Текст книги "История науки и промышленности синтетического каучука в СССР 1931-1990 гг."

Глава 4.2 Развитие ВНИИСК и основные результаты научной деятельности коллектива института

4.2.1 После завершения реэвакуации из Казани и Саратова и возвращения ряда сотрудников из армии, в середине 1946 г. численностъ института составляла 480 чел., в том числе 155 чел. с высшим образованием, из них 20 чел. кандидатов наук. Следует отметить, что основные научные кадры опытных заводов были сохранены. Летом 1946 г. на расширенном заседании Ученого Совета института, состав которого к этому времени был утвержден Наркоматом резиновой промышленности, были обсуждены основные направления научно-исследовательских работ института. В заседании Ученого Совета приняли участие известные ученые других институтов – С.С. Медведев (институт им. Карпова), П.П. Кобеко (Физико-технический институт), И.И. Муков (Ленинградский Университет), Н.И.Смирнов (Лен. ХТИ им. Ленсовета). Из-за отсутствия в институте подходящего помещения Ученый Совет пришлось проводить в коридорном переходе, соединяющем здание управления института с лабораторным корпусом. Основными научными направлениями были определены:

– синтез основных мономеров на базе газов нефтепереработки;

– полимеризация дивинила и изопрена щелочными металлами и металлорганическими соединениями;

– синтез сополимеров дивинила методом радикальной полимеризации в эмульсии;

– усовершенствование технологии и улучшение качества хлоропренового каучука;

– синтез латексов;

– синтез полимеров со специальными свойствами (морозостойких, бензомаслостойких, термостойких, износостойких и др.);

– изучение технических свойств полимеров, их молекулярных характеристик и строения.

С учетом рекомендаций Ученого Совета была утверждена структура института. Были созданы 4 научно-исследовательских отдела, включающие 19 лабораторий и одну группу (Приложение 1).

В первые послевоенные годы коллективу института пришлось работать в очень трудных условиях. К началу 1946 г., несмотря на исключительно добросовестную работу бригад рабочих, занятых на восстановлении зданий и сооружений опытного завода, было подготовлено только 19 лабораторных комнат площадью 545 м², восстановлен один паровой котел, обеспечено водоснабжение и электроснабжение.

В первом полугодии 1946 г. силами отдела гл. механика было восстановлено еще 10 лабораторных комнат площадью 420 м², пущена резиновая мастерская с использованием части оборудования, импульсная установка для полимеризации диенов и стеклодувная мастерская [3].

Большая помощь институту необходимыми материалами оказывалась руководством комбината «Красный Треугольник». Строительно-монтажные работы по восстановлению института Наркоматом были поручены Ленинградскому тресту «Резинопромстрой», а затем Ленхимпромстрой, который смог развернуть работы только в конце 1946 г. Силами треста с помощью отдела гл. механика института восстановительные работы были в основном закончены в 1949 г. В 1950-1952 гг. проводились строительно-монтажные работы по реконструкции здания «ЧОП» под лаборатории и конференц-зал института.

К этому времени в институте удалось создать работоспособные коллективы механического цеха, электроцеха и др. вспомогательных служб, способных в сжатые сроки проводить монтаж пилотных и опытных установок. Нельзя забыть имена гл. механика Я.М. Супоницкого, начальника механического цеха Ф.В. Пескова, начальника электроцеха В.Д. Казакова, начальника цеха КИП Е.И. Аверьянова, начальника КБ А.В. Климина, механиков-прибористов Ф.Ф. Ильина и П.М. Буссе, начальника стеклодувной мастерской Д.И. Сорокина, слесарей и токарей В.С. Никитина, В.Н. Молоканова, Г.М. Ледака, В. Медведева, Баранова, Ф. Тарасенко, И.И. Балаболина, Е.С. Космачеву, В. Савельева, Д. Халиулина, сварщика С. Зельвинского, столяра Ф.М. Бойцова, электриков Ф. Ивкина, Б.М. Белоусова, И.В. Шувалова, прибориста цеха КИП С.С. Сергеева, шофера М.Х. Горухина, стеклодувов И.Л. Якунина, И.С. Бубнова, рабочую склада Н.Г. Сергееву и многих других, чьим трудом создавалась материальная база института.

