То, что после 1902 года, несмотря на ожидавшееся дальнейшее развитие кавказской нефтяной промышленности, заказы фирме Бари на строительство наливных барж начали сильно сокращаться, объясняется тем, что монополией в этой, как и во многих других областях нефтяного дела, завладела компания братьев Нобель, располагавшая прекрасно оснащенными судостроительными мастерскими. Бороться с таким конкурентом «Строительной конторе А.В. Бари» было невероятно трудно. И только высочайшее качество шуховских конструкций, быстрота сборки судов и их низкая стоимость позволяли ей получать хотя бы часть заказов.
В наше время транспортировка нефтепродуктов также происходит по Волге, но все же большую часть перевозок принимает на себя железная дорога. Сейчас это стало дешевле и практичнее.
4. НЕФТЯНЫЕ НАСОСЫ
Первый в России шнуровой насос был запроектирован В.Г. Шуховым в 1886г. и установлен в одном из имений Подольской губернии. Он подавал воду на высоту более 36 метров. После этого удачного опыта Владимир Григорьевич предложил использовать шнуровые насосы для подъема нефти из буровых скважин. Мысль эта, однако, не встретила понимания со стороны Бакинских нефтепромышленников. Сыграла тут роль не только косность их мышления, но и прямая незаинтересованность в увеличении добычи нефти, которую из-за отсутствия нефтепровода и так некуда было девать, цена же на нее падала.
Наблюдение за фонтанами, где нефть выбрасывается на поверхность силою сжатых подземных газов, привело В.Г. Шухова к мысли о возможности добычи нефти из скважин с помощью сжатого воздуха. В результате им был создан насос типа «эрлифт». 21 апреля 1886 года Владимир Григорьевич подал прошение в департамент торговли и мануфактур Министерства финансов о выдаче привилегии на его изобретение. Управляющий департаментом, эксперт комитета по техническим делам, засвидетельствовал, что «хотя применение сжатого воздуха к выкачиванию жидкостей уже давно известно, но ввиду особой компактности всего насоса, достигнутой известным распределением частей его, это изобретение можно считать новым и в России неизвестным.
Эрлифт имел ряд недостатков. Он мог подавать жидкость лишь по вертикальной или сильно наклонной трубе, из-за невозможности создать в конце напорной трубы значительное постоянное давление не годился для питания паровых котлов. Но главное, насос имел довольно низкий коэффициент полезного действия и целесообразно мог использоваться лишь там, где имелась дешевая энергия. Поэтому В.Г. Шухов одновременно занимался усовершенствованием тех типов насосов, высокая производительность которых заставляла отдавать им предпочтение в большинстве случаев практики. Непосредственный предшественник его нового изобретения - инерционный поршневый насос с одним клапаном - был создан французскими инженерами Прюдоном и Дюбостом и приобрел известность с 1889 года, со времени демонстрации на Всемирной выставке в Париже. Конструкция эта, однако, имела существенный дефект, исключающий ее применение для откачки жидкостей с больших глубин. При каждом обороте помещенного вверху насоса шатунного механизма штанга поршня оказывалась на некоторое время сжатой. Как писал в одной из своих рукописей Владимир Григорьевич, это обстоятельство при большой длине штанги «вызывает в ней изгибы, разрушительно действующие на всю систему насоса и уменьшающие коэффициент его полезного действия». Для обеспечения надлежащей жёсткости штанги нужно было или сильно увеличивать ее поперечное сечение, или ставить дополнительные диафрагмы. Но в обоих случаях размеры насоса становились конструктивно неприемлемыми, вес его непомерно возрастал, а эффективность столь же резко уменьшалась. Шухов посмотрел на проблему с неожиданного ракурса и предложил вообще отказаться от жесткой конструкции штанги, заменив ее гибкой, состоящей «из ремней или из ряда канатов» и снабженной пружиной, которая при движении поршня вверх сжимается диафрагмой, укрепленной на конце гибкого стержня штанги. Когда сжимающее усилие в пружине достигает максимума, она начинает распрямляться и оттягивает штангу поршня вниз.
Труд Владимира Григорьевича по теории прямодействующих насосов был специально отмечен их главным производителе Вортингтоном. Ведь «успех распространения» этих насосов, по свидетельству П.К. Худякова, «был прочно обеспечен только после того, как В.Г. Шухов разработал опубликовал свою теорию». «Честь теоретического разъяснения вопроса о расчете компаунд-насосов и о расчете насосов для перекачки нефтяных остатков с подогреванием их принадлежит у нас инженер-механику В.Г. Шухову. Его работы в этой области, освещенные и проверенные целы рядом опытов на протяжении его двадцатилетней практической деятельности, являются в высшей степени ценным вкладом русскую техническую литературу, идущую этом вопросе далеко впереди иностранной», - утверждал Петр Кондратьевич 1896 году на страницах изданного Министерством финансов сборника «Производительные силы России».
