Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Добыча и переработка нефти в России и за рубежом во второй половине XIX века. Исследования в области углеводородов нефти .
1. Предпосылки промышленной добычи и переработки нефти в России и за рубежом в середине XIXвека.
2. Краткий обзор накопленного опыта в нефтяном деле в России в период с XVIII века до середины XIX века .
3. Персоналии нефтяного дела в России и за рубежом во второй половине XIX века .
4. История проблемы. 41
Глава 2. Основные этапы становления химии нефти как науки и учебной дисциплины
1. Определение науки. 91
2. Характеристики основных этапов становления химии нефти
3. Определение науки химии нефти
Выводы 127
Список литературы 133
- Краткий обзор накопленного опыта в нефтяном деле в России в период с XVIII века до середины XIX века
- Персоналии нефтяного дела в России и за рубежом во второй половине XIX века
- Характеристики основных этапов становления химии нефти
- Определение науки химии нефти
Введение к работе
В настоящее время нефть продолжает оставаться приоритетным топливно-энергетическим ресурсом и величайшей сокровищницей природного сырья. Как показывает мировая практика, степень развития общества определяется развитием технологий, в том числе и в сфере переработки нефти. Развитию таких технологий, безусловно, способствует наука о составе, свойствах и превращениях углеводородов нефти.
Именно химия нефти как наука способствует развитию нефтепереработки и нефтехимии.
Химия нефти как учебная дисциплина играет основную роль в подготовке высококвалифицированных кадров, что в свою очередь определяет поступательное развитие науки и производства.
В данной работе рассмотрены исторические этапы становления и развития химии углеводородов нефти в период с конца XIX - первой половины XX века и выявлены основные факторы, способствовавшие выделению химии нефти в самостоятельную учебную дисциплину.
Активное изучение состава и свойств углеводородов нефти началось во второй половине XIX века, в период бурного роста промышленного производства. Потребность в искусственном освещении и более качественных смазочных материалах для промышленности оставалась к середине XIX века одной из самых важных проблем. Эта проблема была решена за счет промышленного получения керосина и смазочных масел из нефти. Появление двигателя внутреннего сгорания перевело потребление нефти в мировом масштабе на качественно иную высоту. На мировой рынок вышел новый
продукт нефтепереработки - бензин, который до этого момента являлся отходом нефтепереработки.
К началу XX века накопленные знания позволили определить дальнейший потенциал той области органической химии, которая занималась изучением углеводородов нефти, и вывести химию нефти в отдельное научное направление. В связи с этим вполне естественным является стремление историков науки разработать и историю химии нефти, определить тенденции ее развития, воздействия на нее научных открытий и т.д.
В научно-исторической литературе, как отечественной, так и зарубежной, приводятся интересные данные о деятельности ученых-химиков в изучении нефти. Однако единой структурированной последовательности становления химии нефти как самостоятельной научной дисциплины не разработано, хотя без этого невозможно определить воздействие технологических достижений химии нефти на все развитие нефтегазовой отрасли и ее отдельных направлений.
При прогнозировании развития науки и совершенствовании соответствующей учебной дисциплины, важно исходить из закономерностей их развития в прошлом, формирования структуры и основного содержания в настоящем. Это и составляет существо и актуальность данной темы.
Цель и задачи диссертационной работы
Целью данной диссертационной работы являются анализ становления химии нефти как самостоятельной науки и учебной дисциплины во второй половине XIX - первой половине XX века, выявление факторов, стимулирующих развитие химии нефти, изучение закономерностей этого процесса.
Выполнению поставленной цели служат следующие задачи: - анализ основных предпосылок, для интенсивного развития научной мысли в области химии нефти в России и за рубежом в XIX веке;
- систематизация результатов основных научных исследований в области
углеводородов нефти в конце XIX — начале XX веков;
- установление хронологии и научной значимости проводимых в этот период
исследований в области химии углеводородов нефти;
- изучение основных направлений научных исследований в области
превращений углеводородов нефти в конце XIX - начале XX веков,
формирование содержательных параметров, способствующих дальнейшему
становлению химии нефти как самостоятельной науки;
оценка роли русских и зарубежных ученых в становлении химии нефти как самостоятельной науки и учебной дисциплины;
выявление социально-экономических аспектов развития химии нефти.
Объект и предмет исследования
Предметом данной диссертационной работы является химия нефти как самостоятельная наука, систематическое обобщение многолетнего опыта исследований химии углеводородов нефти российских и зарубежных ученых в этой области во второй половине XIX - первой половине XX веков.
Объектом работы служит комплекс научных исследований в области химии нефти, которые велись в различных лабораториях России, европейских стран и США, формирование научных школ химии нефти в России в последней четверти XIX - начале XX веков.
Хронологические рамки изучения проблемы
Хронология исследования охватывает период со второй половины XIX до середины XX века, когда изучение углеводородов нефти стало залогом успеха в развитии нефтяного дела. Однако с целью общей оценки состояния и рассмотрения динамики развития химии нефти в России и за рубежом к середине XIX века учтены материалы по исследуемому вопросу, относящиеся к концу XVIII века - первой половине XIX века.
Региональные рамки изучения проблемы
Региональный охват изучения проблемы включает Москву, Петербург и Казань как основные центры, в которых шли исследования в области химии нефти и были сформированы научные школы России. В работе рассматриваются вопросы промышленной нефтедобычи и нефтепереработки и воздействие на них исследований химического состава нефти и первые технологические разработки. Это потребовало расширить региональные рамки данного исследования за счет основных нефтепромышленных областей, таких как Печора, Апшеронский и Таманский полуостров и др. В работе также учитывается положение дел в нефтяной отрасли и степень изучения углеводородов нефти в США и Европе. Учитывая определенную интернационализацию науки о нефти, химии нефти в XX веке, эти регионы также включены в диссертационную работу.