После реэвакуации многие сотрудники института находились в очень тяжелых жилищных условиях. Около 100 человек были размещены на территории института во временно приспособленных помещениях (первый этаж здания управления, бытовки цеха, помещение над проходной) [3]. По указанию Наркомата, институту были возвращены жилой дом на улице Салтыкова-Щедрина, 20 и дом на Нарвском проспекте, 8, переданные во время войны шинному заводу. Большинству сотрудников, живших в этих домах до войны, удалось получить ранее принадлежавшую им площадь. Постепенно получали свою жилплощадь и сотрудники института, проживавшие до войны в жактовских домах.

В 1947 г. было закончено восстановление 24-х квартирного дома на Тележной улице, переданного институту Ленгорисполкомом в 1945 г. для восстановления и разового заселения, жилищная проблема оставалась крайне острой в течение многих лет.

Работе института придавалось большое значение и уделялось систематическое внимание со стороны Наркомата резиновой промышленности, а затем Министерства химической промышленности, а также партийных органов. В институте была учреждена должность парторга ЦК партии, которую с 1946 г. занимал Л.Д. Попов, а с 1959 г. – З.В. Высокова.

В 1946 г. был заслушан отчет института на Коллегии Наркомата резиновой промышленности, а в 1949 г. – на Коллегии Министерства химической промышленности. В решениях коллегии предусматривались конкретные меры помощи институту. Ежегодно отчеты института по результатам работы заслушивались Главкаучуком совместно с Техническим Управлением Министерства с приглашением представителей Гипрокаучука и институтов шинной и резиновой промышленности. Также утверждались годовые планы института. Обсуждение отчетов и планов было критическим и полезным. Отчеты о научной и других сторонах деятельности института систематически заслушивались на бюро Кировского райкома КПСС Ленинграда.

Ниже приводятся результаты научной деятельности института за рассматриваемый период.

4.2.2.1 В лаборатории, руководимой Г.М. Коганом, продолжались исследования по усовершенствованию катализатора, используемого при получении дивинила из спирта. Применение при изготовлении катализатора каолина мокрого обогащения Просяновского месторождения, вместо каолина Глуховского и Джебельского месторождений, позволило достичь на заводах устойчивого выхода дивинила 42-42,5 % на разложенный спирт (катализатор К-28). Было проведено испытание различных синтетических спиртов, получаемых из этилена газов нефтепереработки методом сернокислотной и прямой гидратации, а также гидролизом древесины. Разработаны технические требования на указанные спирты. По плану лаборатории Ю.А. Горин продолжил и завершил теоретические исследования по изучению механизма образования дивинила и побочных продуктов при контактном разложении этилового спирта. За указанные работы Ю.А. Горин был удостоен в 1952 г. Государственной Премии по науке. После смерти Г.М. Когана в 1956 г. зав. лабораторией был назначен А.А. Васильев.

В связи с развитием работ по получению дивинила из нефтяного сырья и достигнутым высоким выходом дивинила при контактном разложении спирта, работы в этом направлении сокращались и в 1957 г. были исключены из плана института и оставлены только в планах ряда ЦНИЛ заводов. Сотрудники, лаборатории были переведены в основном в лабораторию Ю.А. Горина.

Творческое участие в работах лаборатории принимали научные сотрудники С.М. Монозон, А.А. Васильев, В.М. Светозарова, В.Н. Никитина, С.Г. Соколова, техники С.Ф. Локтева, А.К. Пантелеева, Н.Ш. Буман и др.

4.2.2.2 В лаборатории Ю.А. Горина в 1946-1948 гг., проводились исследования по получению дивинила с использованием в качестве исходного сырья ацетилена. После окончания войны планировалась организация производства дивинила на Карагандинском заводе СК по немецкой технологии на базе оборудования, вывезенного из Освенцима. Учитывая сложность и экономическую неэффективность процесса получения дивинила из ацетилена через ацетальдегид, алдоль и 1,3бутиленгликоль, ВНИИСК предложил измененную схему процесса. Получаемый на первой стадии ацетальдегид, предлагалось гидрировать в этиловый спирт, из которого по способу С.В. Лебедева получать дивинил. Эта схема была Главкаучуком и Наркоматом принята.

