книги / Развитие химической промышленности в СССР (1917-1980). Т. 2 Развитие отдельных отраслей химической промышленности

ГЛАВА СЕДЬМАЯ

КАРБИД И ЦИАНАМИД КАЛЬЦИЯ

КАРБИД КАЛЬЦИЯ

Карбид кальция —один из важнейших карбидов, применяемых в техни­ ке. Главнейшие области применения —производство ацетилена и циан­ амида кальция, а также восстановление щелочных металлов. Впервые кар­ бид кальция был получен Ф. Вёлером нагреванием сплава цинка и каль­ ция с углем. В 1892 г. А. Муассан приготовил карбид кальция, сплавляя смесь угля с известью в электрической дуговой печи. Этот способ послу­ жил основой промышленного производства карбида кальция, которое осуществляется в электрических цечах при высоких температурах (2000—2300 К). Эндотермическая реакция СаО + ЗС=СаС2+СО сопро­ вождается поглощением большого количества тепла (450 кДж/моль).

Сырьем для производства карбида кальция служат хорошо обожжен­ ная известь и углерод в виде* кокса или антрацита, которые дробятся и тщательно смешиваются в определеппом соотношении. Сплавление ших­ ты и химическая реакция происходят за счет тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через слой шихты от электродов к поду печи, а также за счет образования электрической дуги. Таким образом, электрические карбидные печи работают как печи сопротивления п, ча­ стично, как дуговые.

Начальная температура образования карбида кальция —2050 К. Об­ разовавшийся в печи расплавленный карбид кальция выпускается в из­ ложницы или охлаждающие барабаны. Прп наличии в карбиде кальция примесей температура снижается, например при содержании 30% избы­ точной извести температура расплавленного карбида составляет 1950 К.

Первая промышленная карбидная печь, сконструированная Томасом Вильсоном [1], была построена в 1895 г. в Шпрейе (США), и уже в конце 90-х годов карбид кальция производился в 12 странах (США, Ка­ нада, Германия, Италия, Франция, скандинавские страны и др.). В 1911 г. во всем мире имелось уже 75 карбидных установок с общей производительностью 250 тыс. т карбида кальция в год.

Производство карбида кальция в России началось в 1908 г. В Земко-

сии карбид кальция применяли лишь в ацетиленовых лампах (фонарях) для освещения.

В дальнейшем, в годы первой мировой войпы, было построено еще песколько маломощных карбидных печей: в Петербурге (1914 г.) — две печи мощностью по 900 кВ-А; в Баку (1915 г.) для нужд нефтяной промышленности — однофазная карбидная печь мощностью 1000 кВ-А; в этом же году в Алаверди (Армения) для нужд медеплавильной про­ мышленности вошла в строй одпофазпая печь мощностью 500 кВ А, ко­ торая впоследствии была переоборудована на трехфазпую, мощностью

ной промышленности Российской империи накануне Октябрьской револю-

продуктов, циапамидиых, циапидных п других соединений. Особо важное значение имел карбид кальция и получаемый из него ацетилен для свар­ ки и резки металлов.

Основными производителями и поставщиками карбида кальция были предприятия Армении —Ереванский карбидный и Кпровакапский хими­ ческий заводы. В 1940—1942 гг. около 90% производимого в СССР кар­ бида кальция приходилось на долю Армении и 10% вырабатывалось на Чериореченском химическом заводе.

В результате оккупации Украины и ряда областей РСФСР в Закав­ казье прекратилась поставка кокса, антрацита, электродных изделий, асбеста, кровельного железа, арматуры и т. д., и перед карбидчиками Армении встала неотложная проблема: найти новое техническое решепие в организации производства карбида кальция без применения традицион­ ного технологического топлива —антрацита и кокса, изыскать новые ис­ точники углеродистого сырья. В кратчайший срок была проведена огром­ ная экспериментальная работа по разработке новой технологии получе­ ния карбида кальция.