Методологическая основа исследования
В данном исследовании автором использована методология историко-логического подхода к изучаемым проблемам, сравнительно-исторический метод диалектического познания общества, в соответствии с которыми проведен анализ деятельности наиболее крупных ученых, научных открытий, формирования научных школ и направлений, вовлеченных в процесс изучения углеводородов нефти. На основе сравнительно-исторического метода автором проведено исследование наиболее значимых фактов и событий и выявлены характерные черты и закономерности становления науки химии нефти.
Научная новизна
Впервые в данной работе выделены основные этапы становления химии нефти как самостоятельной науки и приведены их характеристики. Результаты данного анализа обобщены в схемы, отражающие представление о химическом составе нефти в период каждого из этапов. В данной работе
проведено обобщение и предложена систематизация отдельных научно-исторических факторов становления науки и учебной дисциплины химии нефти, раскрыта диалектика их развития.
Практическая значимость диссертационной работы.
Химия нефти является относительно молодой наукой и продолжает бурно развиваться. Несомненно, что в силу стратегической важности нефти как энергетического ресурса вопросы переработки нефти, ее транспортировки, а также экологической безопасности процессов добычи, переработки, использования нефтепродуктов и т.д. становятся все более важными. Именно химия нефти способна дать ответы на эти вопросы, при этом решающая роль принадлежит квалифицированным кадрам. Их подготовке способствует учебная дисциплина химия нефти, развивающаяся на основе науки химии нефти. Знание закономерностей развития науки химии нефти и соответствующей учебной дисциплины в прошлом, позволяет наметить перспективы и направления научных исследований в этой области и определить методику в настоящем. Именно с этой точки зрения данная работа является практически значимой.
Степень разработанности проблемы
В процессе работы над данной проблемой были изучены общие работы по истории химии, биографии выдающихся ученых-химиков, работы отечественных и зарубежных историков химии, воспоминания ученых-химиков и их современников, работы историков нефтехимической отрасли, материалы научных конференций, диссертации, журналы, освещающие вопросы истории науки и журналы русских научных обществ.
Подробные материалы по истории химии нефти приведены советским ученым СР. Сергиенко в книгах «Роль русских ученых и инженеров в развитии химии и технологии нефти» [120] и «Очерк развития химии и переработки нефти» [119], содержащих информацию по развитию и
совершенствованию процессов нефтепереработки и трудам русских ученых в этой области. В «Очерке развития химии и переработки нефти» приведен ряд биографий русских ученых, чей вклад в становление химии нефти был наиболее значимым.
Структура этих работ основана на освещении конкретных процессов нефтехимии, роли отдельных ученых в развитии этих процессов и подробном ретроспективном историческом обзоре. Однако СР. Сергиенко не ставил задачу провести периодизацию становления химии нефти.
Одним из первых историков нефтяной отрасли по праву считается выдающийся русский химик К.И. Лисенко. В 1978 году К.И. Лисенко издал руководство по нефтяному делу под названием «Нефтяное производство, составленное по новейшим данным» [63]. Это было одно из первых оригинальных изданий специального пособия по нефтяному производству не только в русской, но и в мировой литературе. Работы К.И. Лисенко являются ценным первоисточником для изучения нефтяной отрасли и науки о нефти во второй половине XIX века.
До революции и в советский период был издан ряд биографических очерков [75], посвященных наиболее ярким химикам-органикам: Александру Михайловичу Бутлерову [9], [105], Владимиру Васильевичу Марковникову [103], [141], Михаилу Ивановичу Коновалову [125], Федору Федоровичу Бейльштейну [159], Марселену Бертло [81], Юлии Всеволодовне Лермонтовой [82], Владимиру Николаевичу Ипатьеву [58], [59], Сергею Семеновичу Наметкину [100]. Из этих работ можно почерпнуть ценный биографический материал, а также обобщенный анализ основных научных изысканий и достижений. Как и в других работах, авторы не ставили перед собой задачи проследить становление химии нефти как науки и учебной дисциплины.
В отечественной литературе достаточно подробный биографический и научный материал собран в различных источниках по деятельности ученых, которые в своих научных работах касались изучения строения, состава и
свойств углеводородов нефти. Среди них М.В. Ломоносов, Д.И. Менделеев, В.В. Марковников, В.Н. Оглоблин, М.И. Коновалов, Н.М. Кижнер, Ф.Ф. Бейльштейн, А.А. Летний, А.А. Курбатов, М. Бертло, Ю.В. Лермонтова, Н.Д. Зелинский, В.Н. Ипатьев, С.С. Наметкин. Из этих работ можно почерпнуть ценный биографический материал, а также обобщенный анализ основных научных изысканий и достижений, но их авторы не ставили перед собой задачи проанализировать становление химии нефти как науки и учебной дисциплины.
В ряде отечественных первоисточников и зарубежных материалов можно также проследить вклад зарубежных ученых, таких как Карл Шорлеммер, Август Гофман, Артур Михаэль, Уильям Перкин младший и др. Кроме того, целый ряд биографий ученых-химиков был издан в серии ЖЗЛ. Однако эти статьи носили, главным образом, научно-популярный характер.
Академией наук СССР отдельными выпусками издавались материалы к библиографиям ученых советского времени: Н.Д. Зелинского (1946), С.С. Наметкина (1946), А.Е. Фаворского (1947) [75] и др. Эти выпуски содержали значительно более широкую информацию об ученых - не только биографические сведения, но и достаточно подробный обзор их научной деятельности.
Одним из первых журналов, освещавших вопросы изучения нефти, был Журнал Русского физико-химического общества (ЖРФХО), основанный в 60-е годы XIX века. В нем публиковались материалы общества, доклады, выступления и статьи ученых-химиков. Несколько позже был организован Журнал Русского химического общества (ЖРХО). Эти издания служили своеобразным отчетом о работе самих научных обществ. Среди авторов журналов можно выделить Д.И.Менделеева, В.В.Марковникова, В.Н. Оглоблина, К.И.Лисенко, Ф.Ф.Бейльштейна и многих других. Например, статьи Н.Д.Зелинского, опубликованные на страницах ЖРХО, позже были собраны в разделе, посвященном химии нефти в его «Избранных трудах» [41].