В лаборатории были проведены работы по гидрированию ацетальдегида в спирт на различных катализаторах, а также испытание катализатора основных стадии процесса по немецкой схеме.

В 1948 г. Министерством было принято решение организовать на Карагандинском заводе производство дивинила из синтетического спирта, получаемого гидратацией этилена, производство метилстирола и дивинил-метилстирольного каучука СКМС-30.

Дефицит карбида кальция в стране вынуждал отказаться от использования его для получения ацетальдегида. В связи с указанным решением лаборатория в 1948 г. начала разработку промышленной технологии получения ацетальдегида методом парофазной гидратации ацетилена с целью замены исключительно токсичного способа гидратации ацетилена с применением ртутных соединений. В результате большой интенсивной работы был создан активный и стабильный катализатор на основе смеси фосфатов кальция и кадмия [4]. Предложен реактор полочного типа, на котором процесс парофазной гидратации ацетилена был сначала отработан на опытных установках института и Карагандинского завода СК, а затем на опытно-промышленной установке завода [5].

Гипрокаучуку были выданы данные для проектирования промышленного производства.

Творческое участие в работе принимали научные работники А.Н. Троицкий, И.К. Горн, В.М. Светозарова, А.Н. Макашина, техники П.П. Андреева, Т.А. Крупышева и др.

4.2.2.3 Получение дивинила и изопрена из продуктов нефтепереработки проводилось в следующих основных направлениях:

а) дегидрирование бутана и бутиленов при получении дивинила, и дегидрирование изопентана и изоамиленов при получении изопрена;

б) синтез изопрена из изобутилена и формальдегида через 1,4-диметилдиоксан.

Первое направление проводилось в лабораториях, руководимых В.В. Пигулевским, Б.В. Мамонтовым и Г.Ф. Лисочкиным, второе – в лаборатории № 5, руководимой М.С. Немцовым. Исследования и опытные работы по указанным проблемам проводились также на опытном заводе № 226 в г. Ярославле.

После окончания войны, завод по производству этиленгликоля и др. продуктов, базировавшийся на использовании этилена, содержащегося в отходящих газах производства дивинила Ярославского завода СК, было решено использовать для проведения исследовательских и опытных работ по получению основных мономеров (дивинила, изопрена, изобутилена, стирола) для синтеза каучуков из продуктов нефтепереработки.

Работы ВНИИСК и опытного завода 226 проводились по согласованным программам и рабочим планам. В 1947-1949 гг. в институте был создан ряд пилотных установок для проведения указанных работ (установки по дегидрированию углеводородов в стационарном слое катализатора и непрерывного действия с движущимся катализатором, установки по разделению продуктов дегидрирования, стендовые установки по получению изопрена из изобутилена и формальдегида).

В результате проведенных исследований были разработаны катализаторы для дегидрирования парафиновых и олефиновых углеводородов (лаб. В.В. Пигулевского), разработаны принципиальные основы разделения продуктов дегидрирования с применением методов обычной ректификации, экстрактивной и азеотропной ректификации (лаб. Г. Лисочкина), заложены основы технологического оформления процессов дегидрирования с движущимся катализатором (лаб. Б.В. Мамонтова). Из-за отсутствия во ВИИСК условий для развития указанных работ, а также учитывая то обстоятельство, что на опытном заводе № 226 создавалась хорошая опытная база по изучению процессов дегидрирования и разделения жидких углеводородных смесей, в середине пятидесятых годов работы в институте по синтезу мономеров методом дегидрирования были значительно сокращены. В результате сокращения исследований по получению дивинила из спирта и дегидрированием углеводородов, а также с уходом В.В. Пигулевского на преподавательскую работу, было признано целесообразным все исследования по получению основных мономеров дивинила и изопрена сосредоточить в двух лабораториях – лаб. № 1 под руководством Ю.А. Горина и лаб. № 2 под руководством М.С. Немцова. Большая часть сотрудников была переведена в лаб. № 1, группа по разделению жидких углеводородных смесей (Г.В. Бурова, Е.В. Мартьянова и др.) в лаб. № 2. Б.В. Мамонтов был сначала переведен в лаб. № 1, где он занимался технологией получения жидких тиоколов, а затем в лаб. № 6 по получению каучука СКД. Г.Ф. Лисочкин перешел в лаб. № 7, где он руководил технологическими работами по получению СКИ.

