Текст книги "История русской нефти, о которой мы так мало знаем. 1700-1922"

Глава четвертая
Нестареющее наследие девятнадцатого столетия

Открытия и изобретения Александра Александровича Летнего, выдающегося российского ученого и инженера, актуальны по сей день. В это трудно поверить, но сделаны они за чрезвычайно короткую жизнь длиною всего в 35 лет…

Александр Александрович Летний родился в Петербурге 25 декабря 1848 года. Судьба, казалось, уготовила ему незавидную долю. С рожденья мальчик страдал болезнью, которую называют «пляска святого Витта». Поэтому в школу Саша пошел только в 11 лет. Его отец – портной – хотел, чтобы сын продолжил семейное дело, но подросток мечтал учиться. Сначала Александр стал вольнослушателем Петербургского технологического института, а через год его зачислили в ряды студентов. В 1871 году, окончив институт со степенью технолога I разряда, Летний остается работать на кафедре сначала лаборантом, а затем ассистентом по химии.

Вся его исследовательская и инженерная деятельность условно делится на два периода. До 1879 года он работает в Петербургском технологическом институте. К этому периоду относятся и его основные труды по нефти и ее производным, сразу же заинтересовавшие весь научный мир. Затем он переезжает в Баку, где продолжает трудиться до конца своей жизни. Умер Летний в 1883 году.

Когда инженер и изобретатель Александр Летний начал свою научную деятельность, керосин был основным продуктом, который вырабатывали из нефти. Именно Летний разработал метод глубокой переработки нефти и нефтяных остатков, позволяющий помимо керосина получать целую гамму ценнейших продуктов. Его имя входит в первую пятерку русских ученых-нефтехимиков, а открытые им процессы пиролиза и крекинга нефти и в настоящее время являются основными в нефтеперерабатывающей промышленности всех стран.

Золотые тротуары

В истории волжского города Сызрань немало замечательных страниц. Поднявшийся в дореволюционной России на торговле зерном, в советское время он становится одним из крупнейших нефтеперерабатывающих и нефтехимических центров. Но, оказывается, его связь с нефтехимией возникла куда раньше.

В 1873 году около Сызрани географ Воейков отобрал образцы смолистого известняка и отвез их в лабораторию Петербургского технологического института, где с ними начал работать Александр Летний. Сначала он предполагал, что битум с сызранского асфальтового месторождения – особый вид горной породы, подобный тому, что добывается на берегу Мертвого моря, но, изучая образцы, пришел к неожиданным и очень интересным выводам. Чтобы проверить их на месте, ученый весной 1874 года поехал в Сызрань. Наиболее подробно Летний обследовал асфальтовое месторождение, расположенное в трех верстах к западу от Сызрани – около села Костыча. Он установил, что сызранский асфальт и есть тот самый «дефицитный материал», который Россия за золото ввозила из Западной Европы для сооружения асфальтовых тротуаров! Мало того, как раз летом 1874 года французским импортным асфальтом мостили тротуары в Саратове и Астрахани – под боком у отечественных залежей.

Александр Александрович Летний

В это же время Летний начал разрабатывать оригинальную технологию получения асфальта из смолистого известняка. Прежде всего молодой инженер самостоятельно исследовал новый продукт на твердость. Он придумал крайне простой и эффективный способ. Ученый делал из асфальта небольшие пластины и клал их на специальную подставку из кирпичей. Небольшая асфальтовая пластинка с 10-процентным содержанием гудрона выдерживала давление 68 килограммов.

В результате Летний доказал, что Россия в состоянии отказаться от дорогостоящего импорта, а затем спроектировал и построил в Сызрани первый российский асфальтовый завод.

Это лишь один, но далеко не единственный пример, когда Александр Летний работал одновременно как исследователь и как инженер и технолог, вплотную занимаясь производством. Он никогда не замыкался в рамках «чистой науки».