Среди крупных журналов, издававших материалы по нефтяной тематике, был Горный журнал. Публикуемые в нем статьи рассказывали о наиболее важных и интересных изысканиях геологов, химиков, инженеров. К наиболее ярким работам, печатавшимся в Горном журнале, можно отнести работы видного ученого-инженера и государственного деятеля Г.Д. Романовского. Его статьи «Нефть, асфальт и горные сланцы волжских берегов» [110, стр. 423], «Рапорт Горному департаменту о буровых работах в Европе и об осветительных маслах» [112, стр. 43], «О самарских нефтяных источниках» [111, стр. 206] и другие имели большое значение для развития отечественного нефтепромысла.
Важное место занимало издание «Записки Императорского Русского технического общества», также выпускаемое во второй половине XIX века. На страницах этого издания печатались как работы по химии, так и по инженерному делу и геологии. Среди авторов были такие ученые как А.А. Летний, Д.И. Менделеев, В.В. Марковников и другие.
Ряд работ по нефтепереработке был опубликован в журнале «Техник», издаваемом в то же время. В нем, например, печатались статьи первой русской женщины-химика Ю.В. Лермонтовой. Так, в №20 журнала «Техник», изданном в 1883 году, был напечатан доклад Ю.В. Лермонтовой на заседании Русского технического общества относительно выхода ароматических углеводородов из угля и нефти [128, стр. 11-12]. В одном из последующих номеров «Техника» [129, стр. 2-4] появилась рецензия на сконструированный Ю.В.Лермонтовой аппарат для непрерывной перегонки нефти. Автор К. Тумский дал положительный отзыв конструкции самого аппарата и его эффективности относительно количеств получаемых продуктов.
Работы В.Н. Ипатьева, в частности, «Наука и промышленность на Западе и в России» (1923) [47] и «Нефть и ее происхождение» (1922) [48] служат ценными первоисточниками и предлагают интересный материал по состоянию развития химии нефти в первой четверти XX века.
В первом номере за 1999 год журнала «Химия и технология топлив и масел» представлена статья профессоров РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина С.А. Низовой и И.Г. Фукса «Начало глубокой переработки нефти в России», посвященная 150-летию А.А. Летнего [90, стр. 47-50].
Роль зарубежных ученых и их вклад в развитие данной сферы научного познания отражена в отечественной литературе в гораздо меньшей степени.
Среди наиболее выдающихся зарубежных историков-химиков можно назвать Джеймса Партингтона, который в начале 60-х годов XX века выпустил «Историю химии» в 4-х томах [171]. Первые три тома данного фундаментального труда посвящены развитию химии с древности до начала XIX века, и лишь 4-ый том рассказывает о развитии химии в XIX - первой половине XX века. В 1967 году ученый С.А.Погодин выпустил рецензию на 4-ый том «Истории химии» Джеймса Партингтона [11]. Книга Партингтона является общей работой по истории химии. В ней автор не ставил задачу более глубокого рассмотрения вопроса, связанного с химией углеводородов нефти.
Среди работ, посвященных изучению нефтяного дела и науки о нефти, очень ценными являются труды первого историка нефтяной отрасли СИ. Гулишамбарова (1849 - 1915). В своих работах он рассматривал основные этапы становления нефтяной отрасли, систематизировал архивные материалы Кавказского наместничества. В свете этих исследований он особо выделял вклад Д.И. Менделеева в развитие нефтяной промышленности на Кавказе и практическую значимость его научных изысканий [23, стр. 128-141], [22].
Среди советских авторов, работающих над этой темой, можно назвать К.А. Пажитного. Его книга «Очерки по истории бакинской нефтедобывающей промышленности» [99] стала первым историко-статистическим и экономическим исследованием отрасли в советской науке. Среди советских авторов, работающих над этой темой, можно назвать К.А. Пажитного.
К обобщающим работам по данной теме можно отнести книгу СМ. Лисичкина «Очерки истории отечественной нефтяной промышленности:
дореволюционный период» (1954) [65]. Эта работа дает подробное описание основных этапов истории нефтедобычи, транспортировки и переработки нефти. Автор останавливается на ряде персоналий нефтяного предпринимательства, но особенно подробно он освещает вклад Д.И. Менделеева и подробно описывает его поездки на Кавказ с целью изучения нефтяного производства и выработки практических рекомендаций. Он описывает результаты поездки Д.И. Менделеева в США и дает подробный анализ появившейся по результатам этой поездки работы Менделеева «Нефтяная промышленность в Пенсильвании и на Кавказе» [76]. Особую роль СМ. Лисичкин отводит анализу практических рекомендаций Д.И. Менделеева для развития нефтяной промышленности в России. Вышедшая в 1967 году книга СМ. Лисичкина «Выдающиеся деятели отечественной науки и техники» [64] предлагает обзор деятельности ряда русских ученых и инженеров. Однако, несмотря на всю полноту своих исследований, СМ. Лисичкин выступает скорее именно как историк промышленности.
Известный историк химии советского периода Ю.С Мусабеков выпустил в 1958 году книгу «История органического синтеза в России» [80]. Академик А.Е.Арбузов опубликовал в 1975 году «Избранные работы по истории химии» [3].
Важным событием для истории химии стал выход в свет (1985) книги Ю.И. Соловьева «История химии в России» [124]. В данной работе автор собрал и систематизировал основные факты в развитии химии в конце XIX — начале XX веков. Им достаточно подробно освещена роль ученых: Д.И. Менделеева, Ф.Ф. Бейлыптейна, А.А. Летнего, А.А. Курбатова, В.В. Марковникова, В.Н. Оглоблина и др. в процессе изучения углеводородов нефти. Ю.И. Соловьев показал, как были получены первые более или менее точные данные о составе кавказской нефти, каковы были дальнейшие шаги в развитии науки.