Крупным достижением института по проблеме получения мономеров методом дегидрирования была разработка оригинального и эффективного катализатора К-5 для первой стадии дегидрирования предельных углеводородов, выход бутиленов на этом катализаторе на пропущенный бутан составлял 40-41 % и на разложенный бутан 80-82 %. Катализатор имел хорошую термостабильность при длительной работе в условиях высоких переменных температур дегидрирования и регенерации катализатора, легко, регенерировался и имел удовлетворительную механическую прочность против истирания [6]. В 1959 г. производство катализатора К-5 было организовано в специальном катализаторном цехе на Сумгаитском заводе СК, a в 1960 г. на этом заводе было введено в эксплуатацию первое промышленное производство дивинила из бутана, с применением катализатора К-5 на первой стадии дегидрирования. Катализатор К-5 применялся на промышленных установках с движущимся катализатором при дегидрировании бутана и изопентана на ряде других заводов СК.

Разработка катализатора К-5 проводилась под руководством С.М. Монозона с участием А.Л. Лабутина, A.A. Семенова, В.И. Подчекаевой, Н.Н. Боровиковой, О.И. Иванова, Н.Ш. Буман.

Впервые реакцию взаимодействия формальдегида с этиленовыми углеводородами изучал в 1917 г. Принс. Позднее исследователи ряда стран изучали возможность синтеза диеновых углеводородов этим путем. Практическое значение этот метод приобрел в результате работ советских и французских исследователей, проведенных в 40-50-х годах. Работы по синтезу изопрена в СССР были начаты во время войны М.С. Немцовым, М.И. Фарберовым и др. в закрытой организации. Перед началом войны необоснованным репрессиям и, так называемой, превентивной изоляции подверглись ряд ученых Ленинграда. Эта акция была применена, в частности, к профессору Ленинградского Университета В. Ипатьеву и профессору Государственного института высоких давлений М.С. Немцову. Систематические исследования, проведенные М.С. Немцовым, М.И. Фарберовым и др., уже к концу войны доказали, что при определенных условиях синтез изопрена из изобутилена и формальдегида может быть достаточно эффективным.

B 1947 г. во ВНИИСК была создана лаборатория по разработке промышленного процесса получения изопрена и изобутилена и формальдегида под руководством М.С. Немцова, который к этому времени был освобожден из заключения и восстановлен во всех правах. На заводе № 226 работы по этой проблеме возглавил М.И. Фарберов. Каждая организация выбрала свое направление в работе, но при этом осуществлялся систематический обмен информацией. Процесс, получения изопрена состоит из двух основных стадий:

а) конденсация изобутилена и формальдегида с образованием 4,4-диметил-1,3-диоксана (ДМД) в присутствии серной кислоты.

б) гетерогенное каталитическое разложение ДМД с образованием изопрена:

Взаимодействие изобутилена с формальдегидом, обладающих высокой реакционной способностью в кислой среде, сопровождается образованием большого количества побочных продуктов. Значительное количество побочных продуктов образуется и на второй стадии синтеза изопрена.

В результате интенсивных исследований к 1958 г. были изучена кинетика и механизм реакции образования и разложения ДМД, определены условия и аппаратурное оформление проведения обеих стадий процесса. Проведены испытания различных катализаторов для разложения диоксана.

Наилучшие результаты по селективности реакции разложения ДМД были достигнуты на фосфатных катализаторах при непрерывной активации фосфатов в самом процессе работы катализатора, осуществляемой путем подачи непосредственно в зону катализа малых количеств фосфорной кислоты в смеси с перегретым водяным паром. На этой основе был разработан промышленный катализатор КДБ-15 [7].

