Тема 2.2. История развития нефтепереработки

Начало нефтяной промышленности связывают с появлением механического бурения скважин на нефть (впервые применили в США в 1859 г.). История нефтяной промышленности нашей страны тесно связана с Бакинскими месторождениями нефти. В первых столетиях нашей эры бакинская нефть была известна арабам и персам. Бакинская нефть доставлялась даже в Багдад.

В 1723 г. в Москве по приказу Петра I Бакинская нефть в Главной
Московской аптеке была подвергнута перегонке для изготовления лекарственных бальзамов. В 1745 г. купец Фёдор Прядунов из Архангельска построил первый в мире нефтеперегонный завод на реке Ухте, на котором получали осветительную жидкость (керосин). Завод проработал до 1782 г., перерабатывая ежегодно 2000 пудов нефти. До 1000 пудов керосина в год отправляли в Москву. В 1823 г. на Кавказе вблизи крепости Моздок крепостные крестьяне братья Дубинины соорудили завод по перегонке нефти, просуществовавший 25 лет. На этом перегонном заводе получили светлую прозрачную осветительную жидкость – фотоген (от греческого «фотос» – свет, «гениао» – произвожу), а в остатке получили грязно-черную жидкость. За остатком закрепилось арабское слово «макзулат» – отброс, которое со временем преобразовалось в «мазут».

Изобретение Игнатием Лукасевичем керосиновой лампы и её широкое распространение по всему миру резко увеличило спрос на керосин (от английского «керозен» – под этим названием позднее из Америки доставляли в Россию керосин).

В 1846–1847 гг. производство осветительного масла из каменного угля организовал в США А. Геснер. Он назвал полученную жидкость «керосин ойл» (греч. «керос» – воск, восковое масло). Когда в 50-х годах XIX в. осветительное масло в США начали получать из нефти, то его также назвали керосином.

В России годом рождения отечественной нефтяной промышленности считают 1864 г. Именно в этом году на Северном Кавказе были пробурены первые нефтяные скважины с применением ударного бурения. В 1866 г. одна из этих скважин дала фонтан с начальным дебитом нефти около 200 т/сут (дебит – объем нефти, поступающей из бурения скважины в единицу времени, выражается в л/с, м³/ч, м³/сут). Бурение нефтяных скважин в России получает развитие начиная с 70-х годов XIX в. Об этом можно судить по следующим данным: если в 1872 г. в районе Баку эксплуатировались только две нефтяные скважины, то в 1873 г. с внедрением механизированных способов бурения растет и глубина скважин. Так, средняя глубина скважин составляла: в 1873 г. – 22 м, 1883 г. – 59 м, 1893 г. – 114 м. К началу XX века в этом же районе бурили скважины глубиной до 300 м. В связи с этим росла и добыча нефти. В 1837 г. нефтеперегонный завод недалеко от Баку построил горный инженер Н. И. Воскобойников. В 1869 г. в Баку существовало уже два завода, в 1872 г. – 57, в 1876 г. – 146.

Говоря о нефти, нельзя не сказать о газе и асфальте. Первым нефтепродуктом, с которым познакомилось человечество, был асфальт. Он представляет собой вязкое смолистое вещество, получаемое в результате длительного выветривания нефти (выветривание – процесс разрушения горной породы под воздействием внешних факторов с изменением физического состояния горной породы и химического состава). Асфальт получил своё название в древней Греции, по-гречески означает прочный, крепкий. Ещё в 460…450 гг. до н.э. Геродот в «Истории Греко-персидских войн» описал персидские и месопотамские асфальтовые месторождения. В настоящее время определение «асфальт» трансформировалось и означает смесь битума с измельченными материалами. История применения природной смолы уходит глубоко в древность. Широко известен библейский миф о Ное и его ковчеге, который был осмолён снаружи и внутри.

Асфальт в древности играл значительную роль при строительстве самых разнообразных сооружений. Археологи находят его в каменной кладке развалин дворцов, храмов и триумфальных арок. Им покрывали основания водоемов и скрепляли потолки туннелей.

На Среднем Востоке, на берегу Евфрата в местечке Иди, существовал смоляной промысел, где добывалась нефть и получали асфальт. В 700–500 гг. до н.э. в Вавилоне асфальт использовали как водонепроницаемое вещество при создании этого одного из семи чудес света – «висячих садов» Семирамиды. Земля поднятых на колонны садов, пруды и фонтаны покоились на основании с асфальтом. С тех древних пор уже разрушены дворцы, уничтожены сады, а некоторые пруды сохранились и поныне, битум всё еще не утратил своих гидроизоляционных свойств.

Как же транспортировали битум для строительства? Археологи утверждают, что речники Евфрата пользовались нефтеналивными суднами. Это были судна, похожие на лукошко, сплетенное из прутьев и обмазанное густым битумом, которые приводились в движение веслами.

Вторая экспедиция «Ра-2» ученого и путешественника Тура Хейердала закончилась благополучно, потому что торцы папирусных стеблей были пропитаны природным битумом.

Первая в России гидроизоляционная конструкция из асфальта находится в Петербурге в Зимнем Дворце. Она была применена в 1867 г. для устройства Зимнего сада и надежно служит до сих пор.

Асфальт широко использовался и как связующее вещество. В Библии рассказывается, что при строительстве легендарной Вавилонской башни вместо цемента при кладке использовалась «Земляная смола», то есть асфальт. Наиболее старые участки Великой Китайской стены за 400 лет до н.э. сооружены на природном битуме.

Асфальт применялся и для получения твердых покрытий. В Древнем Египте в амбарах для хранения зерна (3000 г. до н.э.) пол и стены покрывали асфальтом.

