотно-туковий завод у Дніпродзержинську був першим у СРСР підприємством хімічної індустрії повністю побудований за радянським проектом, із використанням вітчизняного обладнання та апаратів, без технічної іноземної допомоги. 18 квітня 1938 р. було одержано перший аміак, а в 1939 р. завод вийшов на запроектовану потужність. Протягом 1940 р. на підприємстві було одержано 72 тис. т NHз, 138 тис. т HNOз та 156 тис. т N^N03. До початку Великої Вітчизняної війни завод став одним із важливих підприємств хімічної промисловості країни [11, 12; 9, с. 117].

Швидке будівництво та введення в дію Горлівського й Дніпродзержинського АТЗ стало значним успіхом учених та інженерів Радянського Союзу. За рівнем оснащення, технікою здійснення технологічних процесів ці заводи не поступались кращим підприємствам за кордоном. За рахунок вдосконалення систем одержання NHз, HN0з, N^N03 та інших виробництв була досягнута висока питома потужність, яка значно перевищила проектні завдання.

Промислове впровадження технології HN0з відбулося на початку ХХ ст., а в Україні перший завод за цим способом було збудовано в 1916--1917 рр. у м. Юзівка за розробками І. І. Андрєєва. Учений самостійно розробив технологію виробництва HN0з контактним окисненням NHз. Він здійснив широкі дослідження всього процесу: знайшов вихід N0 на платиновому каталізаторі в залежності від технологічних параметрів; запропонував і дослідив платинові сітки замість складних спіралей, які застосував В. Оствальд; розробив кислотостійкі матеріали для абсорбційних апаратів і рецептуру кислотостійкого цементу; вирішив складні наукові й технічні проблеми вилучення NHз із коксобензольної аміачної води й очищення його від домішок. Побудований азотно- туковий завод за технікою оснащення контактного окиснення NHз виявився найкращим у світі й затрати були в шість разів меншими, ніж за проектом на основі В. Оствальда. Потужність заводу склала 10 тис. т N^N03 на рік.

Виробництво НУ03 контактним окисненням NHз у промислових умовах за розробками В. Оствальда та І. І. Андрєєва стало значним досягненням в історії розвитку хімічної технології, технології звязаного азоту. У теперішній час майже вся кількість HN0з у світі в промисловості виробляється за цією технологією, яка має три основні стадії: окиснення NHз до N0; окиснення N0 до N02; поглинання оксидів азоту (IV) за допомогою води з одержанням HN0з масової концентрації 48-60 % [9, с. 90--91].

Висновки. Таким чином, вперше на території України на початку ХХ ст. почала зароджуватись азотна промисловість із будівництва заводу в м. Юзівка з випуску азотної кислоти, а потім протягом більше десяти років був єдиним підприємством виробництва продуктів зв'язаного азоту. У 30-і роки ХХ ст. в Україні збудовано ще два сучасних на той час азотно-тукових заводи і закінчувалось будівництво і введення в експлуатацію ще одного підприємства. Отже, в кінці 30-х років в Україні зародилась азотна промисловість, яка забезпечувала Радянський Союз продуктами зв'язаного азоту.

Список використаних джерел та літератури

1. Атрощенко В. І. Проблема зв'язаного азоту / В. І. Атрощенко. -- К. : Знання, 1969. -- 47 с.

2. Вилесов Г. И. Химическая промышленность Украины за 50 лет Советской власти / Г. И. Вилесов, А. И. Рукавишников. -- К., 1967.

3. Воронкова С. В. Российская промышленность начала ХХ века : источники и методы изучения / С. В. Воронкова. -- М. -- 1996. -- 218 с.

4. Гринь С. О. Технологія зв'язаного азоту у фундаментальних працях із загальної історії розвитку хімічної технології / С. О.Гринь, В. В. Казаков / / Інтегровані технології та енергозбереження. -- 2007. -- № 4. -- С. 92--100.

5. Гринь С. О. Розробки вчених про фіксацію атмосферного азоту / С. О. Гринь, П. В. Кузнєцов, В. В. Казаков // Інтегровані технології та енергозбереження. -- 2007. - № 4. - С. 101-108.

6. Гринь С. О. Технологія зв'язаного азоту у фундаментальних працях із загальної історії розвитку хімічної технології / С. О.Гринь, В. В. Казаков // Інтегровані технології та енергозбереження. - 2007. - № 4. - С. 92-100.

7. Зайцева Е. А. Продукты связанного азота. История развития производства азотной кислоты / Е. А.Зайцева / / Снабженец. -- 2004. -- № 47 (448). -- С. 194-196.

8. Казаков В. В. Зародження й розвиток азотної промисловості на початку ХХ століття в Україні / В. В. Казаков,П. В.Кузнєцов // Химия и технология производств основной химической промышленности. - Труды. Т. 75. - Х. : НИОХИМ. - 2007. -

С.161-167.

9. Кузнєцов П. В. Історія розвитку азотної промисловості України (початок - кінець ХХ століття) / П. В. Кузнєцов. - Х. : НТУ «ХПІ», 2009. - 272 с.

10. Кузнєцов П. В. Наукова й науково-організаційна діяльність академіка

B. І. Атрощенка в хімічній технології : дис. ... канд.. техн. Наук : 05.28.01 / П. В. Кузнєцов/ НТУ «ХПІ». Х., 2005. - 222 с.

11. Лельчук В. С. Создание химической промышленности СССР / В. С. Лельчук. - М. : Наука. - 1964. - 382 с.

12. Лукьянов П. М. История химической промышленности СССР / П. М. Лукьянов, А. С. Соловьева. - М. : Просвещение, 1966. - 252 с.

13. Наукова та науково-організаційна діяльність академіка В. І. Атрощенка в хімічній технології // Л. Л. Товажнянський, Г. І. Гринь, О. Я. Лобойко, С. О. Гринь, П. В. Кузнєцов. - Х. : НТУ «ХПІ». - 2006. - 264 с.

14. Советская химическая наука и промышленность. 50 лет. - Сб. статей. - М. : Химия. - 1967. - 190 с.

15. Трофимова Е. В. Роль государственных учреждений России в развитии отечественной химической промышленности в 1914-1915 гг. / Е. В. Трофимова // ИИЕТ РАН. Годичная научная конференция 2004 г. - М. : Диполь. - 2004. -308-311.

Размещено на Allbest.ru