Керосин

Керосин, получивший такое большое значение в общежитии и представляющий в настоящее время один из наиболее важных осветительных материалов, является вместе с тем продуктом заводской переработки нефти. Так как нефть, или «жидкое минеральное тело», встречающееся во многих местах в недрах земли, представляется весьма разнообразной по своему химическому составу и физическим свойствам, то, конечно, не кажется странным также тот факт, что и керосин, полученный из различных нефтей, не представляется тождественным. Это в особенности справедливо по отношению к керосину из американских и русских нефтей, существенно отличающихся друг от друга по своему химическому составу. Элементарный химический состав керосина в среднем таков:

Углерода -  85,28%

Водорода - 14,12%

Кислорода и азота -  0,60%

Содержание золы обычно не превышает 0,002%, а серы не больше 0,02%. Теплотворная его способность в среднем 10 500 калорий. Керосин  представляет сравнительно новый продукт, так как производство его возникло всего 50 лет тому назад, когда американскому полковнику Драку, после довольно продолжительных усилий, удалось добиться — применением бура к добыче нефти — получения значительных количеств этого необходимого для фабрикации керосина сырья. До этого времени жидкими осветительными материалами служили различные растительные масла: оливковое, кунжутное, сурепное и др., а также так называемый «фотоген», или «соларовое масло», приготовлявшееся из смолы, получающейся при сухой перегонке некоторых сортов каменного угля, торфа, сланцев и т. п. Так как сырая нефть во многих отношениях похожа на смолу, служившую материалом для приготовления фотогена, то было естественно применить к обработке этого сырья те приемы, которые уже практиковались при получении фотогена. С 1860 г. керосиновое производство в Америке становится на твердую почву, и керосин в значительных количествах появляется в Европе. В настоящее время, нет сомнения, керосин распространен почти на всем земном шаре; введение керосиновых ламп обеспечило дешевый источник света даже для беднейших классов населения и тем самым, конечно, содействовало улучшению экономического положения человечества. Если таким образом плодимые в житейскую практику новые химические продукты представляют материализованные химические идеи, то, нет сомнения, идея замены дорогих растительных масел и фотогена дешевым керосином должна быть признана одной из наиболее счастливых. О размерах керосинового производства можно судить по тому, что за последние годы, например 1911 год, вывоз керосина из Соединенных Штатов равнялся 1112 миллионам галлонов, или 200,2 миллионов пудов, а за 1910 год вывезено из России 32,4 миллиона пудов керосина и других осветительных масел. Если принять во внимание местное потребление керосина в Америке и России, а также производство этого продукта в других нефтяных центрах (Румыния, Галиция, голландская Индия, Япония и др. менее значительные центры), то производство его, нет сомнения, превышает 300 млн. пудов в год.

По своему химическому составу керосин представляет смесь различных углеводородов, перегоняющихся в пределах 150°—270°С; в керосинах различного происхождения эти углеводороды относятся к различным гомологичным рядам. В состав американского керосина входят главным образом углеводороды парафинового или метанового ряда, отвечающие общей формуле C_nH_2n+1, в частности углеводороды, в которых n отвечает 10-16. Таким образом, в состав этого керосина входят; декан, C₁₀H₂₂, ундекан, C₁₁H₂₄, додекан, C₁₂H₂₆, и т. д. до гексадекана, C₁₆H₃₄, включительно, бакинский керосин состоит главным образом из углеводородов нафтенового ряда (исследованных преимущественно русскими химиками: Марковниковым и Оглоблиным, Бейльштейном и Курбатовым, Шютценбергером и Иониным, Зелинским, Вреденом и др.); они отвечают общей формуле C_nH_2n т. е. содержат меньше водорода по сравнению с углеводородами парафинового ряда. Понятно, что раз в состав их входит больше тяжелого углерода и меньше легкого водорода, то и керосин бакинский, состоящий из этих углеводородов  (от С₉Н₁₈ до C₁₄H₃₀ представляется более тяжелым, труднее всасывается по фитилю, но зато вследствие большего содержания углерода обладает и большей световой силой. Насколько сильно разнятся эти углеводороды по своим физическим свойствам, можно проследить на свойствах одного какого-нибудь углеводорода, например углеводорода с 11 атомами углерода. Ундекан, C₁₁H₂₄, кипит при 182°, удельный вес 0,765; эндеканафтен, C₁₁H₂₂, кипит при 180°—184°, удельный вес 0,849, т. е. нафтен, кипящий почти при той же температуре, что и отвечающий ему парафин, тем не менее обладает значительно большим удельным весом.

