История нефти. «Чёрное золото» – универсальный продукт

В начале 1970-х годов СССР начал нефть экспортировать. За два года, 1973 и 1974, доля нефти в экспорте СССР увеличилась с 17 до 31 %. Это произошло как раз во время мирового нефтяного кризиса. В сочетании ростом мировых цен на нефть это позволило за десять лет, с 1970 до 1980 года, увеличить валютную выручку в 15 раз.

С 1960 по 1985 год объём переработки нефти в СССР вырос в 3,7 раза и достиг 472 млн тонн в год.

К началу XXI века нефтегазовый комплекс России имел статус лидера экономического роста российской экономики.

В 2021 году отмечается 300-летие российского нефтяного дела. Символический отсчет ведётся с 1721 года, когда Берг-коллегия по указу Петра I дала специальное указание об организации разведки на нефть в Печорском крае.

Применение нефти до XX века

Её использовали как вяжущее, не пропускающее воду вещество при строительстве различных зданий, сооружений, ёмкостей для хранения жидкостей, бассейнов, что подтверждают археологические находки.

Более лёгкие фракции, называемые «земляным или каменным маслом», использовали для смазки осей повозок, колесниц, пропитки факелов, заправки простейших светильников, пропитки наружной обшивки лодок, кораблей, защищающей их от гниения. Нефть также применяли в лечебных целях в основном для приготовления различных мазей, используемых при заболеваниях кожи.

В Библии написано о том, что Ной использовал при строительстве судна смолу, которая сделала его водонепроницаемым. Смолу и другие производные нефти вавилоняне применяли в кладке обожжённых в печи кирпичей, египтянам она была нужна для бальзамирования мумий, другие народы использовали её в медицинских целях.

Уже в эпоху античности битумы и нефть входили в состав различных горючих смесей, использовавшихся при обороне или осаде вражеских городов. Наиболее известным среди них был «греческий огонь» – вязкая воспламеняющаяся жидкость, активно применявшаяся византийцами. «Греческий огонь» нельзя было потушить водой, и огонь распространялся даже по поверхности моря в морских битвах, дотла сжигая вражеские боевые суда. Его состав хранился в строжайшем секрете, но, судя по всему, в него входила и нефть.

Однако нефть в военном деле использовали и другие народы. Римский учёный Плиний Старший, описывая походы римлян, упоминает, что защитники осаждённого города Лукула сбрасывали с городских стен на головы атакующих горшки с горящей нефтью. В боях с половецким князем Кончаком русские воины, как свидетельствует «Ипатьевская летопись», использовали стрелы с пучками тряпья, смоченными «земляной смолой».

Учёные пришли к выводу, что древние шумеры знали о видах нефтепродуктов, их свойствах и возможностях использования гораздо больше, чем представители более поздних цивилизаций. Различные компоненты нефти имели самое широкое применение не только в качестве топлива, но и для строительства дорог, цементирования, приготовления водоотталкивающих составов, красок и т. д. В шумерском языке существовали специальные термины для обозначения всех видов битуминозных веществ: нефти, неочищенной нефти, трёх видов асфальта, дегтя, мастики, воска и смол.

А начали шумеры использовать эти вещества примерно за 6 тысяч лет до нашей эры. Нефтяной битум выходил на поверхность земли в виде вязкой массы, похожей на смолу. Его и стали в условиях недостатка дерева и камня использовать для возведения зданий. Битум добавляли в смесь из глины, песка и гравия, из которой делали кирпичи. Им же укрепляли кладку. Битумом покрывали дороги, укрепляли берега искусственных водоемов. Кроме того, им обмазывали лодки и посуду, обеспечивая водонепроницаемость.

По свидетельству Геродота, битум широко использовался при создании стен и башен Вавилона. Добывали его из колодца недалеко от Ардерикки – селения у Евфрата, где располагалась резиденция персидского царя Дария.

Он же описывает, что на греческом острове Занте (совр. Закинф) в Ионическом море люди добывали нефть длинными шестами с миртовой веткой на конце. С веток нефть сливали в неглубокую яму и по мере её наполнения разливали по сосудам.

В «Истории» Геродот рассказывает о нефтяных колодцах Персии. Нефть из колодца вычерпывали половиной винного бурдюка, а затем отстаивали, чтобы примесь асфальта и песка осела, а нефть осталась на поверхности.

