Идейный вождь российской нефтянки

В марте нынешнего года исполнилось 150 лет открытию периодического закона химических элементов. Есть популярное в научно-исторических кругах мнение, что это великое открытие наивысшего фундаментального уровня, сделанное Дмитрием Менделеевым, является самым значительным вкладом российской научной мысли в мировую науку. 

Из этого тезиса логично следует, что Дмитрий Иванович — самый крутой российский ученый. А если к этому добавить интеллектуальные штудии и практические предложения Менделеева в отношении нефти, на которой зиждится экономика нашей страны, то приоритет гениального химика в пантеоне российской науки становится абсолютным.

«Остров сокровищ»

6 марта 1869 года на заседании Русского химического общества 35-летний профессор общей химии Императорского Санкт-Петербургского университета Дмитрий Менделеев сообщил об открытии им периодического закона химических элементов. Вскоре молодой ученый опубликовал соответствующую статью и издал учебник «Основы химии», в котором привел периодическую таблицу. 

В следующем году Менделеев развил свою научную идею в статье с характерным названием «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов», а еще через год в статье «Периодическая законность химических элементов»,  опубликованной в немецком научном журнале Annalen der Chemie und Pharmacie, дал чеканную формулировку открытого им закона: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса». Тогда же Менделеев придал своей периодической таблице вид, ставший классическим (так называемый короткопериодный вариант). 

Менделеев не только составил периодическую таблицу химических элементов, но и решился назвать установленную им закономерность общим законом природы. Закон Менделеева получил всеобщее признание в течение следующих 15 лет — после того, как были открыты предсказанные Дмитрием Ивановичем элементы «экаалюминий», «экабор» и «экасилиций» — соответственно, галлий (Поль Лекок де Буабодран, 1875), скандий (Ларс Нильсон, 1879) и германий (Клеменс Винклер, 1886). С тех пор периодический закон окончательно признан в качестве базовой теоретической основы химии. 

Периодический закон стал «картой Острова сокровищ», прямо указывая, какие элементы и с какими характеристиками стоит искать. Начался взрывной рост химии: понимание свойств элементов позволило ученым синтезировать огромное количество новых неорганических соединений. 

В начале XX века с открытием радиоактивности, электрона, протона и нейтрона периодический закон получил новые подтверждения и обрел дополнительный физический смысл — оказалось, что порядковый номер элемента тождествен заряду ядра, и что элементы разной массы, но с одинаковым зарядом ядра, химически эквивалентны. Ученые поняли и природу химических связей, что привело к появлению новых направлений в химии: каталитическая, квантовая, элементоорганическая, вычислительная, и т.п.

Поэтому совершенно не удивительно, что первооткрыватель трансурановых элементов Гленн Теодор Сиборг в 1955 году назвал новый открытый им элемент №101 менделевием.

Красивая легенда

Вопреки популярному мифу о том, что именно Дмитрий Иванович изобрел водку, определив для нее идеальную крепость в 40 градусов, в действительности дело обстояло совсем не так. 

Западнославянское слово wodka применительно к крепкому алкогольному напитку появилось в 15 веке (в русских летописях — в 16-м), а сорокаградусный стандарт в России был введен в 1843 году, когда Менделееву было 9 лет. Тогда российское правительство, нещадно борясь со злостными нарушениями в виде снижения крепости и разбавления популярного (и бюджетообразующего) напитка, установило целый ряд водочных стандартов, включая минимальный порог забористости — 40 градусов с допустимой погрешностью до 2 градусов.

Теперь — о докторской диссертации на тему «Рассуждение о соединении спирта с водою», которую Менделеев блестяще защитил в 1865 году. Увы, про водку в этом объемистом труде нет ни слова, ни цифры, ни формулы — работа посвящена свойствам смесей спирта и воды в области высоких концентраций спирта — от 70 градусов. 

В диссертации Дмитрий Иванович установил оптимальную концентрацию спирта для предельного уменьшения объема смешиваемых жидкостей — около 46% по весу (дело в том, что молекула гидрата спирта занимает меньший объем, чем взятые суммарно, но не смешанные молекулы спирта и воды). Это чистая наука — к проблеме крепости алкогольных напитков исследование Менделеева отношения не имеет.