Работы о Д.И. Менделееве занимают особое место среди материалов, связанных с историей нефтяного дела в России. Для понимания роли Д.И.
Менделеева не только в становлении химии нефти, но и в развитии нефтяной отрасли во второй половине XIX века важное место занимают воспоминания его учеников В.Е. Тищенко и М.Н. Младенцева в книге «Дмитрий Иванович Менделеев, его жизнь и деятельность. Университетский период 1861-1890. Научное наследство» [130]. Авторы дают подробное описание тех научных опытов, которые проводил Д.И.Менделеев в лаборатории Санкт-Петербургского университета в 60-х - 80-х годах XIX века.
Работа В.Е. Пархоменко «Менделеев и русское нефтяное дело» [101], написанная в 50-е годы XX века, стала важным событием для исторической науки. В работе дан анализ поступательного хода технического прогресса, освещены вопросы предпринимательства и роли технической интеллигенции. В.Е. Пархоменко посвятил одну из глав своей книги развитию науки о нефти. В главе «Исследования русских и американских нефтей» он привел интересную информацию об ученых, которые занимались изучением нефти во второй половине XIX века. Поскольку задача автора заключалась в освещении, в первую очередь, роли Д.И. Менделеева, о других деятелях науки и нефтеперерабатывающего производства сведений гораздо меньше. Кроме того, деятельность Д.И. Менделеева он оценивает скорее как инженер-технолог и экономист, нежели чем химик.
С точки зрения истории изучения углеводородов нефти, большой интерес представляют собой исторические очерки самих химиков-органиков. Среди таких ученых необходимо отметить Александра Ивановича Горбова (1859 - 1939), ученика A.M. Бутлерова и Д.И. Менделеева. Работы А.И. Горбова можно разделить на три основные группы: 1). историко-химические очерки; 2). историко-химические статьи, опубликованные в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Эфрона; 3). статьи, затрагивающие историко-методологические проблемы развития органической химии. С 1929 года А.И. Горбов вошел в состав комиссии по истории химии Русского физико-химического общества (РФХО) [13]. Среди наиболее значимых для нашей темы работ следует назвать его монографию «A.M. Бутлеров и
химическое строение» [19], вышедшую в издательстве АН СССР в 1929 году. В ней А.И. Горбов дает развернутый анализ развития химии в России к середине XIX века, а также оценивает работы Бутлерова по строению органических соединений.
Были подробно изучены работы других ученых-химиков, которые также помогают собрать и проанализировать имеющиеся факты и сделать ряд обобщений и выводов относительно становления науки химии нефти. К ним можно отнести работы по нефти Д.И. Менделеева, опубликованные в X томе «Нефть» [78] его полного собрания сочинений, статья В.В. Марковникова и В.Н. Оглоблина "Исследование кавказской нефти" [73], другие сочинения В.В. Марковникова, изданные в его «Изданных трудах» [70]. Кроме того, были изучены статьи Ю.В. Лермонтовой, Ф.Ф. Бейлыптейна, A.M. Бутлерова, В.И. Коновалова, Н.Д. Зелинского, В.Н. Ипатьева, С.С. Наметкина.
В 2004 году МГУ им. М.В. Ломоносова инициировал репринтное воспроизведение Ломоносовского сборника, впервые изданного в 1901 году к 150-летию первой химической лаборатории России. Книга «Химия в университетах России: путь в полтора столетия. Ломоносовский сборник» была утверждена к изданию Императорским Обществом Любителей Естествознания, Антропологии и Этнографии в 1900 году. В нее вошли статьи выдающихся ученых того времени: В.В. Марковникова, В.И. Вернадского, Н.Н. Бекетова, И.А. Каблукова, С.Н. Реформаторского, В.Н. Ипатьева, П.И. Вальдена, М.И. Коновалова и других. В Ломоносовском сборнике представлены интереснейшие материалы по исследовательской и педагогической деятельности ведущих лабораторий страны, работе выдающихся ученых, из которых можно почерпнуть важные сведения относительно технического оснащения российских лабораторий, успехов и сложностей в работе ученых, перспектив дальнейшего развития.
Выдающийся немецкий ученый Карл Шорлеммер совместно с Г.Э. Роско в 1877 году издал «Трактат о химии» [161]. Эта работа на десятилетия стала ведущим курсом химии. В 1889 году К. Шорлеммер опубликовал свою
наиболее важную (из законченных) работу по истории химии «Возникновение и развитие органической химии» [160]. В своей работе К. Шорлеммер не ограничился описанием в хронологической последовательности деятельности наиболее выдающихся химиков и важнейших достижений науки; он приступил к подготовке своих рукописей с намерением показать, что развитие науки всегда связано с определенными предпосылками. Большой материал по истории химии был собран Карлом Шорлеммером в последние годы его жизни, но приступить к публикации своих рукописей он не успел. Биографию Карла Шорлеммера написал немецкий историк химии К.Хейниг. Его работа «Карл Шорлеммер. Первоклассный химик и коммунист» была издана в СССР (1978) в переводе С.Д. Комаровой [155].
Мощным стимулом в процессе изучения истории химии сыграла организация в 1926 году в Московском университете кафедры истории и философии естествознания, первым руководителем которой стал доцент физико-математического факультета МГУ А.А. Максимов. После ряда организационных преобразований данная кафедра претерпела значительные изменения.
На химическом факультете МГУ в 1948 году начала работу кафедра истории химии. Первым лектором по истории химии стал руководитель кафедры профессор Николай Александрович Фигуровский. Он и его коллеги Г.В. Быков и Т.А. Комарова подготовили первое учебное пособие для студентов по истории химии «Химия в Московском университете за 200 лет» [148], которое было издано в 1955 году. Данное пособие представляло собой ряд очерков по научной работе химиков Московского университета, начиная с М.В. Ломоносова. В 1969 Н.А. Фигуровский выпустил первый том «Очерков по развитию химии», который назывался «С древнейших времен до начала XIX века» [146]. Двумя годами позже (1971) он опубликовал второй том «Очерков» «XIX век» [147], а также еще одно учебное пособие «История химии» [145]. Данные работы имеют очень большое значение для истории химии.