В трудах древних историков (Корнелий Тацит, Страбон) часто встречаются упоминания о добыче битума в Мёртвом море. Отделившиеся куски битума всплывали на поверхность, и их собирали. Кочевники Набатеи, населявшие в IV веке до нашей эры территорию от Мёртвого моря до Акабского залива, продавали битум в Египет. Египтяне же, кроме всего прочего, применяли нефть для бальзамирования.

В древнеегипетском учебнике по медицине она упоминается как компонент мази для глаз.

В развалинах древнеиндийского города Мохенджо-Даро был обнаружен огромный бассейн, построенный 5 тысяч лет назад, дно и стены которого были покрыты слоем асфальта. Кроме того, в Индии последователи зороастризма использовали нефть для поддержания «вечного огня» в своих обрядах.

Иранские и арабские источники свидетельствуют, что ещё в III–IV веках нашей эры нефть, добываемая на Апшеронском полуострове, вывозилась в Персию, откуда распространялась по другим странам.

Конечно, нефть знали и в Китае. Именно там в IV веке нашей эры впервые пробурили нефтяную скважину, используя полые стволы бамбука. Самые глубокие скважины достигали 240 метров. Китайцы создали целые трубопроводы из бамбуковых трубок, ведущие от места добычи к соляным источникам. У этих источников нефть использовали в качестве топлива: на ней кипятили соляной раствор, выпаривая воду и добывая таким образом соль.

Асфальт использовался при строительстве Великой китайской стены

А ещё асфальт использовался при строительстве Великой китайской стены. А китайские воины бросали в ряды противников горшки с горящей нефтью за много веков до изобретения знаменитого «греческого огня».

Нефть была известна грекам и римлянам. Греческие и византийские писатели называли нефть «фармакон», то есть лекарство. Её использовали в качестве пластыря, состоящего из смеси нефти или битума и ячменной муки, чтобы остановить кровотечение. Нефтью пытались лечить экзему и проказу. Гиппократ рекомендовал включать нефть в состав мазей, а при болезнях кишечника и желчного пузыря принимать её внутрь.

Считалось, что белая нефть излечивает от простудных заболеваний, а чёрная – от кашля.

Нефтью поливали дрова, а для освещения использовали примитивные светильники и лампы. Позже, уже в римскую эпоху, нефтью освещали даже городские улицы. А в I веке до нашей эры римляне жгли сырую нефть и ею окуривали деревья, порченные вредителями.

Тогда же римский учёный-энциклопедист Плиний старший отмечал, что битум помогает при дезинфекции ран, снимает зубную боль, останавливает диарею и хронический кашель, ревматизм, а также избавляет от катаракты.

Знали о лечебных свойствах нефти и европейцы. «Масло святого Квирина» – так люди называли нефть, добываемую в баварском Тегернском озере и употребляемую против многих болезней. В Румынии пытались ею лечить даже туберкулез.

Первые упоминания о применении нефти в качестве зажигательного оружия относятся ко II веку до нашей эры. А наследники греков византийцы именно и придумали «греческий огонь». В 673 году византийский учёный Каллиник Гелиопольский сконструировал особое устройство (сифон) для метания зажигательной смеси с помощью насоса и медной трубки.

С одобрения императора Константина IV новое оружие начали монтировать на византийских боевых судах. Рецепт состава держали в большом секрете, но впоследствии стало известно, что в число ингредиентов входили нефть, сера и селитра. Вода не могла погасить распространявшееся во все стороны пламя, поэтому современники полагали, что войско, вооруженное «греческим огнем», победить невозможно. Нефть византийцы брали из источников Керчи или Тамани. После падения Константинополя рецепт приготовления зажигательной смеси был утерян.

В Ипатьевской летописи описаны события сражения войска русских князей Святослава Всеволодовича, Рюрика Ростиславича, Глеба Юрьевича Туровского и Мстислава Романовича и донских и приднепровских половцев во главе с ханом Кончаком, состоявшегося на реке Хорол весной 1184 года: «В лето 6692 года пошел окаянный и безбожный, и треклятый Кончак со множеством половец на Русь <…> пленити хотя грады русские пожечь огньм… бяше обрел мужа такового бесоурменина иже стреляше живым огньм».