Тем не менее, некоторые основания для красивой легенды все-таки есть, поскольку Менделеев входил в состав учрежденного Минфином России в 1863 году Комитета для пересмотра «Положения о питейном сборе». В частности, подготовленные Дмитрием Ивановичем материалы были использованы при корректировке спиртометрических таблиц, применявшихся для пересчета содержания алкоголя в спиртных напитках (в качестве точки отсчета использовался 38-градусный полугар). 

Результат вынужденного простоя

Что касается нефтянки, то здесь все правильно: Менделеев занимался ей более 40 лет, и по праву считается главным теоретиком российской (да и мировой) нефтяной промышленности на этапе ее создания и бурного роста.  

Впервые Дмитрий Иванович заинтересовался нефтянкой в 1862 году, когда Петербургский университет временно закрылся в связи со студенческими волнениями. Приват-доцент по кафедре химии, освобожденный от преподавательской текучки, чтобы не терять времени зря, занялся составлением «Технической энциклопедии» и в процессе этой работы всерьез заинтересовался нефтяным делом.

Василий Кокорев

В августе 1863 года по приглашению Василия Кокорева, главы «Закаспийского торгового товарищества», владельца НПЗ в Сураханах (30 км от Баку), Менделеев посетил завод и прилегающие нефтепромыслы. Несмотря на то, что совсем новый НПЗ производил фотоген (керосин) по самой прогрессивной технологической схеме, разработанной великим немецким химиком Юстусом фон Либихом, предприятие было «планово убыточным». 

Изучив обстановку на месте, Дмитрий Иванович, предложил антикризисный план — внедрить непрерывную (круглосуточную) нефтеперегонку, разливать продукт в эмалированную бочкотару (для чего освоить ее производство) и проложить два трубопровода: от нефтесборного пункта до НПЗ, а от заводских резервуаров — до пристани на берегу Каспия.

Русский способ

Главным ноу-хау Менделеева, совершившим подлинную революцию в нефтянке, была идея организации танкерных перевозок нефти. В то время с Апшерона во внутренние губернии России керосин доставляли водным путем по Каспию и Волге — на баржах, в деревянных двадцатипятипудовых бочках. С учетом огромных затрат на складское хранение, бочкотару и многократную перегрузку продукта транспортные и накладные расходы в несколько раз превышали заводскую себестоимость керосина. Кроме того, сложная многоступенчатая логистика существенно увеличивала потери продукта. Появление более удобных, прочных и герметичных десятипудовых железных бочек принципиально на положение дел не повлияло. 

Менделеев предложил перевозить нефтепродукты не в бочках, а в железнодорожных цистернах и емкостях (танках), смонтированных в трюмах специальных нефтеналивных судов — пароходов и барж. Кокорев, внедривший практически все новации Дмитрия Ивановича и выведший НПЗ на устойчивую прибыльность, с танкерной тематикой не справился — заказанные им деревянные нефтеналивные баржи сгорели прямо на стапелях.

Пальма первенства досталась другим людям — в 1873 году астраханские судовладельцы братья Николай и Дмитрий Артемьевы на двухмачтовой парусной (так называемой «кусовой») лодке «Александр» осуществили первую в мире нефтеналивную перевозку. Эксперимент оказался очень удачным, и вскоре нефтеналивные суда перестали быть экзотикой. Несколько позже трюмные танки уступили место более простому и дешевому методу прямого налива нефти или керосина в трюм, для чего, правда, потребовалось серьезное усовершенствование конструкции судов с целью обеспечения непроницаемости переборок и корпусов.

Главными моторами и энтузиастами танкерных перевозок стали крупнейшие российские нефтяные магнаты — Людвиг и Роберт Нобели, владельцы «Товарищества Братьев Нобель», ведущего мирового производителя и поставщика керосина. В 1878 году Нобели выпустили на грузовой маршрут Баку-Царицын (ныне — Волгоград) построенный в Швеции пароход «Зороастр» — первое в России и мире нефтеналивное стальное самоходное судно. Через два года по заказу Нобелей были построены первые стальные нефтеналивные баржи «Елена» и «Елизавета».

Прогрессивная нефтетранспортная схема получила широкое распространение в мире, причем иностранцы называли танкерные перевозки нефти «русским способом» (вполне могли бы назвать и «менделеевским», и «нобелевским»). 

