Творцы точных наук. Русские химики. Нефтеперерабатывающая промышленность

«Рассказы о русском первенстве» — читайте интересные статьи из этой книги, с продолжениями! Вы узнаете о реальном вкладе русских ученых и изобретателей в развитие мировой  науки и техники.

Химическая наука позволила создать много удивительных материалов с совершенно новыми, отсутствующими у природных, свойствами.

Мы можем гордиться тем, что многие из важнейших глав этой науки созданы нашими соотечественниками — русскими химиками.

В современной нефтеперерабатывающей промышленности различают три различных метода переработки нефти перегонка, крекинг и пиролиз.

Перегонка нефти — это физический метод разделения нефти на составные части путем их испарения и последующего сжижения. Молекулы составных веществ при этом остаются неизменными.

Крекинг нефти — это химический метод переработки. Большие молекулы — составных веществ во время крекинга под влиянием высокой температуры, давления и катализаторов разрываются на мелкие молекулы. Крекинг преследует цель получения из нефти более ценных продуктов за счет разукрупнения молекул.

Пиролиз нефти также химический метод. Он отличается от крекинга, при котором молекулы только разрываются, тем, что при пиролизе в результате действия более высокой температуры происходит образование из осколков молекул новых ценных продуктов.

Русские инженеры и русские ученые первые создали аппаратуру и методы переработки нефти.

В 1823 году Василии Дубинин вместе со своими братьями на построенном возле Моздока нефтеперегонном заводе получил керосин в производственном масштабе. Сохранились чертежи аппаратов и описание способа производства на этом первом в мире керосиновом заводе. Несмотря на это, в Германии считали, что первым выделил керосин из нефти немецкий ученый Рейхенбах, хотя работа его относится к 1830 году, да и произведена она была лишь в лабораторном масштабе.

Д. И. Менделеев предложил в 1870 году конструкцию непрерывно действующего аппарата для перегонки нефти. Фирма «Нобель» использовала это изобретение, даже не обмолвившись об его настоящем авторе.

Русские ученые указали также пути превращения нефти в более цепные сорта искусственного жидкого топлива.

Инженер Владимир Григорьевич Шухов, которого весь мир знает как талантливого конструктора и механика, создал в 1890 году такой метод перегонки нефти, при котором можно было получить из нее значительно большее количество керосина и бензина, чем его добывали при обычной перегонке.

На первый взгляд это звучит парадоксально: получать из нефти бензина больше, чем его в ней находится.

Обычная перегонка нефти при температуре 150—220°С дает до 20 процентов бензина. Если же перегонку вести в специальном аппарате Шухова при большом давлении и повышенной температуре, то количество отгоняемою бензина будет значительно больше. Часть сложных, больших молекул нефти при таком сильном воздействии расщепляется на более мелкие. А из таких молекул как раз и состоит бензин.

Изобретение Шухова было перехвачено Америкой, где оно нашло очень широкое распространение. Несколько лет спустя русское открытие вернулось на родину, но уже с английским названием — «крекинг» (от слова — расщеплять).

Что же происходит с нефтью при обработке ее по способу Шухова? Как изменяется при этом химическое строение ее составных частей?

Многие знают о существовании газа метана. В его молекуле один атом углерода удерживает при себе четыре атома водорода. Если же у двух метановых молекул оторвать по одному, а у трех молекул по два атома водорода и освободившимися связями соединить их в цепочку, то при нормальной температуре это будет уже не газообразное, а жидкое вещество — пентан.

То, что мы называем газолином, есть смесь двух веществ. Молекулы одного из них — пентана — состоят из пяти метановых звеньев, другого — из шести. Бензин представляет собой смесь трех веществ: их цепочкообразные молекулы состоят из шести, семи и восьми метановых звеньев.

Керосин же представляет собою смесь веществ с более длинными молекулами. А смесь веществ с еще более многозвеньевыми молекулами есть смазочные масла. Начиная с молекулы, образовавшейся из 14 метановых звеньев, вещества при обычной температуре находятся уже в твердом состоянии — это так называемые парафины. Первые парафины, состоящие из молекул с 14—17 звеньями, мягки, как масло, — это вазелин. Чем крупнее молекула, тем тверже становятся парафины. Каменноугольная смола, смесь самых крупных молекул метанового ряда, тверда как камень. Величина отдельных молекулярных цепочек достигает здесь уже многих десятков звеньев.

В специальном аппарате, сконструированном Шуховым, под воздействием температуры и давления молекула вазелина разрывается пополам. Она превращается при этом в две молекулы бензина. Шуховский метод расщепления крупных молекул нефти позволил увеличить выход бензина из одного и того же количества нефти. В 1909 году из одной тонны нефти получали лишь 110 килограммов бензина, а в 1930 году — 470 килограммов.

Однако расщепление молекул не всегда происходит точно посредине. Они могут разрываться и у края, образуя газообразные молекулы, состоящие из одного, двух, трех или четырех звеньев. Молекулярные цепочки под воздействием температуры и давления могут замкнуться в кольца. Мелкие молекулы, образующиеся при расщеплении, иногда снова срастаются в более крупные. Но химики научились управлять процессом расщепления так, чтобы всегда получать то, что нужно. При повышенной температуре и атмосферном давлении разрыв молекул происходит и у краев, тогда наряду с бензином образуется газ. При повышенном давлении молекулы рвутся преимущественно в центре, тогда увеличивается выход бензина.

Новую страницу в историю крекинг-процесса вписал академик Н. Д. Зелинский.

Осенью 1918 года, когда Кавказ был отрезан от молодой Советской республики и учитывалась каждая бочка авиационного бензина, Николай Дмитриевич Зелинский разработал метод получения авиационного бензина из отходов нефти с помощью катализатора. По этому методу на заводе «Фосген» соляровое масло и керосин перерабатывали в авиационный бензин.

Метод Шухова и Зелинского открыл возможность получать бензин не только из отходов нефти, но и из сланцев, из низкосортного угля и другого малоценного топлива.

Источник: Болховитинов В. и др. Рассказы о русском первенстве. Москва: Изд-во ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия», 1950. 424 с. С.86-89.