В сражении на реке Хорол половцы были полностью разгромлены, хан Кончак бежал, а русские дружины захватили много воинского снаряжения. Попал в плен и управляющий «живого огня» со своим орудием, которого, согласно летописным свидетельствам, доставили прямо к киевскому князю Святославу.

Арабские и персидские учёные могли перегонять сырую нефть для производства легковоспламеняющихся веществ для военных целей. Во времена мавританского владычества в Испании знания о дистилляции проникли в Западную Европу. Это произошло в XII веке.

Великий азербайджанский поэт Низами Гянджеви (1141–1209) впервые описал целебные свойства знаменитой нефти Нафталана. В конце XIII века в своей книге о путешествии на восток Марко Поло упоминает необычное маслянистое вещество, которое используют при кожных заболеваниях в качестве полезной мази. Вероятно, речь шла как раз о нафталане. Особой популярностью пользовалось купание в ваннах, наполненных густой чёрной массой.

Современные методы добычи и переработки нефти

Основные залежи нефти присутствуют в подземных месторождениях, представляющих собой пустоты, расположенные на значительной глубине. Чтобы её извлечь, строятся скважины, позволяющие с помощью шахт достичь необходимой отметки залегания.

Методы добычи нефти в зависимости от уровня давления внутри пласта, способа его обеспечения и технологии извлечения, подразделяются на три этапа.

Первичный. Нефтесодержащая жидкость покидает своё место пребывания (коллектор нефтяной залежи) в результате воздействия сил природы. Обычно её место занимает вода или газы. Если существующего давления недостаточно для самостоятельного выхода нефти (фонтанирования), то подключаются специальные насосы. При таком методе добычи нефтеотдача скважины, как правило, не превышает 15 %.

Вторичный. После исчерпания возможностей первичного метода нефтедобычи начинается вторичный метод, когда внутрь залежи искусственно нагнетается давление. Осуществляется это с помощью закачивания в пласт воды из близлежащих пресных водоёмов или газов естественного происхождения (воздух и продукты его разделения, попутный или природный газ). Подобные технологические решения увеличивают нефтеотдачу до 30 %.

Третичный этап позволяет повысить продуктивность отдачи до 45 %. В залежи повышают давление и температуру разными способами.

Прежде чем нефть поступает на переработку, её подвергают специальной подготовке. Нефть из скважины перемешана с водой. Поэтому прежде всего нефть отстаивают от воды на промыслах. Однако полностью освободиться от воды не удаётся.

Первым этапом переработки нефти является её обработка на электрообессоливающих установках, которые почти нацело удаляют воду и растворенные в ней соли.

Обезвоженная и обессоленная нефть поступает в цилиндрическую вертикальную (ректификационную) колонну, где подвергается воздействию пара, движущегося снизу вверх. В результате нагрева, доходящего до температуры 400 °С, она разделяется на фракции: бензиновую, керосиновую, дизельную, жидкий мазут. Кроме того, получаются масляные дистилляты и тяжёлые дистилляты, идущие на вторичную переработку, и тяжёлые остатки, являющиеся сырьём для производства битума.

Вакуум-дистилляция применяется для выделения из мазута масляных дистиллятов и вакуумного газойля. Продукции, необходимой для выпуска топлива, масел, парафина и целого ряда продуктов нефтепереработки и нефтехимии. Оставшаяся тяжёлая фракция представляет собой гудрон.

Так как продукция первичной переработки нефти не отличается необходимыми товарными свойствами, то для улучшения качества её подвергают вторичной переработке.

Риформинг

Процесс каталитического риформинга, в основе которого лежит просачивание жидкости сквозь слой платинового катализатора, предназначен для получения высокооктанового бензина и ароматических углеводородов.

Гидроочистка

Этот технологический процесс предназначен для снижения количества примесей под воздействием водорода. При этом уменьшается количество смол, асфальтенов, а также веществ, имеющих в своём составе большое количество кислорода.

Каталитический крекинг

Это один из основных процессов вторичной переработки нефти, имеющий целью повышение октанового числа бензина, получение углеводородных газов и кокса. Суть его заключается в получении мелких молекул из более крупных соединений с помощью нагрева и применения катализатора.