Благодаря быстрому росту морского и речного танкерного флота российский керосин стал конкурентоспособным на внешних рынках. Видя такое дело, Менделеев предложил наиболее выгодный нефтеэкспортный маршрут — 900-километровый магистральный трубопровод Баку-Батуми. Ученый писал: «С нефтепроводом спрос сырой нефти возрастет, и цены на нее урегулируются, потому что явятся новые места сбыта, а потому явятся и новые буровые в самом Баку и других местах Кавказа, чего и должно желать». 

К сожалению, реализация этого стратегического проекта сильно затянулась, и до пуска трубы в эксплуатацию (июнь 1907 года) Менделеев, к сожалению, не дожил.

Долой архаику

Еще одним важнейшим вкладом Менделеева в развитие отрасли была его активная критика существовавшей в то время в России архаичной системы откупного содержания. Согласно тогдашнему порядку, нефтяные участки отдавались на откуп всего на 4 года, что порождало у нефтедобытчиков психологию временщиков со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями — примитивным техпроцессом, варварским отношением к природе, отказом от технических усовершенствований и использования нового оборудования, и т.п. 

В 1866 году Менделеев впервые остро и публично раскритиковал систему откупов. Борьба с бюрократизированной госмашиной длилась долгих 6 лет. В начале 1872 года лед тронулся — позицию Менделеева, который благодаря открытию периодического закона стал к тому времени научной звездой мирового масштаба, полностью поддержало авторитетное Русское техническое общество, а затем и кабинет министров. На территории Бакинской, Тифлисской, Кутаисской и Елизаветпольской губерний, а также Дагестанской и Батумской областей откупная система была упразднена. 

Новые правила предполагали передачу нефтеносных участков в частные руки с публичных торгов за единовременную плату. Был разрешен беспрепятственный поиск нефти на всех свободных казенных землях Кавказа лицам всех состояний — как русским подданным, так и иностранцам. На полученном землеотводе нефтепромышленник обязан был начать разработку нефти в течение первых двух лет после получения земельного акта. Арендная плата составляла 10 рублей за одну десятину (чуть больше гектара) в год, а предельный срок аренды — 24 года.

Керосинщики должны были платить акцизный налог: мелкие кустари — по 4 копейки с ведра, крупные производители — по 10 рублей в день с каждого большого перегонного куба.

Первые торги состоялись в декабре того же 1872 года. Все основные нефтеносные участки Апшеронского полуострова были разделены на 48 участков площадью 10 десятин каждый. Главным бенефициаром торгов стало уже знакомое нам «Закаспийское торговое товарищество» Василия Кокорева и его компаньона Петра Губонина, получившее 6 участков в Балаханах (поселок недалеко от Баку), где насчитывалось 48 нефтяных колодцев. 

Финансовые результаты торгов превзошли все самые смелые ожидания Министерства финансов, принеся сразу огромную сумму — 3 млн рублей чистого кэша. Не в накладе остались и участники торгов — так, фирма Кокорева и Губонина вскоре стала крупнейшей нефтяной компанией России (и, соответственно, одной из крупнейшей в мире — примерно на уровне Shell). Впоследствии «БраНобель» вернул себе лидерство — в основном, за счет разветвленной сбытовой сети и развитой логистики.

В целом реформа отрасли привела к тому, что российская нефтянка начала бурно расти.

Визионеры и инженеры

В 1876 году Менделеев посетил Всемирную выставку в Филадельфии, а затем совершил длительную поездку по США, где детально ознакомился с работой весьма развитого на тот момент американского нефтяного хозяйства. Научным итогом поездки стала монография «Нефтяная промышленность в североамериканском штате Пенсильвания и на Кавказе», в которой Менделеев, в частности, написал: «Мне рисуется в будущем нефтяной двигатель, размерами и ценою немного превышающий керосиновую лампу… Под поршнем этого двигателя будет взрываться смесь воздуха и летучих частей нефти». Это было визионерство чистой воды — через два года Карл Бенц запатентовал в Мангейме бензиновый двигатель внутреннего сгорания, предназначенный для массового спроса. 