Керосин  приготовляется из нефти путем дробной перегонки ее, и в зависимости от различия в составе  русской и американской нефти приемы перегонки в обеих странах неодинаковы. В Америке нефть обыкновенно подвергается перегонке в больших железных клепаных котлах очень значительной емкости (до 25 000 пудов за раз), обогреваемых непосредственно топочными газами, а в России, ввиду того, что бакинская нефть обладает меньшей летучестью, перегонку ведут в котлах значительно меньшей емкости и притом не только за счет теплоты топочных газов, но также и перегретого до 200°С пара, который впускается непосредственно внутрь котла и в значительной степени облегчает выделение   нефтяных паров.

Периодическая перегонка нефти, еще сравнительна недавно представлявшая очень распространенный прием работы, в настоящее время почти оставлена, и на большинстве заводов применяется теперь почти исключительно непрерывная перегонка, впервые выработанная Нобелем, почему и носящая его имя. Перегонная батарея Нобеля представляет серию из 12—14 лежачих железных клепаных котлов емкостью каждый обыкновенно на 1000 пудов, поставленных таким образом, что каждый последующий куб лежит немного ниже предыдущего. Нефть самотекам направляется из одного котла в другой, причем температура внутри котлов при помощи топок и перегретого пара держится различной и в каждом нижележащем кубе на 10°—15°С выше. В нескольких первых котлах происходит отгонка бензина, т. е. из них выделяется погон, кипящий до 150°С; в эти котлы перегретый пар не впускается. В остальных котлах отбирается погон до 270°С. Очевидно, что таким путем получается ряд отдельных погонов, смешением которых получается керосин значительно лучшего качества, чем при периодической перегонке. Ввиду существенных преимуществ этого приема работы (кроме лучшего качества керосина, при непрерывной перегонке тратится меньше топлива, меньше изнашиваются котлы, надо меньше рабочих рук, самая перегонка идет значительно ровнее, и пр.), нобелевская система перегонки практикуется теперь также на многих нефтяных заводах Румынии, Галиции и в Америке. Выход керосина из пенсильванской нефти достигает 70—80%, из бакинской нефти — не более 40%, а из грозненской обыкновенно далее не больше 25% от веса сырой нефти. Вместе с тем  остающиеся после отгонки керосина бакинский мазут является превосходным материалом для получения смазочных масел, которые в качественном отношении стоят значительно выше американских смазочных масел. Охлаждение погонов в Баку производится обыкновенно морской водой; и так как летом она нагревается до сравнительно высокой температуры, а керосин надо не только сгустить, но также и охладить, то расход на воду в Баку на заводах представляется весьма значительным. Сгустившиеся погоны из погоноразделителя направляются в отстойные цистерны, где происходит  возможно совершенное отделение керосина от воды, что существенно важно, так как очистке подвергается только совершенно сухой керосин.

Очищение сырого керосина имеет целью удалить находящиеся в нем примеси: фенолы, нефтяные кислоты, ненасыщенные углеводороды, ароматические соединения и т. п. Присутствие этих веществ потому вредно, что некоторые из них, как, например, фенолы, обусловливают осмаливание керосина, вследствие чего ухудшается внешний вид и запах его; другие, как нефтяные кислоты, обусловливают разъедание металлических частей ламп. Очистка керосина производится последовательной обработкой отстоявшегося керосина сперва серной кислотой, а затем едким натром, в особого рода очистительных приборах, так называемых меланжерах, очень значительной емкости, до 25 000 и больше пудов за раз. В этом приборе сверху на керосин направляется непрерывной струей серная кислота, а снизу через толщу керосина продувается под давлением струя воздуха, нагнетаемая из воздуходувки. Очищенный серной кислотой керосин  на некоторых заводах промывается водой; морская вода однако для этой цели непригодна, так как при обработке ею образуются трудно удаляемые и придающие керосину опаловидность магнезиальные и известковые масла нефтяных кислот. Во всяком случае, после промывки, или без этой промывки, но керосин, очищенный серной кислотой, подвергается затем очистке раствором едкого натра, который удаляет вещества кислотного характера. Если после очистки серной кислотой керосин промывался водой, то расход на едкий натр может быть сокращен в очень значительной степени. После очистки керосин направляется в товарные цистерны для отстаивания. Скопляющиеся при очистке керосина отбросы, как кислотные, так  и щелочные, в настоящее время большей частью утилизируются. Кислотные отбросы перерабатываются на черную серную кислоту, которая употребляется для предварительного перед чисткой подсушивания керосина, а щелочные отбросы или перерабатываются на нефтяные кислоты, идущие на мыло, для приготовления различных солей, ализаринового масла и пр., или подвергаются сухой перегонке, или, наконец, сжигаются с целью регенерации соды. При очистке объем керосина убывает на 5—8%, а удельный вес убывает на 0,004—0,005. Что касается до количества реагентов, употребляемых на очистку, то оно изменяется в довольно широких пределах в зависимости от сорта сырой нефти. Тогда как для очистки бакинского керосина обыкновенно употребляется 0,6—0,8% серной кислоты, а иногда и меньше, для очистки керосина из смолистой грозненской нефти приходится употреблять до 1—1½%.  При очистке стремятся однако не только удалить вредные примеси, но также по возможности и обесцветить керосин. Требования, установленные для керосина в отношении цвета и узаконенные правительством, ставят предельную марку для керосина 2,5, т. е. такую, при которой столб керосина в 140 миллиметров был бы равнозначущ в отношении окраски нормальному стеклу аппарата Штаммера. В практике однако обычно стремятся к получению даже более светлых керосинов с маркой 2,25 и ниже.