Г.В. Быков опубликовал работу «Литература по истории химии за рубежом в послевоенный период (до 1967 года включительно)» (1967) [10], отражающую деятельность зарубежных историков химии.
В 1985 году издательство «Мир» выпустило книгу итальянского историка науки М. Джуа «История химии» в переводе Г.Н. Быкова [31]. Эта книга представляет собой еще один важный источник изучения деятельности и вклада зарубежных и русских ученых в изучение углеводородов нефти.
Среди наиболее интересных работ по истории химии последних 20 лет следует отметить публикации видного историка химии Игоря Сергеевича Дмитриева, который возглавляет музей Д.И. Менделеева при филиале ИИЕТа в Санкт-Петербурге. И.С. Дмитриев опубликовал целый ряд работ о деятельности Д.И. Менделеева и других ученых. В частности, книга И.С. Дмитриева «Человек эпохи перемен. Очерки о Д.И. Менделееве и его времени», изданная в 2004 году, признана историками химии одной из лучших работ о Д.И. Менделееве [33].
Интересной и ориентированной именно на изучение истории химии нефти является работа профессора РГУ нефти и газа им. М.И.Губкина И.Г. Фукса «Отечественные научные школы и их роль в становлении химии и переработки нефти» (2000) [151]. В данной работе И.Г. Фукс систематизирует исследования, проводимые различными научными школами в России, и рассматривает деятельность русских ученых как с точки зрения значения их вклада в развитие науки, так и его практического применения в нефтяной промышленности.
Следует также упомянуть материалы научных конференций, например, доклад В.Д. Рябова, профессора РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, на тему «Роль советских и российских ученых в становлении и развитии химии нефти как науки и учебной дисциплины» [114] на Второй научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 1997).
На основе анализа перечисленных работ, можно сделать вывод о том, что, несмотря на большое количество материалов по истории органической химии и химии нефти, практически отсутствуют специальные исследования по становлению химии нефти как самостоятельной науки и учебной дисциплины.
Краткий обзор накопленного опыта в нефтяном деле в России в период с XVIII века до середины XIX века
Активное развитие рудокопных дел и поиск полезных ископаемых в России начались в XVIII веке благодаря Петру І. В 1721 году в Берг-Коллегию поступило сообщение о найденном на реке Ухте в Пустозерском уезде нефтяном ключе [152, стр.13]. По приказу Петра I образцы с ухтинского нефтяного ключа были отправлены в Голландию для подробного исследования.
Федор Савельевич Прядунов обнаружил на Ухте сильно бьющий на дне нефтяной ключ и в 1745 году подал «Доношение» в Берг-Коллегию. 18 ноября 1745 года Берг-Коллегия постановила: «... в пустом месте при малой реке Ухте завесть нефтяной завод, распространя содержать ему тот завод довольным капиталом без остановок и ту нефть продавать». В «Доношений» Ф.С. Прядунова, написанном в Берг-Коллегию в 1749 году, упоминается о том, что добытая им «материальная» (натуральная) и «двоенная» (перегнанная) нефть отправлялась в Гамбург для анализа. В ответном письме от 6 мая 1749 года «доктор Д.М. Миллер и физикус М.Д. Лосау свидетельствуют о том, что одна нефть двоенная, а вторая самородная и высокого качества». Если к этому прибавить строки из решения Берг-Коллегии о том, что «...Берг-Коллегия соблаговолила оному Прядунову на заводе ево нефть перегонять...», то можно сделать вывод о наличии у Прядунова перегонной технологии и техническом оформлении процесса. Сам Прядунов упоминает, что его нефть «передваивалась, через куб с водою перегонялась» [152, стр.21].
Почти параллельно с заводом Федора Прядунова работал маленький перегонный завод Надыра Уразметова, основанный в 1754 году в Уфимской губернии около г. Сергеевска. В районе рек Сок и Сургут им была найдена нефть, о которой Уразметов сообщил в Берг-Коллегию. Паллас в работе «Путешествие по разным провинциям Российской империи» пишет, что Уразметов имел два завода: один на реке Сок, другой - на реке Сургут [74, стр. 23]. К сожалению, данных по технологии перегонки нефти на его заводах не сохранилось.
Наиболее полные сведения сохранились о перегонном заводе братьев Дубининых, основанном в 1823 году в г. Моздоке. Имея большой опыт в перегонке древесной смолы, братья Дубинины применили на своем заводе технологию, долгое время потом используемую другими промышленниками. Чертежи перегонного аппарата и пояснительная записка к ним, выполненные Василием Дубининым, сохранились до нашего времени. Процесс перегонки нефти был оформлен следующим образом. Железный куб емкостью 40 ведер был вмазан в кирпичную печь. Куб покрывался медной крышкой, от которой шла медная труба через деревянный пересек, наполненный водой. Печь имела поддувало. Нефть нагревалась в кубе, образовавшиеся пары ее проходили через трубу, конденсировались, и керосин наполнял ведро. Из 40 ведер нефти Дубинины получали 16 ведер керосина, который отправляли на рынки Москвы, Нижнего Новгорода и других российских городов, а тяжелый остаток (мазут) употребляли на месте для смазки колес и конной упряжи [64, стр.18].
Братья Дубинины занимались перегонкой нефти более 20 лет. Они распространили свою технологию на Северном Кавказе, о чем писали в августе 1846 года кавказскому наместнику графу Воронцову: «...действительно мы первые завели в Моздоке очищение нефти, обучали других людей и такое производство распространяем с 1823 года...» [64, стр.19].