Вот что писал об этом владелец асфальтового завода Воейков: «Нет сомнения, что именно благодаря замечательной энергии и находчивости Александра Александровича асфальтовое дело… сразу стало твердою ногою, а не переживало тех тяжелых условий, с которыми обычно сопряжено у нас начало новых производств». Так что, проходя сегодня по асфальтированным дорожкам, вспомним добрым словом нашего талантливого соотечественника.

Даешь светильный газ!

В том же 1874 году, когда инженер Летний «перекрыл дорогу» в Россию импортному асфальту, произошло одно весьма важное событие. Петербургский Монетный двор начал получать светильный газ, вырабатываемый из мазута.

О том, что не только в России, но и в Европе первым городом, освещенным чистым нефтяным газом, стала Казань, писал И. Скворцов в статье «Нефтяной светильный газ в Казани», опубликованной в № 27 журнала «Здоровье» за 1875 год. Он же сообщает, что зимой 1874 года в Москве в доме Ланина «производились опыты освещения нефтяным газом, и освещение было признано вполне удовлетворительным».

В 1853 году львовские аптекари Иван Лукасевич и Ян Зех изобрели безопасную керосиновую лампу. И сразу же она была применена для экстренной ночной операции в городской больнице Львова. Скоро керосиновые лампы вошли в домашний и уличный обиход. Современник-москвич восторженно пишет, что «освещение новенькими керосиновыми лампами казалось после масляного великолепным». Причем новым осветительным бумом были охвачены не только крупные города. В уездном Егорьевске городской голова купец Никифор Бардыгин на просьбу жителей окраинной Огородной улицы поставить им хоть один фонарь ответил аж 31 керосиновым светильником.

В России, где искусственное освещение требуется примерно 200 дней в году, кто победнее – жег лучину, кто побогаче – свечи, а городские улицы освещались подслеповатыми масляными фонарями. В дело шло конопляное, «гарное», масло. В Москве уличные фонари были на попечении пожарных, у которых, понятно, «каша всегда маслилась от души». Если же учесть, что постных дней в православном календаре более двухсот пятидесяти, а в те времена люди церковные правила соблюдали, то можно представить себе, что горожане избытком световых «масляных» люксов избалованы не были.

Несмотря на то что сразу несколько городов претендуют на лидерство в освоении светильного нефтяного газа, это означает, что впервые в мире процесс глубокой переработки нефти – с помощью которой получали светильный газ – в промышленном масштабе был применен именно в России. До этого в других странах светильный газ получали только из каменного угля, торфа, дерева или горючих сланцев. За исходный материал принимались даже… обычные жиры.

В начале семидесятых годов XIX века заводы по производству светильного газа из нефтяного сырья стали строиться в разных городах России, в том числе в Киеве, Москве, Харькове. Самый крупный из них, принадлежащий Башмакову, был построен в 1874 году в Казани. На этом заводе для разложения нефти вначале были использованы горизонтальные чугунные реторты системы немецкого инженера Гирцеля. С их помощью в ряде стран получали газ из каменного угля. Вскоре завод Башмакова отказался от аппаратов Гирцеля, заменив их отечественными.

Вот что рассказывает об этом историк С. М. Лисичкин: «Дело в том, что стенки реторт Гирцеля быстро покрывались слоем кокса и процесс разложения сырья протекал неравномерно. Многие зарубежные ученые и инженеры пытались устранить этот недостаток в способе получения светильного газа. Например, немецкий специалист Гурий фон Эльц в 1874 году предложил аппарат собственной системы. В нем он намеревался устранить закоксовывание стенок реторт при помощи пара, образующегося из воды, специально добавляемой к жидкому сырью – смоле. Но опыты фон Эльца не дали положительных результатов».