Не менее высоко отозвался о труде Шухова и Н.Е. Жуковский: «Идея об отыскании наивыгоднейших конструкций лежит основе почти всех теоретических работ Владимира Григорьевича.
Он проводит ее в стройной и простой математической форме, иллюстрируя свою мысль таблицами и графиками… Особенную же изящность в применении ее мы встречаем в общеизвестной работе Владимира Григорьевича по паровым насосам, где изыскивается наивыгоднейшая конструкция насоса…».
шухов нефтяной изобретение
5. ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ
К счастью, сейчас ни у кого не возникает сомнений, что сырая нефть куда дешевле, чем продукты ее переработки и куда продуктивнее будет ее именно перерабатывать и сбывать бензин, керосин и т.п., а не сырую нефть.
Но, разумеется, так было не всегда. Когда-то не существовало бензиновых двигателей, да и керосин только-только входил в свою «осветительную» моду.
В 80-х годах XIX века перегонка нефти была несовершенной: выход керосина получался очень небольшой, остальное шло в отходы, загрязняя окружающую среду. В. Г. Шухов изобрел и создал со своими помощниками несколько аппаратов для перегонки нефти. Величайшим изобретением гения инженерного искусства стала первая в мире промышленная установка для непрерывного получения бензина (патент Российской империи № 12926 от 27 ноября 1891 года на способ «перегонки под давлением и при высокой температуре нефти и нефтяных продуктов»). Это и был в точном значении слова крекинг-процесс (от английского cracking - ломание). Ключевые слова в тексте патента - «под высоким давлением». В России она не была востребована ввиду отсутствия автомобилей. Термический крекинг-процесс Шухова, проходивший в разработанной установке при температурах до 400 градусов Цельсия и давлении до 10 атмосфер, позволил увеличить выход бензина из сырой нефти в 8-10 раз (в зависимости от сорта нефти).
Через тридцать лет этот фактор стал решающим в борьбе нефтяных компаний США в начале автомобильной эры. Поэтому в 1923 году в Москву прибыла делегация компании «Синклер Ойл», чтобы использовать информацию о шуховском крекинг-процессе для конкуренции с рокфеллеровским концерном «Стандарт Ойл», владевшим патентами на крекинг в США. Владимир Григорьевич, сравнив свой патент 1891 года с американскими патентами 1912-1916 годов, доказал, что все американские крекинг-установки повторяют в своей основе его патент и не являются оригинальными. Международный патентный суд в Гааге в 1923 году признал В. Г. Шухова и его помощника С. П. Гаврилова единственными изобретателями термического крекинг-процесса. В связи с этим в Америке началась длинная цепь судебных процессов. В конце концов она закончилась заключением мирового соглашения между американскими фирмами, чтобы избежать необходимости покупать патент у молодого Советского государства.
В возрасте 79 лет Шухов стал свидетелем осуществления разработанного им еще в молодости проекта полной переработки нефти. В его присутствии в Баку в 1932 году был пущен в эксплуатацию завод Советский крекинг. В первые недели ее работы Шухов сам следил за ходом производства, на котором впервые в России была использована шуховская крекинг-установка для промышленного получения бензина.
Особенности конструкции аппарата вытекали из трех главных данных:
. Количество передаваемого тепла одним квадратным футом поверхности нагрева возрастает со скоростью движения жидкости при данной разности температур.
. Осадки кокса (углерод разложения) при большой скорости легче отделяются от стенок поверхности нагревания.
. Поверхность нагрева, равно как и весь аппарат, должна выдерживать большое давление.
В ходе крекинга нефть разлагается на ряд фракций - бензин, керосин, дизельное топливо, мазут и т.п.
В первую очередь установки Шухова по перегонке нефти были предназначены для получения дополнительных запасов керосина, который тогда был основным продуктом, получаемым из сырой нефти. В Баку из одной тонны нефти получали около 330 литров керосина, а остальные две трети составляли т.н. нефтяные мазуты, которые практически не использовались и сливались в отходы. Установки Шухова позволяли извлекать из мазутов более лёгкий керосин и бензин. Однако по тогдашним экономическим и техническим условиям нужды в больших количествах бензина не было, а значит, не было нужды и в крекинг-процессе (напомним, что бензин являлся тогда вредным побочным продуктом при перегонке нефти на керосин и практически не использовался). Крекинг-процесс, появившийся благодаря созданию установок по перегонке нефти, по сути, опередил своё время. Об идее крекинга и возможности создания промышленных установок по способу В.Г. Шухова забыли на долгие годы. А между тем одновременно с изобретением Шухова был построен и первый автомобиль с бензиновым двигателем, то есть появился и главный потребитель бензина. Но только четверть века спустя миллионы автомобилей потребовали бензина, и он сделался основным продуктом нефтяной переработки.