Способ перегонки сырой нефти, предложенный Дубиниными, применялся до последней четверти XIX века. Большие перегонные заводы строились по принципу, разработанному братьями Дубиниными, а отдельные нововведения в технологии переработки нефти и ее аппаратурном оформлении не изменили основной технической идеи, выдвинутой Дубиниными [64, стр.20].
На Таманском полуострове нефтяным промыслом занимались несколько заводчиков. Сведений об их деятельности сохранилось не так много. Однако известно, что казак Иван Таран около тридцати лет добывал нефть. Прямых сведений, подтверждающих его занятие перегонкой нефти, не найдено. Зато в «Горном журнале» в 1823 году в статье горных инженеров Воскобойникова и Гурьева «Геогностическое описание полуострова Тамань, принадлежащего земле Войска Черноморского», указывается, что в 1824 году купец Леденцов взял в откуп добычу нефти на Таманском полуострове. В течение полутора лет он занимался перегонкой нефти и полученный продукт продавал в Харькове и Москве [20, стр.57].
Историк отечественной нефтяной промышленности А.А. Матвейчук нашел также упоминание о последователе братьев Дубининых, бывшем моздокском откупщике Авдюкине, который изучал метод перегонки нефти братьев Дубининых и этим же способом получил сырую нефть, которую отправил для продажи в Москву [74, стр.29].
«Дубининым, - писал В.Й. Рагозин, - принадлежит честь устройства первого фотогенового завода на Северном Кавказе. Правда, завод их был весьма простой, но ведь не лучше его были и первые европейские фотогеновые заводы, устроенные уже много лет спустя после Дубининского» [108,стр.320-321].
В 30-е годы XIX века в Баку Н.И. Воскобойников подробно изучал нефтяную отрасль края [64, стр.14]. В 1837 году Н.И. Воскобойников сконструировал аппарат по перегонке нефти и заказал его на уральских заводах; он также подготовил проект нефтеперегонного завода. В 1838 году завод Н.И. Воскобойникова, построенный в селе Балаханы у подножья горы Бог-Бога, был полностью закончен и приступил к работе. Следует отметить, что завод, построенный Н.И. Воскобойниковым, просуществовал недолго. После выполнения задания перегнать 1000 пудов нефти и продажи полученного осветительного масла в Астрахань завод был закрыт «по причине слишком высоких издержек на тару и перевозку готового продукта» [64, стр.15].
Персоналии нефтяного дела в России и за рубежом во второй половине XIX века
В 1863 году Ардалион Николаевич Новосильцев заключил соглашение с правлением Черноморского и Кавказского казачьих войск для поиска и добычи нефти на значительной территории Таманского полуострова: от берегов Черного и Азовского морей до меридиана г. Екатеринодара [156, стр. 143].
Проведение работ на такой площади требовали принципиально нового подхода к организации дела. Впервые в России разведка на нефть велась при помощи буровых скважин с использованием механического ударного бурения и креплением стенок скважин металлическими обсадными трубами. Первые скважины были заложены в 1864 году в местах поверхностного нефтепроявления сначала под Анапой, потом у станицы Старо-Титаровской и у поселка Фонтановского. Бурение вели американские специалисты и по ряду причин безуспешно. Тогда Новосильцев пригласил механика Владимира Петерса, опытного бурильщика артезианских колодцев. Ему помогал квалифицированный слесарь Карл Сикорский. По рекомендации горного инженера Фридриха Коншуля разведочные работы сосредоточились в районе притоков Кубани — рек Кудако, Псиф и Псебепс. В августе 1865 года началось бурение 5 скважин на левом берегу реки Кудако в 42 км от Анапы. Когда при достижении глубины в 40 футов появились притоки нефти, буровые работы продолжились с еще большей интенсивностью. 3 февраля (16 февраля н.с.) 1866 года из скважины №1 с глубины 123,5 фута (37,6 м) ударил первый в России нефтяной фонтан. Он не прекращался в течение 24 суток, затем приток нефти значительно ослабел, но 14 (27) апреля при достижении глубины 242 фута (73,8 м) был получен еще более мощный фонтан нефти, который бил в течение 28 суток. Кудакская нефть имела несколько необычный зеленоватый цвет и резкий сернистый запах. По подсчетам инженера Коншуля, эта первая фонтанирующая скважина промысла на р. Кудако дала около 100 тыс. пудов нефти [106, стр.38]. Летом 1868 года Кудакинский промысел посетил известный специалист Геннадий Романовский. Он сделал полное описание, выполнил общую планировку, дал технико-экономическую оценку и предложил конкретные рекомендации по проведению дальнейших работ.
Д.И. Менделеев, постоянно следивший за работой кубанских нефтепромыслов, назвал их «второй Калифорнией на Таманском полуострове» [74, стр. 117]. Кубанская нефть вывела Россию в число ведущих нефтедобывающих стран мира. Для переработки добываемой нефти А.Н. Новосильцев построил на площади старой Фаногорийской крепости на берегу Керченского пролива крупнейший в России нефтеперегонный завод мощностью 800 тыс. ведер керосина в год. Оборудование, привезенное из г. Глазго (Великобритания), включало 20 стальных перегонных кубов для нефти каждый объемом 1500 ведер. Около кубов были установлены системы охлаждения со спиральными трубами диаметром 7 дюймов. Сырая нефть закачивалась насосами в два резервуара, находящихся на башнях. В них производился отстой. После этого она самотеком поступала в перегонные кубы. После перегонки нефтепродукты поступали в разделительное помещение, где производилась сортировка готовой продукции по удельному весу и распределение в соответствующие подземные резервуары, из которых перекачивались в очистительные аппараты. Мешалки в очистительных аппаратах приводились в действие паровой машиной мощностью 40 л.с. [74, стр.148].
