Дело в том, что при первичной перегонке нефть подвергается только физическим изменениям. От нее отгоняются легко кипящие фракции — бензин, керосин, после чего остаются густые смазочные масла и, наконец, твердый остаток — вар. Химическая же природа углеводородов нефти при этом не изменяется.
Для увеличения выхода из нефти легких составляющих (бензина, керосина), а также для получения продуктов большей химической ценности (ароматических углеводородов) разработаны методы глубокой переработки, при которой происходит изменение строения самих молекул углеводородов. Такими методами являются крекинг и пиролиз нефти.
При крекинге длинные цепочки молекул тяжелых фракций нефти под влиянием высокой температуры и давления разрываются на короткие — из нескольких звеньев. Благодаря этому увеличивается количество низкокипящих продуктов, состоящих из малого числа звеньев, — бензина и керосина.
Сущность процесса, получившего название «пиролиз», заключается в том, что длинные цепочки молекул углеводородов нефти не только разрываются на мелкие звенья, как при крекинге, но из их осколков образуются новые соединения с кольцевым строением — ароматические углеводороды. Эти углеводороды, как мы уже знаем, химически активны и служат сырьем для многих химических производств.
Применение в этих процессах катализаторов — веществ, ускоряющих реакцию, — дало возможность проводить их при более низких температурах и увеличить выход ценных продуктов. Процессы каталитического крекинга и пиролиза являются усовершенствованием методов глубокой переработки нефти, они возникли значительно позже, и основная заслуга в их развитии принадлежала Н. Д. Зелинскому и его школе.
Многие процессы переработки нефти с целью получения из нее ценных продуктов — изобретения русских специалистов. Но, как это часто бывало с открытиями русских ученых, процессы эти использовались раньше за границей, а затем уже, получив там названия, а часто и нового «автора», возвращались в Россию.
Так, например, братья Дубинины на кустарном «фотогенном» заводике в Моздоке в 1823 году получили впервые керосин (названный тогда фотогеном). В Германии же считали, что первым выделил керосин в 1830 году немецкий ученый Рейхенбах. В Америке керосин впервые был получен Силиманом в 1833 году.
Вот еще пример. Д. И. Менделеев предложил в 1870 году конструкцию непрерывно действующего аппарата для перегонки нефти. Фирма «Нобель» использовала это изобретение, не обмолвившись об имени автора.
Инженер В. Г. Шухов в 1891 году разработал метод перегонки нефти, значительно увеличивший выход из нее бензина и керосина. Изобретение это было перехвачено в Соединенных Штатах, где нашло широкое применение, и через несколько лет вернулось в Россию под названием крекинг-процесса.
Интересно, что через много лет в Америке две конкурирующие фирмы Кросса и Даббса вели судебный процесс об авторстве на это изобретение. На суде адвокат фирмы Даббса, увидев, что его патроны проигрывают дело, заявил, что изобретателем метода является русский инженер Шухов. Действительно, когда американцы обратились к Шухову, он предъявил документы, что запатентовал метод за 30 лет до их тяжбы.
Инженер А. А. Летний, работавший над вопросами глубокой переработки нефти, впервые провел процесс крекинга нефтяных остатков еще в 1877 году. Он же предложил первым и процесс, получивший за границей название «пиролиз».
Исследование процесса пиролиза (пирогенетической переработки) проводилось также в 1881 году Юлией Владиславной Лермонтовой в лаборатории Марковникова. Лермонтова была первая женщина-химик, успешно проводившая научную работу в Московском университете. Знаменитый математик Софья Ковалевская писала о ней своей двоюродной сестре Аделунг:
«В настоящее время моя подруга Юлия Лермонтова занята серьезной работой по химии. Она ее уже почти закончила, и результаты ее должны найти себе весьма важное техническое применение».
Дальнейшим развитием метода пирогенетической переработки нефти было предложение инженера Никифорова, сконструировавшего специальный аппарат. Детальное изучение происходившего в этом аппарате процесса было проведено Зелинским и Никифоровым в лаборатории Московского университета.