Гидрокрекинг

Для получения дизельного топлива, автомобильного бензина, реактивного топлива, сырья для нефтехимического синтеза и попутного газа осуществляется расщепление средней фракции вакуумной дистилляции (газойля) в присутствии значительного количества водорода.

Коксование

Это процесс бескислородного нагрева тяжёлых нефтяных фракций остатков вторичной переработки. Целью его является получение нефтяного кокса.

Изомеризация

Изменение молекулярной структуры вещества с сохранением его качественных и количественных параметров для получения изомерного углеводородного сырья для нефтехимии и ряда компонентов бензина.

Алкилирование

Цель повышения октанового числа бензина заставила технологов разработать процесс использования малоценных крекинговых продуктов в качестве важных компонентов бензина. Суть его заключена в молекулярном воздействии на исходный материал с помощью алкилов – частиц предельных углеводородов.

Для хранения нефти устраивают нефтебазы, где находятся специальные вертикальные резервуары надземного и подземного типов.

Транспортировка нефти осуществляется с помощью:

✓ нефтеналивных танкеров – судов вместимостью до 30 000 тонн;

✓ нефтепроводов, позволяющих перемещать огромные объёмы нефти на значительные расстояния с минимумом затрат;

✓ железнодорожных цистерн, доставляющих нефть в незначительных объёмах в отдалённые местности.

Автомобильный вид транспорта экономически не выгоден для доставки сырой нефти, поэтому его используют для перевозки готовых нефтепродуктов конечным потребителям.

На базе углеводородного сырья, которое даёт переработка нефти, возникла огромная отрасль производства – нефтехимическая промышленность. Эта отрасль вырабатывает как чистые органические вещества, так и сырьё для дальнейшего синтеза пластмасс, лекарств и разнообразных химических реактивов.

Продукты нефтепереработки

Уникальность нефти заключается в том, что из неё посредством переработки получают продукцию, задействованную во всех отраслях народного хозяйства: от промышленности до повседневного быта.

Сама нефть входит в обширную семью природных углеводородов, куда относятся нефть, уголь, газ и их производные. Сама нефть сейчас не применяется, она перерабатывается, и в разных областях промышленности используются её производные, список которых очень обширен.

Вначале от неё отделяют растворенные углеводороды (преимущественно метан). После отгонки летучих углеводородов нефть нагревают. Первыми переходят в газообразное состояние и отгоняются углеводороды с небольшим числом атомов углерода в молекуле, имеющие относительно низкую температуру кипения. После первой перегонки нефти получаются: авиационный и автомобильный бензин, керосин, ракетное топливо, дизельное топливо, газ, мазут. На бензин приходится 50 % от общего объёма производимых в мире нефтепродуктов. Оставшийся после перегонки нефти концентрат называют гудроном и используют при изготовлении дорожных и строительных покрытий.

Разложение нефти на фракции

С повышением температуры смеси перегоняются углеводороды с более высокой температурой кипения. Таким образом, можно собрать отдельные смеси (фракции) нефти. Чаще всего при такой перегонке получают три основные фракции, которые затем подвергаются дальнейшему разделению.

Из мазута после дальнейшей перегонки получают битум, парафин, масла, котельное топливо.

В настоящее время из нефти получают тысячи продуктов. Наибольшее применение продукты переработки нефти находят в топливно-энергетической отрасли. Например, мазут обладает почти в полтора раза более высокой теплотой сгорания по сравнению с лучшими углями. Он занимает мало места при сгорании и не даёт твёрдых остатков при горении. Замена твердых видов топлива мазутом на ТЭС, заводах и на железнодорожном и водном транспорте даёт огромную экономию средств, способствует быстрому развитию основных отраслей промышленности и транспорта.

Энергетическое направление в использовании нефти до сих пор остается главным во всем мире. Доля нефти в мировом энергобалансе составляет более 46 %.

Химическая промышленность использует простейшие углеводороды в качестве сырья для реакций, которые изменяют формулу соединений. В результате получаются пластмассы, резины, ткани, удобрения, красители, полиэтилен и полипропилен, а также множество средств бытовой химии.