Кироваканские химики в 1942 г. впервые в СССР использовали низко­ сортный ткибульский уголь (Грузия), содержащий до 30—35% золы (по нормальному технологическому режиму содержание золы допускалось пе более 7%). В неимоверно трудных условиях, благодаря беззаветпому героическому труду рабочих и инженерно-технических работников Ереван­ ского и Кпровакаиского химических предприятий проблема карбида каль­ ция в 1942 г. была решена. Осенью 1942 г. из Кировакана было отправ­ лено в сражающийся Сталинград шесть вагонов карбида кальция. Зада­ ние Государственного Комитета Обороны было с честыо выполнено [4].

Вгоды воины было построено также около 40 маломощных карбидных печей мощностью 100—1000 кВ А на различных предприятиях страны. Они сыграли свою роль, по в дальнейшем постепеппо были ликвидирова­ ны ввиду их неэкономичности.

Вначале Великой Отечественной войны Гппрокаучук запроектировал

для Карагандинского завода синтетического каучука первую очередь кар­ бидного производства с тремя трехфазными печами мощностью 7500 кВ-А каждая с прямоугольной формой ванны и круглыми непрерывными элек­ тродами. Первая печь вошла в строй в 1943 г., вторая — в 1944 г., а третья —в 1948 г.

Таким образом, в конце Великой Отечественной войны суммарпая электрическая мощность всех карбидных печей в СССР составляла свыше 80 МВ А (без учета многочисленных малотоннажных установок различ­ ных ведомств).

Большое развитие получило производство карбида кальция в СССР в 50—60-х годах. Прекратилось строительство карбидных печей средней мощности. Проектировались и сооружались более мощные печи с исполь­ зованием ряда новых достижений мировой карбидной промышленности. В 1955 г. вошли в строй па Карагандинском заводе синтетического кау­ чука две полузакрытые печи, мощностью 40 МВ-А каждая, оснащенные трансформаторами, регулируемыми под нагрузкой. Эти печи в техниче­ ском и экономическом отношении во многом отличались от печей средней мощности. Так, охлаждение карбидного расплава с температурой до 2300 К осуществлялось не в изложницах, как раньше, а во вращающихся грануляционных барабанах, орошаемых снаружи водой для отвода тепла.

В 1966 г. на Карагандинском заводе синтетического каучука вступила

вэксплуатацию мощная карбидная печь (60 МВ А) полузакрытого типа. Дальнейший рост производства карбида кальция осуществлялся за

счет ввода в эксплуатацию карбидного производства иа Усольском хими­ ческом комбинате с двумя полузакрытыми печами, мощностью 60 МВ А каждая. Восточная Спбпрь стала поставщиком карбида кальция для мно­ гих районов страны. Несмотря па то, что карбидное производство в УсольеСпбирском было организовано впервые с применением современной слож­ ной техники, химики комбината с первых же дней пуска осуществили немало рационализаторских предложений, направленных на совершенст­ вование технологических процессов.

Хотя все крупнотоннажные полузакрытые печи отличаются значитель­ ным уровнем механизации и автоматизации основных производственных и технологических процессов по сравнению с печами средней мощности, производство карбида кальция продолжает оставаться весьма трудоемким.

Научно-технический прогресс и достижения энергомашиностроения позволяют в настоящее время проектировать более крупные закрытые карбидные печи с трансформаторами мощностью 85—100 МВА.

В развитие карбидной промышленности СССР большой вклад внесли научно-исследовательские и проектные организации: Гппрокаучук, Гипрохим, ЛепНИИГипрохпм, ГИАП, НИУИФ, УНИХИМ, Усольское ПО «Хим­ пром» и др. Значителен вклад коллективов карбидчиков Дзержинска, Кировакана, Еревана, Караганды, сыгравших большую роль в интенси­ фикации и совершенствовании производства карбида кальция на основе эксплуатации печей средней мощности.

Развитие производства карбида кальция в СССР в послевоенные годы до начала 60-х годов происходило за счет строительства крупных печей, а также в результате рационализации и интенсификации производствен­ ных процессов, усовершенствования конструкции печей средней мощно­ сти, улучшения шихтовых материалов и т. д. В этом направлении совет­ скими исследователями были проведены значительные работы, позволив­ шие развить теоретические основы процесса карбидообразовапня и значительно улучшить технико-экономические показатели карбидного про­ изводства [5].