Во ВНИИСК много внимания уделялось изучению состава и нахождению путей использования побочных продуктов синтеза; однако эта проблема в рассматриваемый период полностью не была решена.

Исследовательские и опытные работы проводились на лабораторных установках института и на опытно-промышленной установке Ефремовского завода СК. Установка на Ефремовском заводе была построена в 1953-1954 гг. для отработки процесса и наработки относительно больших количеств изопрена, который был необходим для производства бутилкаучука на этом заводе и проведения работ по получению изопренового каучука во ВНИИСК. Наиболее важные технические решения по технологии получения изопрена принимались институтом совместно с Гипрокаучуком, который вел проектирование производства изопрена и изопренового каучука на Куйбышевском заводе СК. Процесс синтеза изопрена из изобутилена и формальдегида был защищен многими авторскими свидетельствами СССР и запатентован в ряде стран. В разработке процесса получения изопрена из изобутилена и формальдегида во ВНИИСК творческое участие принимали К.У. Неруш, С.К. Огородников, К.М. Тренке, Н.А. Калиничева, Н.Г. Сучкова, Р.Б. Качалова и др.

4.2.2.5 Следует указать, что в ИОХ АН СССР под руководством акад. И.Н. Назарова в послевоенный период велись исследования по усовершенствованию процесса получения изопрена из ацетилена и ацетона, который разрабатывался до войны на опытном заводе СК «Литер Б» под руководством акад. А.Е. Фаворского. В лаборатории И.Н. Назарова были достигнуты серьезные успехи в усовершенствовании всех стадий процесса, в частности, разработан каталитический метод гидрирования диметилацетиленилкарбинола вместо электрохимического [8]. Технико-экономическое сравнение разработанных в СССР указанных трех способов получения изопрена дало близкие результаты [9]. Учитывая сырьевые ресурсы и различную степень технологической проработки этих способов, работы по получению изопрена из ацетилена и ацетона не получили в нашей стране дальнейшего развития. Аналогичный процесс был разработан в Италии фирмой «Snamprogetti» и осуществлен в промышленных масштабах на заводе в г. Равенне. Мне в составе делегации Миннефтехимпрома в 1974 г. представилась возможность посетить завод в Равенне и ознакомиться с производством изопрена и изопренового каучука.

Технологическое оформление процесса, получения изопрена выполнено на высоком техническом уровне, содержание примесей в изопрене минимальное (циклопентадиен – отсутствие, ацетиленовые – 2-2,5 ppm., ацетон до 10 ppm., сумма всех примесей до 20 ppm.) на 1 тонну изопрена расходуется 1 тонна ацетона и 445 кг ацетилена [10].

4.2.2.6 Из других работ, проведенных в институте в области синтеза мономеров, следует отметить получение изоамиленов из этилена и пропилена в присутствии триэтилалюминия. Синтез 2-метилбутена-1 проводился путем присоединения пропилена к триэтилалюминию при 120-150 °C и давлении 40-50 атм. Образовавшийся продукт подвергался взаимодействию с этиленом в присутствии никеля при давлении 15 атм. и комнатной температуре. В результате образуется изомилен (2-метилбутен-1) с выходом 80 % на прореагировавший пропилен и регенерируется триэтилалюминий [11].

Из-за отсутствия в институте возможности по условиям техники безопасности создания опытной установки, исследования в этом направлений были прерваны. В работе принимали участие техники Шмидт B.C. и Корина В.А.

4.2.2.7 В лаборатории, руководимой И.М. Долгопольским, проводились исследования по усовершенствованию процессов синтеза винилацетилена и хлоропрена, изучению механизма реакций полимеризации ацетилена и гидрохлорированию винилацетилена. Большинство работ проводилось по совместным планам с ЦНИЛ Ереванского завода. В середине пятидесятых годов в лаборатории были начаты работы по синтезу фторолефинов с целью получения морозостойких фторкаучуков.