Совершенство технологического процесса на Фаногорийском заводе отмечал известный специалист инженер-технолог Александр Летний: «Нефть, добываемая на Северо-Западном Кавказе, перерабатывалась заводом г Новосильцева в Тамани. Завод этот вел в свое время перегонку перегретым паром и добывал: нефтяной эфир, легкое и тяжелое ламповое масла» [60, стр.9].
Российская нефтяная отрасль в 60-е годы XIX века связана с именем Василия Александровича Кокорева (1817 - 1889). Он был вовлечен в нефтяное дело благодаря настойчивости Николая Торнау, сторонника усиления влияния России в Персии посредством расширения экономических связей. Барон Торнау был не только блестящим знатоком Востока и автором ряда исследований по проблемам исламского законодательства (например, «Мусульманского права», 1866), но и дальновидным предпринимателем, который еще в 50-х годах XIX века пророчил большое будущее бакинской нефти [74, стр.36].
В 1857 году было основано «Закаспийское торговое товарищество». Его учредителями наряду с В. Кокоревым и Н. Торнау стали действительный статский советник Николай Новосельский, купцы Иван Мамонтов и Петр Медынцев. П.И. Губонин, купец 1-ой гильдии, приобрел паевое участие в «Закаспийском торговом товариществе» [74, стр.38].
На первом этапе своей деятельности товарищество купило 12 десятин земли в Сураханах вблизи Баку. Изначально планировалось создать завод для производства керосина (фотогена) из кира (минеральной породы, пропитанной выветрившейся нефтью). Подготовка проекта фотогенового завода была поручена известному немецкому химику профессору Мюнхенского университета Юстусу Либиху. Оборудование для завода, включающее чугунные реторты для сухой перегонки кира и шарообразные котлы емкостью по 100 пудов для вторичной перегонки дистиллята, также в Германии было закуплено оборудование. Монтажом оборудования руководил другой немецкий химик Э. Мольдегауэр. Кир, содержащий только около 20% осветительных масел, не позволял получить достаточный выход готового продукта. Использование немецкой технологии не приносило заводу прибыли.
В 1860 году для консультаций по вопросу рентабельности производства Василий Кокорев пригласил Василия Эйхлера, магистра «фармации» Московского университета. В. Эйхлер предложил отказаться от кира и в качестве сырья использовать сырую нефть. Это было возможно только при полном изменении технологического процесса и замене оборудования, что требовало больших капиталовложений.
Василий Кокорев убедил партнеров пойти на такой риск, и вскоре немецкие чугунные реторты были заменены 17 железнодорожными кубами периодического действия; 12 из них были емкостью по 300 пудов каждый, а 5 - по 80 пудов. Шарообразные котлы были заменены цилиндрическими, что обеспечивало более равномерный нагрев нефти. В качестве топлива использовался природный газ, выходы которого были прямо на территории завода. Впервые в технологический процесс была включена очистка целевого продукта щелочным раствором. Использование в качестве сырья балаханской нефти позволило увеличить выход керосина до 25-30% вместо прежних 15% [74, стр.39].
Несмотря на то, что выход готового продукта был увеличен почти вдвое, завод никак не удавалось вывести на уровень рентабельности. Поэтому в 1863 году Василий Кокорев обратился за помощью к двадцатидевятилетнему приват-доценту химии Петербургского университета Дмитрию Ивановичу Менделееву, который имел уже определенные достижения в науке, но не имел предыдущего опыта в нефтяном деле. После 20 дней пребывания на Апшеронском полуострове Д.И. Менделеев предложил В. Кокореву ряд интересных решений. Результаты были настолько впечатляющими, что даже через 10 лет после завершения этих работ Д.И. Менделеев писал: «... приемы переработки нефти, употребленные в прошлом десятилетии на бакинском заводе, очевидно, ни от кого не заимствованные, могли быть поучительными для многих» [77, стр. 40].
Характеристики основных этапов становления химии нефти
Как показано в главе 1, изучение нефти было напрямую связано с изучением ее химического состава. Для того чтобы проследить, как постепенно представления о химическом составе нефти становились все более полными и совершенными, представим для начала современную таблицу химического состава нефти. В настоящей схеме не приводятся металлсодержащие соединения нефти, т.к. их изучение находится за хронологическими рамками данной работы. Следует отметить, что данные, собранные нами и представленные в главе 1, позволяют условно разделить весь период изучения нефти как по хронологии, так по характеру состоявшихся открытий и проводимых исследований. Как показано в главе 1, ко второй половине XIX века сложились необходимые предпосылки для развития нефтяной промышленности в России и за рубежом. В связи с этим начальный этап изучения углеводородов нефти и ограничим хронологическими рамками XVIII - первой половины XIX века, когда промышленная добыча и переработка нефти еще не велась, но продолжал накапливаться опыт в нефтяном деле. Выбранный нами хронологический промежуток времени, в первую очередь, характеризовался теми базовыми открытиями в химии, которые заложили основу не только для дальнейшего изучения химического состава нефти, но и для прогресса научной мысли в целом. Эти открытия были сделаны, в том числе европейскими учеными, которые, начиная с А. Лавуазье, осуществили целый качественный переход химии на новую ступень. Совершенно особое место среди открытий данного периода занимает теория атомистического строения вещества, предложенная великим русским ученым М.В. Ломоносовым, которая дала новый толчок к познанию материи и уже сама по себе носила революционный характер. Кроме того, М.В. Ломоносов был первым ученым, высказавшим и обосновавшим предположение об органическом происхождении нефти. Важную роль также играли первые исследования в области углеводородов нефти. Наиболее видное место в этом вопросе принадлежит русскому химику Н.Н. Зинину, который сделал ряд важных открытий в области ароматических углеводородов.
