Бензин прошел путь от малопопулярного антисептика до жидкости, без которой невозможно представить жизнь планеты, а его производство — от примитивного выпаривания до технически сложного процесса.
Чистая нефть
Горючие свойства нефти издревле привлекали внимание человека. Древние греки использовали нефть для разжигание костров на маяках и поджигания стрел во время военных действий, а в Византии нефть была одной из составляющих легендарного «греческого огня». Тем не менее до XVIII века данных о нефтепереработке нет — использовалась в основном сырая нефть.
Сведения об экспериментах с перегонкой нефти относятся к X веку нашей эры, но распространения продукты перегонки не получили. В 1733 году российский военный врач Иоганн Лерхе посетил бакинские нефтепромыслы и записал наблюдения о перегонке и ее эффекте: «Белая нефть несколько мутна, но по перегонке так светла делается, как спирт, и сия загорается весьма скоро».
В 1745 году нефтеперегонный завод открыл в Ухте купец Прядунов, однако удаленность промысла не позволила ему добиться коммерческого успеха. Едва ли не единственным потребителем продуктов переработки были храмы и монастыри, где смешивали очищенную нефть с маслом и использовали смесь для лампадок. Главным церковным поставщиком очищенной нефти был купец Набатов.
Да и примитивность способа нефтеперегонки не способствовала широкому применению продуктов переработки. Нефтеперегонный завод состоял из котла, печи, трубки и двух бочек. Принцип его работы был очень похож на принцип работы самогонного аппарата. Емкость с нефтью ставили внутрь печи, и продукт нагрева по трубе шел в приготовленную пустую бочку. Труба проходила через бочку с водой, которая выполняла роль охлаждающего элемента.
Рождение бензина
Бензин как продукт переработки нефти был изобретен в 1825 году английским ученым Майклом Фарадеем. Он опытным путем выделил углеводородную смесь, которая требовала минимальных условий для возгорания. Свой продукт он назвал бензином, что с арабского переводится как «благовонное вещество». Арабское название Фарадей выбрал, так как нефть получал с Ближнего Востока.
Знаменитый греческий огонь — смесь на основе нефти, которую византийцы использовали для создания прообраза огнемета.
Поднятие нефти ручным воротом в XIX веке на месторождении Биби-Эйбат, Азербайджан.
Майклу Фарадею мы обязаны многими открытиями и изобретениями. Британец открыл электромагнитную индукцию, сформулировал законы электролиза, построил первый электромотор, предсказал электромагнитные волны и среди прочего получил из нефти бензин.
Первый двигатель, работавший по циклу Отто. Он был слишком велик для установки на транспортное средство, но совсем скоро свои куда более компактные версии создадут Карл Бенц и Готлиб Даймлер, что откроет путь к постройке первых автомобилей.
Mercedes-Benz не только построил реплику трицикла Motorwagen, но и реконструировали костюмы той эпохи для фотосессии, посвященной очередной годовщине легендарного путешествия.
В XIX веке бензин начали использовать в качестве топлива для примусов после того, как в нескольких странах был введен запрет на использование в этих целях керосина из-за его высокой пожароопасности. Тем не менее по масштабам распространения бензин все еще уступал другим видам топлива и даже не был самым популярным нефтепродуктом — города освещались масляными и керосиновыми лампами, и основной спрос был именно на эти нефтепродукты.
Поворотным моментом стало изобретение Николаусом Отто четырехтактного двигателя внутреннего сгорания — немецкий инженер запатентовал его в 1876 году. Патент завершил многолетнюю работу Отто и его партнера Ойгена Лангена, вместе с которым Николаус основал в 1864 году компанию N.A. Otto & Cie, ныне известную как Deutz. Партнеры понимали, что бензин в качестве топлива куда выгоднее угля, а КПД двигателя внутреннего сгорания более чем в два раза превышает КПД парового двигателя, который в XIX веке был основным.