Проблема эффективной переработки нефти существует в России и сейчас. Мы добываем огромное количество нефти (около 500 млн. тонн в год), но даже в условиях резкого падения цен на неё, у нас бензин продаётся в полтора раза дороже, чем в США. В Венесуэле бензин на наши деньги стоит 90 копеек за литр. В Саудовской Аравии, время от времени бодающейся с Россией за первое место по мировой добыче «чёрного золота», население заправляется бензином по цене одного 7рублец за литр. Такая разница в ценах вызвана тем, что российские нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ), которых в стране всего 28, ничего не вкладывают в своё переоборудование. Из-за этого российский бензин получается дорогой и некачественный. Наша нефтепереработка вдвое отстаёт от европейского уровня и втрое - от уровня США. Американские переработчики получают из одной тонны нефти 500 кг высококачественного бензина. На российских же заводах из той же тонны выходит только 130 кг бензина сомнительного качества.
Аппаратура крекинг - заводов в основном та же, что и для перегонки нефти. Это - печи, колонны. Но режим переработки другой. Сырье тоже другое. Процесс расщепления ведется при более высоких температурах (до 6000 С), часто при повышенном давлении. При таких температурах крупные молекулы углеводородов раздробляются на более мелкие.
При крекинге нефть подвергается химическим изменениям. Меняется строение углеводородов. В аппаратах крекинг - заводов происходят сложные химические реакции. Эти реакции усиливаются, когда в аппаратуру вводят катализаторы.
Одним из таких катализаторов является специально обработанная глина. Эта глина в мелком раздробленном состоянии - в виде пыли - вводится в аппаратуру завода. Углеводороды, находящиеся в парообразном состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляются на их поверхности. Такой крекинг называется крекингом с пылевидным катализатором. Этот вид крекинга широко распространен. Катализатор потом отделяется от углеводородов. Углеводороды идут своим путем на ректификацию и в холодильники, а катализатор - в свои резервуары, где его свойства восстанавливаются.
Сегодня крекинг является одной из стадий глубокой переработки нефти: вслед за крекингом осуществляются риформинг, гидроформинг и другие процессы, в ходе которых тяжелые углеводороды распадаются на более легкие. Начало этой сложной цепочке было положено изобретением, принадлежащим В.Г. Шухову.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вне всяких сомнений, можно сказать, что изобретения В.Г. Шухова изменили всю технологическую нефтяную цепочку, то есть добычу нефти (эрлифт), её хранение (резервуары, цистерны), транспортировку (танкеры, баржи, нефтепроводы) и переработку (крекинг). Без его изобретений наша страна не смогла бы в те годы постоянно наращивать добычу, укрепляя тем самым бюджет и увеличивая благосостояние нации. Его изобретения полностью преобразили нефтедобывающий мир тех времен, сделали его очень похожим на наш - ведь технологии, по сути, остались те же, шуховские, лишь техника под нажимом неумолимого прогресса изменилась. Но принципы остались те же. Мы полностью согласны с фразой Вагита Юсуфовича Алекперова, вынесенной в качестве эпиграфа к данной работе - «…Мы, по сути, разрабатываем его инженерные идеи, когда сегодня наращиваем добычу, прокладываем трубопроводы, строим танкерный флот, повышаем глубину переработки нефти…»
Почти нет такой области строительного дела и машиностроения, который не уделял бы внимания Шухов и в которую он не внёс бы усовершенствований или новых изобретений. И всё это - благодаря его изумительной способности быстро ориентироваться в каждом новом деле, умению отличить главное от второстепенного.
Остается надеется, что мы, потомки великого русского инженера, сможем достойно продолжать его дело, совершенствуя как добычу, так и переработку углеводородного сырья и выходя на новые уровни развития - как в рамках отдельной личности, так и в масштабах страны.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1)Фонд Шуховская башня. [Электронный ресурс]: Режим доступа: #"justify">2)Учебная коллекция. [Электронный ресурс]: Режим доступа: #"justify">3)Все о нефти. [Электронный ресурс]: Режим доступа: #"justify">4)Грефе Р. и др. «В.Г. Шухов (1853-1939) - Искусство конструкции», из-во «Мир», 1995г., 192 стр
5)Шухов В.Г. «Строительная механика. Избранные труды», из-во «Наука», 1977г., 193 стр
6)Шухов В.Г. «Избранные труды. Нефтепереработка. Теплотехника», из-во «Наука», 1982г., 104 стр
7)Мельников Н.П., Ишлинский А.Ю. «В.Г. Шухов - выдающийся инженер и ученый», из-во «Наука», 1984г., 96 стр.
)А. Ангарский «Владимир Григорьевич Шухов», Техника молодежи, 1939г, №05