На втором месте по производству после бензина находятся пластмассы. Массовый выпуск мелочей из пластмассы (гребней, коробок, пуговиц, игрушек) начался уже в конце XIX века.

Не пропадают и отходы нефтепереработки. Из них производят кокс, который используется в производстве электродов и в металлургии. А сера, которую получают из нефти при её переработке, особенно высокосернистой, используется в производстве серной кислоты.

Для примера можно привести пропиленгликоль, который используется как сырьё для получения термореактивных пластмасс и полиуретанов. Это универсальный растворитель и увлажнитель. Он применяется в смесях для электронных сигарет; антифризах для систем отопления; антиобледенительных жидкостях для самолетов и автомобилей; входит в состав лекарственных препаратов для животных; в животноводстве помогает дольше сохранять свежесть кормов; входит в состав средств в лакокрасочной промышленности, бытовой химии, а также всей косметики.

Из пластика делают бытовую технику и крупные детали автомобилей, мебель, посуду. Этиленвинилацетат применяют при производстве оболочки кабелей, обувной подошвы и игрушек, а из стирола производят канцелярские принадлежности, сантехнику и даже холодильники. Полиэтилен является самым популярным сегодня упаковочным материалом. Из него также делают пластиковые бутылки. Из продуктов нефтехимии также производят каучук и различные резиновые товары. Помимо разнообразных современных материалов, из нефти производят эффективные моющие средства и другую бытовую химию.

Особое место в быту занимают синтетические ткани. Из таких материалов производят множество товаров, от швейных ниток до рыболовных сетей и конвейерных лент. Первым синтетическим волокном стал нейлон, полученный в 1939 г.

Среди самых известных синтетических тканей: нейлон (полиамид); мягкий, похожий на шерсть акрил; лайкра, которую добавляют и в натуральные, и в синтетические ткани для придания им эластичности; прочный, не мнущийся, но и не пропускающий воздух полиэстер.

В условиях роста цен на продовольственные товары в разных странах все большую актуальность приобретает производство пищевых продуктов с использованием микробиологического синтеза белка из нефтепродуктов и отходов нефтеперерабатывающего производства. Переработка всего 2 % от объёма ежегодно добываемой нефти позволяет произвести до 25 миллионов тонн белка, чего достаточно для питания 2 миллиардов человек в течение года. Он используется в производстве самых разных продуктов, заменяя белок животного происхождения.

Самое известное лекарство из нефти – это аспирин. В 1874 г. учёные открыли принцип выработки салициловой кислоты из фенола, и с тех пор ацетилсалициловая кислота стала одним из самых популярных в мире лекарственных средств. Кроме того, из салициловой кислоты производят антисептик фенилсалицилат, применяемый для лечения колитов и других желудочно-кишечных заболеваний, и парааминосалициловую кислоту, используемую в составе противотуберкулезных препаратов.

В 1930-е годы из анилина, который производят из нитробензола, были получены первые антимикробные препараты – сульфаниламиды: сульфидин, стрептоцид, сульфадимезин. Они произвели настоящую революцию в лечении заболеваний, вызванных микроорганизмами.

Из продуктов нефтехимии производят косметические карандаши, тени для век, лаки для ногтей

Различные производные нефти используют в препаратах, помогающих людям избавиться от аллергии, головной боли, нервного стресса или инфекционных заболеваний. Эфиры и спирты часто применяются для производства антибиотиков. В настоящее время ведутся испытания пластмассового протеза лёгких.

Из продуктов нефтехимии производят косметические карандаши, тени для век, различные красители, лаки для ногтей, всевозможные украшения, бижутерию. Наконец, большая часть ароматов для парфюма, без которого современная женщина практически не мыслит себя, синтезируются из продуктов нефтехимии.

При переработке 1 барреля нефти (159 л) объём нефти увеличивается на 9 л (до 168 л). Из этого количества сырья производят:

✓ бензина – 102 л;

✓ дизельного топлива – 30 л;

✓ авиационного бензина – 25 л;

✓ газа после перегонки – 11 л;

✓ кокса – 10 л;

✓ мазута – 5,6 л;

✓ сжиженного газа – 4,5 л;

✓ древесного угля – 1,5 кг;

✓ газа пропан – 12 баллонов;

✓ моторного масла – 1 л.