Одновременно в городке Мангейм инженер Карл Бенц разработал и запатентовал двухтактный двигатель и вскоре установил его на самодвижущейся экипаж. Патент на двигатель был получен в 1878 году, а на автомобиль — в 1886 году. Однако продажи шли вяло, а сам автомобиль воспринимался общественностью как технический курьез.
Наглядно доказать преимущество нового вида транспорта смогла жена Карла Бенца Берта. Она без спроса мужа выгнала их гаража Motorwagen, как назывался первый трицикл Benz, взяла детей и направилась к своей матери из Мангейма в Пфорцгейм. Храбрая Берта преодолела в пути 106 километров, а главной проблемой стал дефицит бензина.
Женщина буквально сметала из аптек весь имевшийся там бензин, чем вызывала гнев аптекарей — ждать новых поставок антисептика приходилось довольно долго. В какой-то момент фрау Бенц столкнулась с полным отсутствием бензина в аптеке одного из городков — спасительная склянка с топливом нашлась у врача! Тем не менее Берта доказала, что автомобиль годится для дальних поездок не хуже, чем карета.
Тем временем маховик продажи постепенно раскручивался. Если с 1886 по 1893 год было продано всего 25 единиц Benz, то за один только 1893 год, когда дебютировала более дешевая модель Victoria, своих покупателей нашли 45 автомобилей. Одновременно производство своих самобеглых экипажей налаживали инженеры и в других странах: все новые автопроизводители появлялись в Италии, Франции, Великобритании и, конечно же, США. Машин на дорогах становилось все больше, они требовали все больше бензина, а аптеки этот спрос, естественно, удовлетворить не могли.
Без аптек
Предприимчивые торговцы начали открывать специализированные магазины, где можно было купить бензин в относительно больших объемах, но заправка автомобиля все равно была занятием малоприятным. Топливо отпускалось порционно в ведрах или канистрах, а никаких устройств по его перекачке в бак не существовало, поэтому заправка все равно занимала много времени.
Ждать появления специализированной заправочной станции пришлось довольно долго — первую открыл в 1907 году в Сиэтле нефтяной гигант Standart Oil. Причем помимо продажи топлива она предлагала и заправку его в автомобиль, для чего на станции были установлены ручные помпы.
Великий российский инженер Владимир Григорьевич Шухов больше всего известен обывателям благодаря Шуховской башне на Шаболовке, но любой нефтяник знает его, как первооткрывателя крекинга.
Несмотря на то, что Шухов так и не стал первым в мире, построившим промышленную крекинговую установку, в СССР первенство принадлежит именно ему. На фото крекинговая установка одного из нефтеперерабатывающих заводов России.
Изобретенный Генри Фордом принцип конвейерного производства довольно быстро был адаптирован конкурентами Ford Motor Co. Это и открыло путь к массовой автомобилизации США, а затем и Европы. На фото завод Chevrolet.
Заправка автомобиля Renault на одной из АЗС в Москве. Несмотря на заметное отставание автомобилизации СССР от США и Европы, первые автоматизированные заправки появились в стране еще в 1920-е годы.
В США взрывной рост числа заправок пришелся на 1920-е годы, но и Европа не сильно отставала.
Но настоящий прорыв случился лишь в 1910-е годы, когда Генри Форд внедрил на своем заводе в Дирборне, штат Мичиган, конвейер, позволивший в два раза уменьшить цену Ford Model T. Это мгновенно в разы увеличило продажи. Миллионы автомобилей на дорогах США требовали топлива, число АЗС в США стремительно выросло. Если в 1921 году в Штатах насчитывалось около 12 тысяч станций, то 1929 году — уже более 143 тысяч.
Нарастить объем производства бензина удалось благодаря изобретению нового метода нефтепереработки, который увеличил выход бензина из нефти, — крекинга, высокотемпературной переработки нефти с последующим получением продуктов меньшей молекулярной массы. Крекинг значительно увеличивает выход бензина из нефти. Благодарить за него следует инженера Владимира Шухова и его помощника Сергея Гаврилова.