Решил эту проблему Александр Летний. В 1874 году он предложил для устранения быстрого закоксовывания стенок заполнять реторты древесным углем. Летний писал: «При фабрикации смешанного древесно-нефтяного газа нефть входит в реторту, наполненную деревом, которое впитывает в себя нефть. Последняя от высокой температуры разлагается, не успевая соприкасаться со стенками реторты, тогда как кокс, осаждаясь на стенках реторты, представляет одну из главных причин скорого прогорания последней». На практике его способ быстро доказал свое превосходство перед остальными и получил повсеместное распространение.

Первым применил на практике способ Летнего русский инженер Суков. Это его вертикальные аппараты взамен немецких были установлены на заводе Башмакова, а затем и на всех русских газовых заводах.

Газовая лампа

Крещенные огнем

Александр Летний кардинально усовершенствовал процесс получения светильного газа, но ученый также обратил внимание на побочный продукт, получаемый при производстве газа. Это была густая темная жидкость, называемая дегтем или смолой. Летний первый занялся подробным ее исследованием.

В 1875 году появилась основополагающая работа ученого «Сухая перегонка битуминозных ископаемых», в которой Летний представил краткий очерк развития нефтяной промышленности России. Он детально описал технологию очистки нефтепродуктов и аппаратуру, установленную на бакинских нефтеперерабатывающих заводах. И это было не простое мнение наблюдателя. Оценивая нефтеперегонное оборудование, Летний сетовал, что большинство запатентованных заграничных аппаратов, привозимых в Россию, работают крайне неэффективно. На примерах он показывал, что применение подобной техники на заводе Новосильцева влечет за собой потерю двух пятых всего рабочего времени. Такие же потери имели место и на заводе «Нефтяного общества». Анализируя ситуацию, Летний делает вывод: «Самый совершенный прибор будет тот, в котором перегонка велась бы безостановочно. И по мере отгона добавлялся бы новый материал при одновременной выгрузке остатков от прежнего».

Разрез уличного канделябра газового освещения

Инженерному анализу Летний подверг и холодильные аппараты различных систем, применявшиеся на нефтеперегонных заводах. Он указал как на их положительные, так и на отрицательные стороны, не оставив без внимания ни одну операцию в технологии нефтепереработки. В частности, описывая процесс перемешивания при очистке нефтепродуктов кислотой и щелочью, он подчеркивал, что лучшим является аппарат, изобретенный нашим соотечественником – инженером Якоби.

Основное и важнейшее значение труда Летнего – это описание опытов по глубокому разложению нефти для получения ароматических углеводородов. Ученый пропускал нефтяные остатки (мазут) через нагретую до 335–340 градусов трубку. В трубке жидкость переходила в пар и по выходе конденсировалась в холодильнике. Температура кипения конденсата – 80 градусов. Таким образом, Летний первым выделил из нефти водороды ароматического ряда: бензол, толуол, ксилол, кумол, нафталин, антрацен и фенантрен.

В 1877 году Департамент торговли и мануфактуры выдал ученому привилегию (патент) на метод получения углеводородов из нефти и мазута, который был назван пиролизом.

В нефтехимии это процесс глубокой термической переработки нефтегазового сырья в обширный ряд непредельных и ароматических углеводородов. Кстати, само название «ароматические соединения» связано с тем, что первые открытые представители этого класса обладали приятным запахом. Это изобретение имело не только выдающееся научное, но и огромное практическое значение.

Слово «пиролиз» происходит от греческого pyr – «огонь» и означает разложение веществ под действием высоких температур.

Титул книги А. А. Летнего «Сухая перегонка битуминозных ископаемых». 1875 г.

Дело в том, что ароматические углеводороды, получаемые в то время на зарубежных коксохимических заводах из каменноугольной смолы, ввозились в Россию по очень высоким ценам. Летний не только первым открыл процесс пиролиза, но и осуществил его в промышленных масштабах. Он спроектировал и построил в Ярославле завод Рагозина, на котором из нефтяного сырья получали ароматические углеводороды. Талантливейший инженер Александр Летний первым указал на то, что производные ароматических углеводородов (анилин, фенол, бензойная кислота) могут успешно применяться для самых различных целей. Например, для производства анилиновых красок, пользовавшихся постоянным спросом. Тем самым Россия могла серьезно потеснить Англию – лидера по выпуску искусственных красителей.