Значимое место занимали также открытия, относящиеся к области нефтехимического синтеза. Заслуга этих открытий принадлежит выдающемуся французскому ученому Ш. Вюрцу. Определение элементного состава органических соединений, предложенное А. Лавуазье, позволило уже в конце XVIII века достаточно точно определять содержание углерода и водорода в пробах нефти и других веществах органического происхождения. В это же время появились первые теории строения органических веществ (Ж. Дюма, О. Лоран), были введены современные символы для обозначения химических элементов, появилось понятие «радикал» и сам термин «органическая химия» (И. Берцелиус). Впервые были применены уравнения для записи химических реакций (Ж. Дюма) и открыто явление изомерии (Ю. Либих, Ф. Велер). Для более наглядного представления первого этапа становления химии нефти по аналогии со схемой 1 выстроим схему представлений о химическом составе нефти к середине XIX века, т.е. к началу промышленной добычи и переработки, используя данные, представленные в главе 1. 2. открытия структурного характера - к ним относятся как открытия самих основных классов органических соединений, так и открытия, сделанные в процессе изучения отдельных углеводородов. Кроме того, к данной категории относятся исследования углеводородов нефти, проведенные с целью установления присутствия и выявления степени данного присутствия углеводородов в нефти; 3. открытия практического характера — открытия в области синтеза углеводородов с последующим промышленным использованием. Все исследования, сделанные в период с середины XVIII - первой половины XIX века, внесем в таблицу, при этом разделяя открытия в соответствии с приведенными выше категориями. Очевидно, что к середине XIX века, когда начала развиваться промышленная добыча и переработка нефти, шло активное формирование научной базы, необходимой для дальнейшего изучения углеводородов нефти и последующих исследований в этой области. Данный процесс в научной литературе часто называют «революцией в химии». Он характеризовался зарождением современных представлений об углеводородах, введением современной номенклатуры и простейших способов анализа элементного состава углеводородов нефти. В этот же период были сделаны первые шаги в области органического синтеза.
Определение науки химии нефти
Вернемся к определениям науки, приведенным в начале данной главы, и соотнесем их с теми результатами, которые мы получили. Прежде всего, сопоставим наши данные с определением науки, предложенным энциклопедией Британика. Можно ли утверждать, что объективные исследования и систематические опыты в области химического состава нефти проводились уже в 50е-70е годы XIX века? Без сомнения, этот период характеризовался целенаправленными исследованиями в области углеводородов нефти. Однако, систематичность проводимых опытов была еще несколько условной. Нефтяная промышленность делала только свои первые шаги, и занятия, связанные с исследованиями в данной области, многими учеными-химиками воспринимались не столь серьезно. Достаточно вспомнить, как иронизировали химики, когда до них дошла весть о занятиях Д.И. Менделеева вопросами нефти.
Конечно, научный прогресс был налицо, и результаты научных открытий, сделанных в 50е-70е годы XIX века, стали неотъемлемой частью последующей научной работы в области изучения углеводородов нефти, но говорить, что в этот период химия нефти сформировалась как самостоятельная наука, было бы преждевременно.
Тем не менее, если сопоставить с определением Британики период 80х годов XIX века - начала XX века, то, можно утверждать, что химия нефти вполне удовлетворяла определению как система знаний, которые влекут за собой объективные исследования и систематические опыты. Действительно, исследования и опыты в области изучения углеводородов нефти начали систематически проводиться с 80х годов XIX века, и этот процесс на качественно ином уровне продолжается до сих пор.
Интересно, что определению науки, предложенному энциклопедией Брокгауза и Эфрона, химия нефти также начала удовлетворять уже в 80-90е годы XIX века. Именно в тот период были выполнены два главных условия, характеризующих науку, по определению Брокгауза и Эфрона, а именно, -наибольшая проверенность или доказательность со стороны содержания и наибольшая систематичность со стороны формы.
Действительно, к началу XX века были открыты все классы углеводородов нефти. Стало возможным не только подробно изучать известные углеводороды нефти, но и предсказывать состав и свойства еще не открытых соединений.
По своей форме химия нефти также во многом приобрела современный вид. С тех пор, безусловно, совершенствовалась методика научных исследований, но их цели и основные направления остались практически неизменными. По систематическому пополнению знаний об углеводородах нефти третий этап становления химии нефти продолжается и сегодня.
Рассмотрим самое полное и развернутое из выбранных нами определений науки. Это определение, предложенное Современной Энциклопедией. Создадим на его основе собственное определение химии нефти: наука химия нефти - это сфера научно-технической деятельности, функция которой состоит в выработке и теоретической и практической систематизации знаний о химическом составе нефти, составе, свойствах и превращениях углеводородов нефти. Это включает в себя как получение нового знания, так и его результат — сумму знаний, лежащих в основе научной картины мира и, в частности, такой важной его материи как нефть с учетом ее практического использования. Непосредственная цель науки химии нефти — описание, объяснение и предсказание состава и свойств углеводородов, а также описание, объяснение и предсказание состава, свойств и превращений углеводородов нефти на основе открываемых наукой законов. Исходя из данного определения, проследим, какие характеристики самостоятельной науки были присущи химии нефти в 80е годы XIX века -начале XX века. На основе всех собранных и проанализированных данных можно утверждать, что в период 80х годов XIX века - начала XX века функция химии нефти уже состояла в выработке и теоретической, и практической систематизации знаний о химическом составе нефти, а также составе, свойствах и превращениях входящих в ее состав углеводородов. Непосредственная цель химии нефти также уже выполнялась, т.к. химия нефти предоставляла описание, объяснение и предсказание состава, свойств и превращений углеводородов. Важную роль в этом играла, в частности, теория химического строения веществ A.M. Бутлерова. Химия нефти — наука прикладная, поэтому важно проверить, насколько она соответствовала определению науки в области своего практического применения. Для этого выстроим современную схему нефтепереработки и посмотрим, какие научные исследования и открытия, проведенные в то время, придали ей современный вид. Аналогично тому, как ранее мы формировали схемы химического состава нефти на разных этапах становления химии нефти, построим схему нефтепереработки, включив в нее соответствующие исследования и открытия конца XIX - начала XX века. Вкратце рассмотрим основные химические исследования, которые впоследствии получили широкое промышленное применение.