Огромное практическое значение имеет температура вспышки керосина. Температурой вспышки называется та температура, при которой керосин выделяет количество паров, достаточное чтобы произвести легкий взрыв, причем на поверхности керосина получается быстро тухнущее, перебегающее синее пламя. Температурой воспламенения керосина - та температура, при которой керосин загорается. Чем менее тщательно была произведена перегонка керосина, тем обыкновенно он больше содержит бензина, погона с низкой температурой кипения и потому сильно понижающего температуру его вспышка. Керосин  с низкой температурой вспышки опасен при сжигании его в обыкновенных лампах; в результате при этом нередко образуется взрывчатая смесь, которая загорается от соприкосновения с пламенем, разрывает лампу и обусловливает пожар. Именно с целью обезопасить употребление керосина в различных странах установлены нормы, определяющие его предельную минимальную температуру вспышки. В России температура вспышки не должна быть ниже 28°С, и весь выпускаемый на рынок керосин исследуется чинами акцизного ведомства на его огнеопасность в узаконенном приборе Абеля-Пенского. В других странах, сообразно с климатическими условиями, меняется температура вспышки, и в Америке, например, в различных штатах она различна. Для точного определения температуры вспышки употребляется, как уже указано выше, нафтометр с закрытым резервуаром Абеля-Пенского. Температура вспышки лучших сортов русского керосина лежит в пределах 30°—34°С. Конечно, в практике керосин в наибольших количествах употребляется как осветительный материал и, при сжигании его в лампах, помимо качества керосина, необходимо также обращать большой внимание и на конструкцию ламп. При этом лампы должны быть приспособлены для сжигания керосина определенного качества. В начале статьи уже было указано, что американский керосин существенно отличается от русского; именно он значительно легче. Поэтому и американский керосин будет сравнительно плохо гореть в русских лампах, а русский керосин не горит как следует в лампах, приспособленных для сжигания американского.

Всякая лампа состоит из трех главных частей: резервуара, горелки и стекла, обусловливающего тягу, необходимую для правильного горения ее. Горелки бывают двух типов: круглые и плоские. Плоские горелки могут быть с одним, двумя, тремя и большим числом фитилей. Плоские горелки различаются по линейности, т. е. по ширине фитиля, выраженной в линиях; для круглых горелок линейность выражает ширину в развернутом состоянии, деленную на два. Для правильности горения необходимо, чтобы к месту горения в единицу времени доставлялось определенное количество керосина; при избытке керосина лампа будет коптить, при недостатке — фитиль обугливается и дает нагар. Так как равномерность притока к фитилю керосина зависит  и от степени изменяемости уровня, то ламповые резервуары делаются обыкновенно широкими и низкими, так как в них уровень керосина, остается более постоянным. В настоящее время конструируются лампы и без стекла, в которых необходимый для горения воздух засасывается помощью различного рода механизмов. Существуют также лампы, в которых керосин горит в распыленном состоянии, причем это распыливание производится сжатым воздухом. Иногда такого рода керосиновые лампы обладают очень значительной световой силой, до 3000 свечей и употребляются для освещения площадей, гаваней и т. п. Теперь начинают распространяться также лампы, в которых пары керосина при сгорании накаливают ауэровский чулочек из огнестойких окислов и дают свет, приближающийся к свету, даваемому газом в ауэровских горелках (см. горелки, XVI, 120/122).

Много керосина употребляется как топливо для сжигания в керосиновых  печах, как для обогревания жилых помещений, так и для приготовления пищи. Наконец, нельзя не упомянуть, что в настоящее время очень большое значение приобрели керосиномоторы (см. двигатели внутреннего сгорания — о двигателях жидкого топлива), в особенности в сельскохозяйственной промышленности. В Америке огромные площади пустовавших раньше, благодаря отсутствию воды, земель в настоящее время представляют центры различных культур, так как для орошения полей применяется искусственная ирригация, при помощи воды, выкачиваемой из недр земли поставленными на различных участках насосами, приводимыми в движение от керосиномоторов. Точно так же керосиномоторы оказываются незаменимыми при разработке рудников в тех местностях, где нет  воды или трудно ее достать.

А. Лидов.