В начале 80-х годов нефтянка становится главным делом Менделеева — он много времени проводит на различных промыслах и НПЗ, где исследует происхождение, состав и свойства нефтей, разрабатывает эффективные методы химической, термической и механической обработки перегонки сырой нефти и отдельных фракций (включая метод селективных растворителей), продумывает конструкцию высокопроизводительной нефтеперегонной установки непрерывного действия.

Параллельно Дмитрий Иванович занимается смежными вопросами — в частности, обеспечением пожаробезопасности нефтепромыслов и НПЗ, а также регуляторными проблемами, включая налогообложение, налоговые льготы и господдержку строительства новых НПЗ (в первую очередь, на средней и верхней Волге).

Особое внимание гениальный химик уделял вопросам термической перегонки нефти — «действии жара на тяжелые масла нефти». Так, в июле 1881 года, намечая пути своих дальнейших исследований нефтепереработки, Менделеев написал: «Надо провести нефть через раскаленные трубы с температурой 300–400 градусов».

Владимир Шухов

Можно уверенно констатировать, что Дмитрий Иванович разработал теоретические основы термического крекинга. Через 10 лет идею Менделеева успешно воплотил в конкретные технические решения другой великий русский ученый — Владимир Шухов, запатентовавший в ноябре 1891 года трубчатую установку термического крекинга нефти. Установка непрерывного действия состояла из печи с трубчатыми змеевиковыми нагревателями, испарителя и ректификационных колонн. 

Увы, «в железе» шуховский патент был реализован только через 40 лет (!) — на бакинском НПЗ «Советский крекинг», где впервые в СССР был использован крекинг-процесс для промышленного производства автомобильного бензина.

Очевидно, что об огромном вкладе Шухова в развитие нефтянки нужно писать особо.

О всем, что горит

Людвиг Нобель

Вернемся в 1881 год, когда глубоко погрузившийся в проблемы нефтепереработки Менделеев вступил в публичную полемику Людвигом Нобелем. На нобелевских НПЗ бензин и тяжелые остатки нефтепереработки (мазут) считались отходами и сжигались в качестве котельного и печного топлива. Эти остатки Менделеев предложил превращать в смазочные масла. Именно тогда Менделеев произнес свою крылатую фразу: «Топить можно и ассигнациями».

Нобель, будучи энтузиастом и новатором, охотно идущим на смелые эксперименты, на этот раз очередную яркую идею Менделеева почему-то проигнорировал. Зато сказал свое веское слово другой известный нефтепромышленник — Виктор Рагозин, создавший на Константиновском НПЗ в Тутаевском уезде Ярославской губернии крупнотоннажное производство олеонафта (смазочного масла) различного назначения — веретенного, машинного, вагонного зимнего и летнего. При этом Рагозин сумел правильно организовать торговлю высоколиквидным продуктом и в России, и за границей. Смазочные масла «Товарищества В.И. Рагозин и К°» неоднократно завоевывали золотые медали на самых престижных международных выставках в Париже, Антверпене, Ливерпуле, Брюсселе, Риме и Ницце. Добившись успехов с маслами, Рагозин, поощряемый Менделеевым, приступил к организации глубокой переработки нефти (по сути, к нефтехимии), освоив промышленное производство бензола, толуола, ксилола и антрацена.

Кстати, сегодня рагозинский завод, отметивший в нынешнем году свое 140-летие, является старейшим действующим НПЗ в России. Принадлежит он «Москредитбанку», перерабатывает около 400 тыс. тонн нефти в год и носит имя Менделеева. 

В 1886 году Дмитрий Иванович по поручению министра государственных имуществ России совершил две поездки в Баку, после которых составил подробный отчет «Бакинское нефтяное дело», содержавший большое количество рацпредложений по повышению эффективности нефтяного хозяйства. Спустя 5 лет Менделеев снова вернулся к своей любимой теме нефтепереработки, написав большую статью «Где строить нефтяные заводы?», в которой дал научное обоснование необходимости строительства новых крупных НПЗ. Дмитрий Иванович был, безусловно, прав — наступал «век моторов».  

Нефтяной тематикой Менделеев занимался постоянно, вплоть до самой своей смерти в январе 1907 года. 

Отметим, что исключительно на нефти Менделеев не зацикливался, активно изучая проблемы использования и других видов топлива — торфа, бурого и каменного угля, природного и попутного газа. Короче говоря, «творил о всем, что горит».

Григорий Волчек