Дело в химии. Как все устроено?

Сегодня мы знаем, что эти примитивные живые существа росли и размножались в океане благодаря фотосинтезу, который, как мы уже знаем, стал процессом, позволившим превращать энергию солнечного света в химическую, воплощаемую в органической молекуле. После смерти эти организмы опускались на дно океана, где со временем из них образовывалась органическая материя. Постепенно слой останков покрылся грязью, мусором и под действием мощнейшего давления океана наконец превратился в непроницаемую скальную породу. Давление нарастало, кислород не поступал к органическим останкам, и постепенно они превратились в нефть.

С точки зрения химии нефть представляет собой смесь линейных, циклических и ароматических углеводородов, небольшого количества воды и примесей, содержащих серу, азот и водород.

Она представляет собой вязкую жидкость с большим количеством загрязнений очень разного химического состава, меняющегося в зависимости от месторождения; поэтому ее нельзя использовать непосредственно, но только после переработки и очистки, то есть рафинирования.

Рафинирование нефти происходит в несколько стадий, одной из которых является процесс дистилляции, который происходит в заметных издалека башнях нефтеперерабатывающих заводов. Именно из-за мощного воздействия на визуальную и природную среду мы воспринимаем сегодня подобные структуры негативно, ассоциируя их бессознательно с неприятными запахами, ощущениями присутствия грязи, химических выбросов, связанных с нефтью. Именно поэтому, когда речь заходит о рафинированных сахаре или муке, некоторые люди морщат нос, думая, что речь идет о чем-то вредном. Я хотел бы развеять этот миф: рафинирование некоего вещества означает собственно очистку его от загрязнений с помощью процессов, которые могут быть весьма сложными, но не вредными и не снижающими пищевую ценность продуктов.

Таким образом, процесс рафинирования нефти имеет фундаментальное значение, поскольку позволяет получить вещества с самыми разными свойствами, такие как бензин, дизельное топливо, керосин или битум. Представьте себе, как заливаете битум в бак вашего автомобиля, и вы сразу осознаете, насколько тонким бывает это превращение. Процесс рафинирования включает в себя разные этапы, но мы рассмотрим три самых важных: дистилляцию (ректификацию), очистку и реформинг.

Процесс дистилляции как раз и происходит в тех самых ректификационных башнях нефтеперерабатывающих заводов и позволяет разделить нефть на разные фракции в зависимости от их температуры кипения. Мы уже убедились, что нефть представляет собой смесь углеводородов – молекул, состоящих из длинных углеродных цепочек. Чем длиннее эти цепочки, тем выше либо температура кипения (переход из жидкого состояния в газообразное), либо температура плавления (переход из твердого состояния в жидкое). Самые маленькие молекулы, такие как метан, этан, пропан и бутан (содержащие соответственно один, два, три, четыре атома углерода), сохраняют газообразное состояние и при атмосферной температуре, молекулы, содержащие от 5 до 17 атомов углерода, существуют в виде жидкости, в то время как соединения, включающие более 17 атомов углерода, имеют воскообразную консистенцию. Процесс дистилляции в колонне относительно прост: она разделена на несколько температурных зон: внизу более горячие, сверху похолоднее. Разогретая нефть испаряется, а затем конденсируется (переходя из газообразного состояния обратно в жидкое) при разных температурах. В верхней части колонны, самой холодной, собирается газ, ниже бензин (35–200 °C), керосин (150–280 °C), дизельное топливо (около 350 °C).

Полученные таким образом смеси еще не готовы к продаже, поскольку содержат большое количество загрязнений и примесей, в частности соединения серы. Поэтому необходим процесс обессеривания, который позволяет достаточно непростым путем удалить этот элемент, превратив его в летучее и легко изолируемое соединение: сероводородную кислоту. Сероводородная кислота (не путать с серной кислотой) представляет собой газ, который достаточно легко отделить и обработать, но он обладает одной особенностью: он поразительно вонюч. Даже в самых малых количествах (наш нос способен уловить его при концентрации 0,0000005 %) мы ощущаем этот запах – «аромат» тухлых яиц или «испорченный кем-то воздух». Типичный запах, ассоциирующийся у нас с ректификацией нефти, как раз и вызван микроскопическими утечками сероводорода в процессе обессеривания. Концентрации газа при этом совсем невелики с точки зрения загрязнения окружающей среды, но чрезвычайно неприятны для человеческого обоняния. Неприятный запах является типичным признаком органических соединений серы, и мы чувствуем запах кухонного газа, состоящего в основном из метана – соединения без вкуса и запаха, – только потому, что в него специально добавляют соединения серы, чтобы можно было легко почувствовать утечку.