Асфальт в качестве дорожного покрытия археологи обнаружили на отрезках примитивных асфальтовых дорог, построенных вавилонянами, ассирийцами. Неизвестна дата создания дорог в Новом Свете, но когда после открытия Америки испанцы проникли в 1532 г. в Перу, они обнаружили там прекрасные асфальтовые дороги.

Европейцы применили битум в качестве дорожно-строительного материала лишь в начале XVIII века по воле случая. Асфальт, падая с телег, смешиваясь с пылью и щебнем, превращался в отличное дорожное покрытие. К тому же в Швейцарии было открыто асфальтовое месторождение в Юрских горах.

Широко асфальт начинает применяться только в XIX веке. В 1832–1835 гг. в Париже были выполнены работы по мощению городских улиц и тротуаров асфальтом. В России первые попытки асфальтирования тротуаров были сделаны в Одессе в 1839 г. владельцем первого в стране асфальтового завода К. И. Борно. Позднее, в 1865 г. заасфальтировали террасы Зимнего дворца в Петербурге, а с 1866 г. стали асфальтировать дворы, тротуары, улицы и площади. Асфальт ввозили из-за рубежа, так как первый завод в Одессе закрылся из-за начавшейся Крымской войны. И только в 1874 г. в России был построен асфальтовый завод вблизи г. Сызрань.

Современные дороги покрыты асфальтом, изготовленным на базе нефтяных битумов, получаемых в результате окисления воздухом тяжелых остатков перегонки нефти при температуре 239–340 ^оС. Этот процесс был разработан в 1896 г., а внедрен лишь в 1914 г.

В 1866 г. А. И. Шпатаковский изобрел первую форсунку для сжигания мазута. В результате чего мазут начал применяться в топках как топливо. Затем из мазута стали вырабатывать смазочные масла. Позже выдающийся русский инженер В. Г. Шухов форсунку значительно усовершенствовал. В этой форсунке мазут вытекает по узкому каналу и распыляется водяным паром в мельчайшую пыль. Распыленный мазут в топке испаряется, хорошо смешивается с воздухом и полностью сгорает. Распыление жидких топлив при помощи пара оказалось очень эффективным, такие форсунки используются в наше время наряду с воздушными и механическими.

По предложению Д. И. Менделеева в 1887 г. на нефтяное топливо были переведены первые суда морского флота – миноносцы «Сова» и «Лука», в Первую мировую войну – английский военный флот. Это на треть повысило боевую мощь английского флота.

Сжигание мазута в топках – это не лучшее его применение. При консультации Д. И. Менделеева около Ярославля строится первый завод по получению смазочных масел из мазута (1879 г.). В 1890 г. В. Г. Шухов предложил способ расщепления тяжелых углеводородов мазута с целью получения светлых нефтепродуктов. В 1891 г. В.Г. Шухов и С. Гаврилов изобрели способ получения легких углеводородов расщеплением тяжелых углеводородов при высоких температуре и давлении. Этот способ получил название «термический крекинг» (от англ. крекинг – расщепление) и успешно применяется в наше время. В 1926 г. В. Г. Шуховым в содружестве с инженером М. А. Капелюшниковым, изобретателем турбобура, была создана крекинговая установка.

Эти примеры показывают, что нефтяная промышленность развивалась не только за счет увеличения объемов добычи нефти, но и за счет более полной её переработки. На протяжении почти всего XIX века целью перегонки нефти было в основном получение керосина, и около 100 лет бензин оставался опасным и ненужным продуктом. Его качество и выход зависели от природы нефти, технологии её перегонки и других факторов. Основными характеристиками товарного керосина были удельный вес (0,79…0,85 т/м³), температурный интервал кипения (170… 320 ^оС) и цвет. Поскольку выход керосиновой фракции был относительно невелик (из бакинской нефти он составлял 25…30 %), нефтепромышленники пытались получить дополнительные объёмы жидкости, похожей на керосин по удельному весу, смешивая при этом легкие и тяжелые фракции. Такой продукт при употреблении в лампах часто взрывался. Поэтому годность керосина для безопасного освещения стали определять по температуре вспышки (то есть воспламенения паров над поверхностью жидкости) и температуре воспламенения (то есть возгорания жидкости). Изобретение двигателя внутреннего сгорания положило начало промышленному использованию бензина.

Г. Форд построил первые автомобили с карбюраторным двигателем. Топливо в карбюраторе распыляется, перемешивается вместе с воздухом, после чего подается в цилиндры. Карбюраторный двигатель – двигатель внутреннего сгорания, в котором горючая смесь готовится карбюратором вне камеры сгорания (то есть двигатель с внешним смесеобразованием) и воспламеняется в камере сгорания свечой зажигания. Свеча зажигания – прибор для воспламенения горючей смеси при помощи искры (электрод с напряжением 10–30 кВ). Если в мире в 1886 г. было 4 автомобиля, то к 1940 г. их число возросло до 10 млн.

Развитие сначала автомобильной промышленности, несколько позже – морского и речного флота, а затем – авиации оказало влияние на рост потребления нефти.

Накануне Первой мировой войны в 1914 году 30 % военного флота Великобритании использовало нефтяное топливо. Во время войны кайзеровская Германия оказалась отрезанной от нефтяных промыслов. Дефицит нефти послужил одной из причин поражения войск Кайзера. Германия учла это при подготовке ко Второй мировой войне и прежде всего постаралась обеспечить себя запасами жидкого топлива. Перед нападением на СССР Германия захватила Румынию с её богатыми нефтяными промыслами, а во время войны стремилась овладеть нефтью Кавказа. Гитлеровцы смогли захватить только часть нефтяных промыслов Кавказа, но восстановить скважины, разрушенные перед отступлением нашими войсками, и получить кавказскую нефть им не удалось.