100 великих научных открытий

В начале XX в. Г. Потонье выдвинул гипотезу о происхождении нефти из сапропеля — илистого отложения перегнивших останков растений и животных. В 1919 г. академик Н. Зелинский произвел перегонку сапропеля озера Балхаш и выделил сырую смолу, кокс и газ. Газ состоял из метана, окиси углерода, водорода и сероводорода. После вторичной перегонки безводной смолы были получены керосин, тяжелые масла и бензин, куда входили метановые, нафтеновые и ароматические углеводороды.

В 1921 г. японский ученый Кобаяси получил искусственную нефть при перегонке жира рыб без давления, но в присутствии катализатора — гидросиликата алюминия. Подобные опыты были проведены и другими исследователями, и это натолкнуло их на мысль, что такими катализаторами в природных условиях могут быть глинистые толщи, содержащие первичное рассеянное органическое вещество.

Что касается идеи минерального происхождения нефти, то впервые ее высказал немецкий естествоиспытатель А. Гумбольдт в 1805 г., основываясь на присутствии углеводородов в продуктах деятельности вулканов. Д. Менделеев, который до 1867 г. придерживался теории органического происхождения нефти, в 1877 г. сформулировал гипотезу ее минерального происхождения, согласно которой нефть образуется на больших глубинах при высокой температуре вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов. В настоящее время сторонники неорганической концепции отмечают, в частности, что в мире известно около 30 промышленных или полупромышленных залежей нефти, связанных с изверженными и метаморфическими породами.

Впрочем, в вопросе о происхождении нефти есть приверженцы и комплексного подхода: они считают, что могли существовать оба механизма (органический и неорганический), некоторым образом дополняя друг друга или действуя на разных стадиях процесса.

В середине XIX в., с развитием автомобильной промышленности, был открыт химический метод переработки нефти — крекинг, состоящий в расщеплении углеводородов под действием высокой температуры, в результате чего образуются молекулы с меньшим количеством атомов углерода. Главной целью крекинга было получение большого количества бензина. Дело в том, что в процессе физической переработки (перегонки, предполагающей простое разделение продукта на фракции) при нагревании нефти первыми испаряются углеводороды с самым легким удельным весом — из их смеси и получается бензин. При дальнейшем нагревании испаряются более тяжелые углеводороды, образующие керосин, смазочные масла, солярку. В итоге доля бензина составляет лишь пятую часть от общего выхода, а это ничтожно мало.

Потому решено было тяжелые фракции, образующиеся после первичной перегонки, подвергать еще и крекингу. Перегретый водяной пар пропускали через подогреваемую нефть, и он присоединял к себе более легкие углеводороды. Эту смесь бензина, керосина и воды отстаивали в холодильнике и сливали, в результате чего сверху оказывался слой бензина, дальше шел более тяжелый слой керосина, а еще более тяжелая вода оставалась внизу. Керосин подвергался очистке, а нефть тем временем сильно нагревалась, чтобы большие молекулы тяжелого углеводорода распались на несколько более мелких молекул с разным удельным весом и температурой кипения.

Первая в мире промышленная установка непрерывного термического крекинга была создана и запатентована инженером В. Шуховым и его помощником С. Гавриловым в 1891 г. Но самые оптимальные условия для этого процесса нашел английский химик Д. Бартон и в 1913 г. запатентовал способ выделения бензина из тяжелых фракций. В промышленных условиях крекинг-процесс, предложенный Бартоном, впервые осуществили в 1916 г. Этот метод положил начало новому этапу в развитии нефтеперерабатывающей промышленности, ведь с применением крекинг-процесса выход бензиновых фракций возрос до 50―60 %.

Природный газ

Само понятие «газ» (от греч. «хаос» — сияющее пространство) возникло в XVII в. благодаря голландскому химику Я. Б. ван Гельмонту (1580–1644). Ученому удалось разложить воздух на две части: одна из них поддерживала горение, а другая нет. Но поскольку обе они заполняли все доступное пространство без особого изменения своих свойств, чем и отличались от жидкостей и твердых тел, Гельмонт назвал их газами.

В широкий же научный обиход слово «газ» ввел А. Лавуазье (1743―1794), доказав, что углекислый газ (диоксид углерода) — это соединение кислорода с «углем» (углеродом), а вода — соединение кислорода с водородом.

Впрочем, с природным горючим газом (смесью газов, которые образуются в земных недрах путем бескислородного разложения органических веществ) человечество сталкивалось с древнейших времен. Выходя под давлением по трещинам из-под земли, газы нередко воспламенялись, потому люди дали им название «вечные огни». Такие природные факелы были широко распространены в Месопотамии, Иране, у подножий Кавказского хребта, в Северной Америке, Индии, Китае, на Малайских островах и считались священными. Люди поклонялись им, как божеству, и строили рядом храмы.