Несмотря на то что Шухов запатентовал свое изобретение, первую промышленную крекинговую установку построили в США в 1915 году. Ее автором стал Уильям Бертон. Шухов же смог реализовать свои идеи в промышленных масштабах лишь в 1931 году, когда заработало предприятие «Советский крекинг».
По мере развития двигателей внутреннего сгорания к бензину выдвигались все новые и новые требования. По мере увеличения степени сжатия силовых агрегатов росло и октановое число бензина — его стойкость к самовоспламенению при сжатии, взрывоопасность.
Бензин АИ-100 используется не только гоночной командой Lada Sport, но и всеми остальными участниками чемпионата и кубка страны по кольцевым гонкам.
Несмотря на увеличение октанового числа всего на две единицы, создание бензина АИ-100 потребовало значительного изменения пакета присадок.
Топливо, которое еще недавно использовалось исключительно для гоночных автомобилей, теперь стало доступно и для обычных автомобилистов.
Погоня за октановым числом
Однако одноразовая перегонка нефти не позволяет получить продукт с высоким октановым числом. Максимально возможное число, как правило, не превышает 70-80 единиц. Чтобы повысить октановое число, в бензин добавляют высокооктановые компоненты (метиловый и этиловый спирт) и антидетонаторы в незначительных количествах (до 0,3 процента). Такой бензин называют этилированным.
Однако в 1970-е годы в большинстве стран мира полностью от него отказались в пользу метилтретбутилового эфира на волне борьбы за чистоту воздуха. Дело в том, что этилированный бензин в основном получали с добавлением очень опасного для здоровья человека токсичного антидетонатора — тетраэтилсвинца. Помимо своей токсичности тетраэтилсвинец оказывает пагубное воздействие на каталитические нейтрализаторы выхлопных газов, которые стали тогда появляться на автомобилях.
Долгое время существовало всего четыре вида этилированного бензина: АИ-80 (так же известный в некоторых странах как «Нормаль»), АИ-92 («Регуляр»), АИ-95 («Премиум») и АИ-98 («Супер»). Совершенно особенные требования к бензину выдвигал автоспорт, где высокофорсированные двигатели появились еще в 1950-е годы. В США довольно быстро перешли на топливо на спиртовой основе, а вот в Европе продолжали гоняться на бензине, увеличивая его октановое число. «Сотый», «сто первый» и «сто второй» бензин в спорте стал обычным делом. Топливо с октановым числом 103 используется, например, в «Формуле-1».
Не так давно бензин с октановым числом выше чем 98 стал появляться и на обычных заправках. Например, компания «Роснефть» вывела на рынок топливо Pulsar-100. Причем для создания нового бензина пришлось значительно изменить компонентный состав топлива по сравнению с бензином АИ-98-К5. Новый бензин содержит увеличенное количество компонентов, предотвращающих образование отложений, и многофункциональную моющую присадку, которая обеспечивает чистоту топливной системы в процессе работы двигателя прямого впрыска.
Несмотря на то что топливо разрабатывалось для массового использования в дорожных машинах, его характеристик достаточно для применения и в автоспорте. В частности, Российская Серия Кольцевых Гонок (РСКГ) использует бензин Pulsar-100 в качестве единственного топлива во всех гоночных классах. А речь идет о высокофорсированных атмосферных и турбированных двигателях.
Причина появления «сотого» бензина на обычных заправках кроется в широком распространении высокотехнологичных двигателей с турбонаддувом и непосредственным впрыском. Последний чувствителен к качеству топлива и, в частности, не переносит высокого содержания серы.
Бензин Pulsar-100 с моющими присадками позволяет, в частности, избежать закоксованности форсунок и сокращает время впрыска. Это подтверждено стендовыми испытаниями компании BASF с использованием двигателя BMW с прямым многоточечным впрыском. И это, по-видимому, не конец. Чем сложнее становятся двигатели под давлением ужесточающегося законодательства, регулирующего выбросы вредных веществ и расход топлива, тем более высокие требования предъявляются и к топливу.
Материал подготовлен при содействии ПАО «НК Роснефть»