В один из осенних дней в кабинете Зелинского сидел, сутулясь, невысокий, немолодой уже человек, несколько небрежно одетый. На столе было расставлено множество всевозможных банок и склянок. Склянки эти резко отличались друг от друга. Справа, ближе к профессору, расположены были аккуратные, стандартного размера банки, на этикетках которых стояли химические формулы, — это явно были образцы из коллекций Николая Дмитриевича. Налево громоздились какие-то совершенно невероятной формы флаконы не то от духов, не то из-под горчицы и хрена. На них вкривь и вкось небрежным почерком были начертаны какие-то иероглифы.
Оба собеседника, увлеченные разговором, не сразу обратили внимание на вошедшего лаборанта Каширина.
— Вот, Николай Дмитриевич, я нашел, наконец, ту работу Летнего, о которой вы говорили, — сказал Каширин.
— Исследование продуктов нефтяного газа? — обрадовался Зелинский. — Да вы просто кудесник! Как это вы догадались, что нам именно сейчас она нужна? Вот знакомьтесь: это инженер Никифоров. Он как раз работает над теми же вопросами, которыми мы интересуемся.
Инженер Никифоров привстал, угрюмо кивнул и сунул Каширину перепачканную чем-то черным и липким руку.
— Вот видите, — обращаясь к Никифорову, сказал Николай Дмитриевич, — это работа Летнего еще 1877 года. Я сразу заинтересовался ею и решил повторить его опыты. А вот господин Никифоров, — повернулся Николай Дмитриевич снова к Каширину, — работал на заводе Рагозина, помните, который выставлял на Нижегородской выставке 1885 года продукты из нефти своего производства. Инженер Никифоров давно уже работает над усовершенствованием метода ароматизации нефти. Он сконструировал реторту, в которой, считает, за счет повышенного давления удастся получить значительно большие выходы ароматики.
Николай Дмитриевич взял в руки чертеж, лежавший на столе, и какой-то документ с многочисленными печатями.
— Вот даже и патент на нее получен, а добиться, чтоб ее построили, никак не может.
Никифоров мрачно усмехнулся:
— Не верят, понимаете, толстосумы, что из этого можно деньги делать. Ну, а кроме денег, чем их заинтересуешь? И ведь дело-то верное! Моя реторта даст возможность поднять давление, а это увеличит выход: я проверял, когда работал у Рагозина, да вот и образцы вы видели, — добавил он, указывая на громоздившиеся склянки.
— Все это очень, очень интересно. Если вы хотите, мы попробуем вместе с вами воспроизвести принцип вашей реторты в модели и проанализируем все полученные продукты. А там посмотрим: может быть, и на ваших недругов-толстосумов удастся воздействовать.
Каширин думал было уйти, но Николай Дмитриевич задержал его, сказав:
— Вот, друг мой, беритесь-ка за эту работу, проведите испытания.
Через несколько дней в подвале, где велись исследовательские работы, на столе появился новый аппарат. Каширин и Никифоров долго возились, собирая его, прилаживая разные части, подгоняя детали.
Все полученные от переработки продукты были тщательно учтены, исследованы и охарактеризованы. Инженер Никифоров впервые попал в атмосферу настоящей научной работы. Это совсем не было похоже на те школярские упражнения, что проделывал он при обучении в инженерном училище, и так же мало похоже на кустарные опыты, которые удалось ему организовать самому на заводе. Здесь все было продумано, проанализировано, из всего сделаны глубоко обоснованные, точные выводы. Он как-то невольно подтянулся, стал более четким, собранным, даже и внешне более аккуратным.
Николай Дмитриевич приходил, как всегда, в те моменты, когда производились самые трудные и интересные разделы работы. Он сам принял участие в испытаниях. Результаты соответствовали ожиданиям: из нефти, которая при первоначальном анализе показала содержание лишь незначительного количества ароматических углеводородов, удалось выделить до 65 процентов бензола и до 29 процентов толуола — наиболее ценных продуктов ароматики.