Нефть и ее заменители: необходимое послесловие

В конце 2014 года, а именно -  23 декабря  - прошел очередной междисциплинарный ректорский научно-практический семинар на актуальную нынче тему: «Каталитические процессы в нефтехимии».

Соответственно, разговор там шел о катализаторах для добычи и переработки нефти (в основном, высоковязких сортов), а также для нефтехимии. Сейчас эти катализаторы приобретают все большее значение в экономике: традиционные энергетические ресурсы истощены – например, месторождения легкой нефти в России выработаны более чем на 50%. А запасы тяжелых и высоковязких нефтей в РФ достигают 6-7 млрд. т. или 40-50 млрд. баррелей (в РТ - более 200 млн. т.). В мире же их запасы - более 810 млрд. т.

Но для чего же человечеству нужно столько нефти? Первое, что приходит на ум не слишком посвященному в тайны химии человеку – для получения топлива. Однако, это не так: топливо можно получать и из другого сырья. А из какого (и о том, какое значение имеет нефть в современной экономике) – рассказывает директор Химического института им. А.М.Бутлерова КФУ Владимир Галкин:

- Владимир Иванович, неискушенным в химии людям кажется, что основной потребитель нефти – транспорт. Мол, возрастающие темпы нефтедобычи связаны с его развитием. Так ли это на самом деле?

- Разумеется, нет! Нефть – ценнейшее химическое сырье для получения целого ряда материалов, где топливу принадлежит отнюдь не 1-е место. Для неискушенных в химии людей скажу, что оно – результат первичной переработки нефти, в результате которой она разделяется на составные части, называющиеся фракциями. Именно в число этих фракций входят разные виды топлива: сжиженный газ, автомобильный и авиационный бензины, керосин (включая топливо для реактивных двигателей), дизельное топливо (в просторечии именуемое соляркой) и мазут.

Он, в свою очередь, служит сырьем для получения еще одного вида топлива - жидкого котельного, а также парафина, вазелина (идущего на изготовление разных лечебных мазей и косметических кремов), битума, электроизоляционного и гидравлического масел, пластичных смазок и различных смазочно-охлаждающих жидкостей. А после перегонки нефти остается концентрат – гудрон, служащий основой для дорожного и строительного покрытий.

Ректификационные колонны для первичной переработки (перегонки) нефти.

Но есть и более сложная вторичная переработка нефти - изменение структуры составляющих ее углеводородов. Получаются разные виды сырья для получения синтетических каучуков и тканей, пластмасс, полимерных пленок (полиэтилен, полипропилен, ПВХ и др.), моющих средств, лакокрасочных продуктов, растворителей, удобрений, ядохимикатов, искусственного воска и многого другого.

Даже отходы нефтепереработки идут в дело. Из них производится кокс - твердый остаток, используемый для изготовления электродов и коррозионноустойчивой аппаратуры. Кроме того, его используют в металлургии как восстановитель при получении ферросплавов. Еще один отход - сера, идет на производство необходимой в химической промышленности серной кислоты. В общем, нефтепродукты используются абсолютно во всех отраслях промышленности.

 Основа всего этого – нефть

- Одним словом, великий российский химик Дмитрий Менделеев абсолютно прав, говоря: «Нефть — не топливо, топить можно и ассигнациями»…

- Дмитрий Иванович был абсолютно прав. И он знал, о чем говорит, ведь именно он создал 1-ю принципиальную схему рациональной первичной перегонки нефти. Конечно, она велась и до него, например, Федор Прядунов еще в середине XVIII века организовал кустарный нефтепромысел на реке Ухта и в лаборатории Берг-коллегии перегонял нефть в керосиноподобный продукт.

А братья Василий, Герасим и Макар Дубинины в 1821 г. создали первую в мире нефтеперегонную установку для получения керосина. Принцип ее действия основан на разных температурах кипения углеводородов с различной молекулярной массой. В начале - наиболее легкие дистилляты, затем все более тяжелые. Причем при достижении температуры кипения какого-либо углеводорода, рост температуры прекращался до его полного выкипания – тепло шло на испарение. Причем, получаемый на ней керосин был гораздо качественнее зарубежных.

- К их изобретению, наверное, была применима пословица «Нет пророка в своем отечестве»?

- Наоборот, разработанная братьями Дубиниными технология широко использовалась в промышленности России. Например, в1859 г. купец В.Кокарев построил на Апшеронском полуострове крупный по тому времени нефтеперегонный завод, где, кстати, началось первое промышленное использование природного газа. Вскоре аптекарь по фамилии Витте организовал на острове Святом (ныне остров Артема) переработку озокерита, или горного воска - производного парафинистой нефти. Из него добывались парафин и керосин.

 Нефтеперегонная установка братьев Дубининых, 1823 г. 1 – нефть, 2 – вода, 3 – керосин.

- Владимир Иванович, что же еще сделал для развития нефтедобычи и нефтепереработки Д.Менделеев?

- Этот гениальный химик ясно видел громадную роль нефти и ее производных в технике будущего, поэтому и уделял ей столь пристальное внимание. Под его руководством впервые в мире было начато изучение химического состава нефти. Он впервые сформулировал понятие нефтяной залежи - скопления нефти в хорошо проницаемой горной породе, а также весьма стройную для того времени теорию неорганического происхождения нефти. Сейчас она имеет лишь исторический интерес, но ценна тем, что рассматривает причинную взаимосвязь всех процессов ее возникновения.

Отмечу также, что вплоть до 80-х годов XIX века все промышленные установки для перегонки нефти в кубах работали по технологии братьев Дубининых. Но постепенно их заменили так называемые кубовые батареи, первая из которых была построена в Баку в 1881 г. по проекту Д.Менделеева.

Сконструированная на одном из бакинских керосиновых заводов фирмы «Братья Нобель» в 1883 г. В.Шуховым и И.Елиным кубовая батарея для непрерывной перегонки нефти по методу Д.Менделеева.

- Этот метод используется и сейчас?

- Да, но только на более высоком техническом уровне – как и конструкция современных перегонных установок. Сама кубовая батарея Д.Менделеева состояла из ступенчато расположенных цилиндрических котлов (их и называли кубами), соединенными между собой переточными трубами. По ним нефть последовательно переливалась из одного котла в другой.

Каждый куб был снабжен отдельной топкой, благодаря чему в нем поддерживалась определенная температура, а также холодильником для конденсации получаемой фракции и приемником для ее сбора. Сырая нефть непрерывным потоком поступала в верхнюю секцию кубов. Фракции удалялись из нее одна за другой. В первой секции кубов выделялся бензин, в следующей, где температура была выше – керосин и в последней - мазут.

Это была прогрессивная технология, ставшая образцом и для отечественных, и для зарубежных нефтеперегонных заводов. Поэтому строительство всех отечественных нефтеперегонных заводов в XIX в. шло под наблюдением Д.Менделеева. А изобретенные им кубовые батареи успешно применялись в нефтеперерабатывающей промышленности многие десятилетия. А принцип ее работы действует и сейчас.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907), положивший начало рациональной переработке нефти.

Кстати, в свое время великий ученый съездил в США для ознакомления с местными способами нефтедобычи и нефтепереработки. Возвратившись оттуда, он писал: «Русским учиться у американцев нечему». И действительно, в этой отрасли экономики США отставали от России, например, менделеевский метод там освоили только в 1899 г.

И это далеко не весь разговор с В.Галкиным – он рассказал еще немало интересного. Продолжение беседы будет опубликовано совсем скоро.