В 1878 году Летний опубликовал новую работу – «Влияние высокой температуры на нефть». В ней он подчеркивал, что «при увеличенном давлении и температуре красного каления разложение нефти должно идти еще глубже».

В той же работе ученый сообщил о своем новом открытии: «Полнее и лучше идет разложение, если в трубку поместить вещество, более способное поглощать газы». В качестве такого вещества он взял платинированный уголь. Используя его как катализатор, Летний ускорил и усовершенствовал процесс разложения нефти, доказав, что с применением катализатора процесс разложения идет более равномерно.

В то время отечественная промышленность искала пути получения высококачественных минеральных масел, чтобы заменить низкосортные американские суррогаты, заполнившие европейские и российские рынки.

В одной из своих работ Летний предложил модернизировать завод по производству минеральных масел из каменного угля, расположенный в Данковском уезде Рязанской губернии. Этот завод, построенный по проекту англичанина Керби, работал плохо и в 1873 году был закрыт. В противоположность угольному методу Летний настаивал на получении смазочных масел из остатков отечественного керосинового производства (мазута). Он также подчеркивал, что у минеральных масел огромные преимущества перед растительными и животными жирами. И дело не только в постоянно растущей цене традиционных масел, которых требовалось всё больше. Различия существовали, например, в том, что при повышенной температуре кипения, создающейся при работе механизма, минеральные масла не улетучиваются и не разлагаются, а на воздухе – не окисляются и не имеют неприятного запаха.

В наше время открытый Летним процесс называется высокотемпературным крекингом. Это слово происходит от английского cracking – «расщепление». Посредством крекинга нефть или ее фракции перерабатывают, получая прежде всего моторные топлива или сырье для химической промышленности. На основе работ Летнего позднее были созданы различные конструкции установок для крекинга.

Вместе с тем Летний указывал и на их недостатки, в частности на то, что они слишком жидкие. Для того чтобы увеличить их вязкость и тем самым улучшить смазывающую способность, он предложил добавлять к минеральным маслам специальные присадки. В качестве одной из первых присадок Летний рекомендовал добавлять китовый жир. И вновь свою теорию он проверил на практике. В 1879 году талантливый инженер спроектировал завод Ропса для получения масел из нефтяных остатков. Он располагался на Петровском острове и стал первым и единственным заводом минеральных масел в Санкт-Петербурге.

Бакинские адреса

Апшерон молодой ученый впервые посетил еще в 1873 году, чтобы на нефтеперегонном заводе Кокорева изучить на практике тогдашнюю технологию нефтепереработки. Впоследствии именно эти наблюдения натолкнули Летнего на открытия по глубокому разложению нефти.

Керосиновая печь системы Риппингиля

В 1880 году талантливый изобретатель получил приглашение фирмы Палашковского вновь приехать в Баку и наладить выпуск новых нефтепродуктов. В Баку Летний перенес свою исследовательскую деятельность непосредственно на производство. Его работа здесь стала столь же плодотворной, как и в Санкт-Петербурге. В селении Кирмаку, расположенном в 12 верстах от города, под его руководством были построены два завода; на одном из них впервые началось промышленное производство церезина в России. Так стало возможным отечественное изготовление качественных и недорогих свечей. Церезиновый завод был запущен после того, как Летний дал подробные характеристики местному сырью – озокериту, из которого и получали церезин. До исследований Летнего челекенский озокерит применяли лишь для перегонки на масла и попутно получали парафин. Основную же его часть, как дешевое сырье, вывозили в Германию и Австрию для производства из него церезина. Теперь церезиновые свечи стали выпускаться и в России.