В результате комплекса экспериментальных работ был разработай но­ вый технологический режим карбидных печей средней мощности, так на­ зываемый режим учащенных сливов [6 ]. Новый режим был введен на опытпо-промышленной печи Кироваканского химического завода, а затем внедрен в 50-х годах па всех предприятиях страны, имеющих карбидпые печи средней мощности [7, с. 9]. При этом была повышена производитель­ ность печей иа 15%, снижен удельный расход электроэнергии па 11,5%, технологического сырья —на 6,5%. Выход карбида первого сорта повы­ шен с 37,5 до 80%. Заводская себестоимость карбида кальция снижена на 21,6%. Новый технологический режим учащенных сливов карбида кальция получил широкое распространение и стал основой новых приемов высокопроизводительного труда передовиков производства [7, с. 15].

На всех карбидных печах средней мощности выпуск жидкого карбида кальция производился периодически через три выпускпых отверстия

диналыюе решение проблемы увеличеиия производства карбида кальция можно осуществить путем изыскания новых, более прогрессивных и эко­ номичных, методов его получения. В частности, суть одпого из таких ме­ тодов заключается в осуществлении реакции образования карбида каль­

ружили, что нагретый карбид бария поглощает азот, образуя сначала циа­ нид, а затем цианамид барня. При этом оказалось, что технический карбид кальция также поглощает азот при 1300—1400 К с образованием цианида кальция и затем цианамида кальция. Последний процесс нашел промыш­ ленное применение.

Сплавлением технического цианамида кальция (содержавшего угле­ род) с поваренной солыо получали смесь цианидов кальция и натрия (цианплав), который в течение многих лет применялся для извлечения золота из руд и в сельском хозяйстве для борьбы с грызунами.

А. Франк обнаружил, что при гидролизе цианамида кальция перегре­ тым паром выделяется аммиак.

Он впервые высказал мнение о том, что цианамид кальция может служить азотным удобрением.

Первая цпанамидная установка была построена в 1905 г. в Пьяно Д’Орта (Италия). А. Франк предложил [14] электропечь для азотирова­ ния карбида кальция, конструкция которой была заложена в основу про­ мышленного производства цианамида кальция. (Периодические печи Франка—Каро действуют и поныне, хотя конструктивно они значительно усовершенствованы.) Уже в 1910 г. цианамид кальция производился в Германии, Италии, Канаде, Франции, Норвегии, Японии. К этому времени общее его производство составляло 20 тыс. т/год, а в 1913 г. достигло 200 тыс. т/год и прибавилось число стран, вырабатывающих цианамид кальция (Швеция, Югославия, Швейцария) [6, с. 26]. Столь значитель­ ное развитие производства цианамида кальция объясняется двумя причи­ нами: возрастающей потребностью .в нем для получения аммиака, иду-

щего на синтез азотной кислоты, и непосредственным его применением в качестве азотного удобрения.

Дипамика мирового производства цианамида кальция характеризуется неравномерностью его роста. Например, если мировое производство циан­ амида кальция в 1932 г. составляло всего 118 тыс. т (в пересчете на азот) [15], то в последующие годы в связи с расширением его примене­ ния в сельском хозяйстве производство цианамида кальция вновь стало развиваться, и уже в 1938—1939 гг. установленные мощности достигли 443 тыс. т/год (в пересчете па азот) [16].

Вусловиях быстрого развития производства синтетического аммиака

ивыпуска па его основе сравнительно дешевых азотных удобрений циан­ амид кальция, получаемый карбидным способом, при нынешнем уровне его технологии стал в ряде стран, в том числе в СССР, менее конкуренто­ способным, чем другие азотные удобрения.

Фактор электроемкости в значительной степени лимитирует производ­ ство цианамида кальция в ряде стран, где раньше этот продукт произво­ дился в больших масштабах. Достаточно сказать, что на тонну азота в цианамиде кальция расход электроэнергии составляет около 13 тыс. кВт-ч, включая производство карбида кальция.

ВСССР производство цианамида кальция началось в годы первой

пятилетки. В 1928—1932 гг, на Чернореченском химическом и Караклисском химическом заводах было построено более 300 цианампдных печей системы Франка—Каро. Существенными недостатками этих печей явля­ ются их периодичность, малая производительность, низкий коэффициент использования исходного сырья и пониженное содержание связанного азота в конечном продукте, а также значительные затраты труда на их