Железные резервуары на заводе Товарищества «Братья Нобель» (1885–1887 годы)

Схема нефтеперегонного завода из книги А. А. Летнего «Сухая перегонка битуминозных ископаемых». 1875 г.

Пришедшие на смену дорогим восковым и низкокачественным сальным, отечественные церезиновые свечи сразу же завоевали признание потребителей. Подробно изучив отечественный озокерит, Летний заключил, что по качеству он может быть вне конкуренции и на мировом рынке.

Озокеритовое месторождение находилось на острове (в настоящее время – полуостров) Челекен на восточном побережье Каспийского моря. Огромнейшие челекенские залежи разрабатывались тогда очень ограниченно, а на внутреннем рынке России монопольное положение занимал импортный церезин.

Морские пути на Запад

К бакинскому периоду деятельности Александра Летнего относится еще ряд не менее интересных и оригинальных работ. Одна из них – решение экспортной транспортировки кавказской нефти и нефтепродуктов к портам Черного моря.

В те годы нефтепродукты из Баку направляли по Каспийскому морю в Астрахань, по Волге – в Царицын, по железной дороге – в Ростов, Севастополь и Одессу. Летний считал, что бакинская нефть должна также иметь выход к портам Черного моря, в частности к Батуму. Точными, обстоятельными расчетами он доказывал, что выгоднее перевозить бакинскую нефть к Черному морю по Закавказской дороге, чем окружным путем по южнорусским.

Выход бакинской нефти к портам Черного моря ученый расценивал как основное условие успешной конкуренции с американцами. Летний писал: «Сила вещей заставляет смотреть на кавказские порты Черного моря как на пункты вывоза нашего керосина преимущественно в другие страны… Русский керосин появится прежде всего в портах Черного, Адриатического и Средиземного морей, куда в настоящее время привозится от 9 до 10 миллионов пудов в год американского керосина».

Нефтеперегонный завод в Черном городе близ Баку. Конец XIX в.

Нефтяные вышки, обшитые огнеупорным материалом

Он считал, что транспортировка обеспечит России завоевание мирового рынка: «Американский керосин завоевал себе рынки. Но репутация его удерживается только благодаря монополии, ибо по качествам он далеко не безукоризнен, будучи плохо очищен и легко воспламеняем. Это дает нам право надеяться, что русский керосин, сфабрикованный из бакинской нефти, вступив с ним в борьбу, одержит верх».

Последователь Д. И. Менделеева, Летний ясно представлял пути устранения препятствий, сдерживавших развитие нефтяной отрасли. Поэтому на съезде Русского технического общества он остро поставил вопрос о разведке туркменских залежей нефти. Возражая тем, кто считал, что «раз бакинская нефть всю Россию обеспечивает, то и нет нужды в изучении других месторождений», Летний подчеркивал: «Если природа дала нам подземные богатства, то мы должны знать, в чем они заключаются и к чему пригодны».

Третьего мая 1883 года горловая чахотка оборвала жизнь 35-летнего талантливейшего ученого и инженера, находившегося в расцвете творческих сил. Открытия Александра Александровича Летнего пережили его на долгие-долгие годы.

Бессмертные открытия

Все мировые разработки в области разложения нефти и нефтепродуктов, последовавшие за открытиями Александра Летнего, стали логическим продолжением его работ.

Его исследования получили высокую мировую оценку. По мнению знаменитого немецкого химика Рудольфа Вагнера, «они имеют громадное значение, потому что являются первым доказательством возможности получения из нефти бензола и антрацена в больших количествах». В ряде стран были поставлены эксперименты по глубокому разложению нефти, но все они свелись к проверке и подтверждению бессмертного открытия русского инженера. Химики-органики признали открытый Летним способ глубокого разложения нефти наиболее рациональным.

В начале восьмидесятых годов XIX столетия работы по каталитическому разложению нефти продолжила под руководством знаменитого химика В. В. Марковникова доктор химии Ю. В. Лермонтова. А уже в 1885 году, спустя два года после кончины Александра Летнего, на выставке в Нижнем Новгороде были продемонстрированы образцы бензола, нафталина и антрацена, полученные на Ярославском заводе его способом. Тогда же инженер Алексеев построил в Баку установку, на которой получал путем разложения масляного гудрона 20 процентов керосина. Через три года, в 1888 году, Алексеев сконструировал более совершенную полупромышленную крекинг-установку, которая давала уже до 60 процентов тяжелого осветительного масла разложением тяжелых нефтяных остатков.

Железный резервуар для нефти с системой трубоповодов

В 1890 году близ станции Ильская Краснодарского края крупное нефтяное общество «Русский стандарт» построило нефтеперегонный завод для переработки тяжелой ильской нефти, на котором крекинг-процесс был применен уже в промышленном масштабе.

В том же году наш гениальный соотечественник Владимир Шухов вместе с инженером Гавриловым разработали аппаратурное оформление крекинг-процесса. Через год они получили патент № 12926 на свое изобретение. Вместо непосредственного обогрева поверхности куба Шухов и Гаврилов впервые использовали систему труб, подвергаемых действию горячих газов; для улучшения теплопередачи и уменьшения коксообразования они применили искусственную циркуляцию. Это изобретение двух русских ученых легло в основу современной схемы термического крекинг-процесса и его аппаратурного оформления.

В 1895 году инженер Никифоров взял патент на крекинг-процесс под давлением. Работа завода, построенного по проекту Никифорова в Кинешме, полностью подтвердила исследования Летнего.

Америка начала широкое строительство термических крекинг-заводов в годы Первой мировой войны, объявив всему миру, что термический крекинг-процесс изобрел в 1913 году американский инженер Бартон. «Абсурдность подобного утверждения очевидна каждому, – пишет историк С. М. Лисичкин, – кто знаком с работами основоположника этого процесса А. А. Летнего и его последователей Алексеева, Никифорова, Шухова и других». Подобное произошло и со строительством американцами в 1936 году заводов каталитического крекинга.

Продолжили русские ученые и инженеры и изучение процесса расщепления углеводородов в присутствии катализаторов (каталитическое разложение). В 1911 году Н. Д. Зелинский использовал платину, палладий и никель в качестве катализаторов при получении толуола из нефтяного сырья. Этот метод каталитического крекинга нашел широкое промышленное применение. Первая мировая война показала всему миру, что нефть превратилась в важнейшее стратегическое сырье. Производство бензина и толуола стало одной из главнейших военно-промышленных отраслей. Крайне нуждаясь во взрывчатых веществах, воюющие страны вернулись к работам Летнего. Началось лихорадочное строительство крупных мощностей по производству бензола и толуола из нефти. Такой завод в 1915 году в Баку запустила фирма братьев Нобелей. Подобное предприятие было возведено и Бакинским военно-промышленным комитетом, следом были открыты другие такие же заводы. Глубокая переработка нефти стала актуальной мировой проблемой.

Нефтяные скважины в Баку

Фотограф G. Durante, 1898 г.

Работы Летнего и его последователей в области разработки термического расщепления углеводородов нефти намного опередили свой век. Их труды широко известны в мире, но, как правило, за рубежом открытия наших соотечественников старались замалчивать. Об этом еще в 1887 году замечательно написал знаменитый русский химик В. В. Марковников: «Не опасаясь упрека в излишнем патриотизме, скажу, что, преклоняясь перед иностранными авторитетами, нет надобности повергаться во прах, принижаться. Обстоятельства сложились так, что мы не можем ожидать вполне беспристрастной оценки заслуг наших ученых со стороны Запада. В особенности, если там приходится решать между соотечественником и русским».