Минимизация воздействия силы трения — одна из самых актуальных задач в истории техники со времен изобретения колеса. Существуют археологические свидетельства использования смазочных материалов еще на заре египетской и шумерской цивилизаций. В начале промышленного переворота XVII века в качестве смазочных материалов применялись животные, растительные и минеральные масла, использование которых, впрочем, уже совсем скоро — с появлением более сложных механизмов — стало неэффективным.
Так был запущен процесс активного научного поиска, и сегодня мы расскажем об основных вехах в истории смазочных материалов.
Первопроходцы
Как правило, процесс создания первых «смазочных композиций» сводился к смешению различных веществ все с теми же животными и растительными маслами, однако некоторые рецептуры, например, такие как у запатентованной смазки британца Джозефа Джона Долана, напоминали скорее составы снадобья средневекового алхимика: «Зеленые листья растительной субстанции, называемой лавром; зеленые листья растительной субстанции, называемой плющем; соленокислая соль ртути; субнитрат висмута; сульфат меди; сульфат цинка; сурьмяной винный камень; жир гренландского или южного кита; оливковое масло; семенное масло; пальмовое масло; растительная субстанция, называемая каучуком; обычное коричневое мыло; белый перец; свинцовые белила; обычная соль и порошкообразные квасцы; графит».
В Россию промышленная революция пришла позже, чем в Европу, — после отмены крепостного права и последовавшим за этим проведением масштабных социально-экономических реформ. Однако в 1879 году из 1229 российских фабрик 754 (61,7%) уже применяли паровые двигатели. Для обслуживания все более сложной техники с середины 1860-х годов на российский рынок стали завозить смазочные материалы из Германии, Бельгии, Голландии. Их стоимость была достаточно высока, а качество оставляло желать лучшего.
Российские инженеры и предприниматели настойчиво искали выход из создавшегося положения. В ряде отраслей нефтяные остатки керосинового производства использовали в смесях с сурепным и касторовым маслами, свиным жиром, графитом, воском. Такие смазки отпугивали покупателя своим цветом и запахом, но привлекали дешевизной. Так же как в производстве осветительных составов керосин постепенно заменил растительные масла, нефтяные смазочные масла шаг за шагом вытеснили животные.
Первый шаг в создании принципиально новой технологии получения нефтяных масел в России был сделан муромским купцом Федором Смоляниновым. В 1865 году в Астрахани он построил небольшой завод по производству смазочных материалов из остатков керосинового производства. Сырье он доставлял на парусных судах из Баку. Нефтяные остатки загружались в котел с крышкой, вмазанный в печь и обогреваемый «голым» огнем, затем в котел прибавляли бараньего жира, сала и сурепного масла и продолжали нагревать еще несколько часов для удаления летучих веществ. Получаемый продукт представлял собой густую мазь, предназначенную для смазки колесных осей, паровозных и вагонных букс.
Почин Федора Смолянинова поддержали промышленники в других регионах, однако объемы выпуска смазочных материалов были сравнительно невелики — и, как правило, их сбыт не выходил за пределы нескольких губерний. Эффективная промышленная технология масляного нефтяного производства ждала своего часа.
Олеонафты Виктора Рагозина
Революция в «масляном деле» связана с именем предпринимателя и изобретателя Виктора Рагозина. К проведению первых опытов по разложению нефтяных остатков он приступил в 1873 году в лаборатории, организованной прямо на частной квартире в Нижнем Новгороде. Так как существовавший в то время акцизный налог на керосин фактически не позволял воплотить новую технологию в жизнь, в начале 1874-го ученый-предприниматель обратился с письмом к министру финансов России Михаилу Рейтерну. Дело дошло до императора Александра II, и 6 ноября 1874 года появилось «Высочайшее повеление о производстве опытов на вновь устраиваемых фотогеновых заводах». На основании высочайшего решения в 1875 году Виктор Рагозин построил в Нижнем Новгороде опытный завод, где окончательно отработал технологический процесс получения смазочных масел.
Мазут нагревался до 300°С, через него пропускали перегретый водяной пар, который увлекал за собой масляные фракции в холодильное устройство, где они отделялись от воды. Затем следовала операция кислотно-щелочной обработки дистиллята. Эффективность технологии дала основания для создания массового производства смазочных масел на базе нового современного завода в небольшом уездном городе Балахне в 40 км от Нижнего. Продукция Балахнинского завода получила название «олеонафты» и имела весьма широкий спектр применения. Заслуженной оценкой высокого качества «олеонафтов» стало присуждение им золотой медали Всемирной выставки в Париже в 1878 году.
Это позволило решать принципиальную, по мнению Виктора Рагозина, задачу продвижения российских нефтепродуктов на зарубежные рынки. «Русский фабрикант вселял так мало доверия, что в 1876 году я прожил шесть месяцев за границей и успел убедить только две небольшие фабрики ввести в употребление русское масло. Через четыре года положение было неузнаваемо», — вспоминал предприниматель. Действительно, сразу после парижского успеха до конца 1878 года Рагозин сумел поставить во Францию нефтяных смазочных масел на 770 тыс. франков, а в 1880 году весь Военно-морской флот Франции перешел на употребление русских «олеонафтов».
В 1879-м Виктор Рагозин приступил к строительству нового нефтеперегонного завода в селе Константиново под Ярославлем. Здесь получили путевку в жизнь оригинальные установки талантливого изобретателя Василия Калашникова, такие как перегреватель пара, доводящий температуру до 400°C, воздуходувная машина для перемешивания струями воздуха масел при обработке их серной кислотой. На Константиновском заводе доктор химии Густав Шмидт реализовал научную работу технолога Александра Летнего по получению ароматических углеводородов способом глубокого разложения нефти. Здесь же успешно была применена очистка масляных дистиллятов серной кислотой и раствором едкого натра. Именно на Константиновском заводе впервые произошло разделение смазочных масел на индустриальные, моторные и трансмиссионные.
Однако, как нередко бывало в России, большой успех породил зависть и противодействие. С горечью писал Виктор Рагозин, что его деятельность протекала в «борьбе с препятствиями легальными, экономическими, с непониманием, равнодушием и невежеством». Полное перекрытие путей для получения необходимых заемных средств и собственные тактические ошибки предпринимателя в управлении финансовыми потоками, неоправданное расширение числа акционеров привели к компанию к «несостоятельности». Однако предыдущие успехи Виктора Рагозина оказались убедительными для многих русских промышленников.
В 1879 году в России насчитывалось 19 нефтеперегонных предприятий, перерабатывающих бакинский мазут в смазочные масла по технологии Константиновского завода. Тогда же в борьбу за неофициальное звание лидера производства смазочных масел вступило Товарищество нефтяного производства братьев Нобель, создавшее в 1881 году на площадке своего бакинского нефтеперегонного завода специализированное масляное отделение. В 1884 году там по проекту инженера Яльмара Круселя был сооружен гигантский для того времени масляный куб емкостью около 9 тыс. пудов, прозванный рабочими «Иван Грозный». В 1885 году Товарищество нефтяного производства братьев Нобель выпустило 671 тыс. пудов нефтяных смазочных материалов, по праву став лидером масляного производства в стране. В 1912 году в структуру компании Нобелей вошел и Константиновский завод, после чего товарищество заняло ведущие позиции в производстве смазочных масел и на мировом рынке. Во время Первой мировой войны оно стало основным поставщиком смазочных материалов для российской армии.
Во многом такому успеху товарищества способствовало умелое привлечение к работе ведущих российских инженеров и ученых. В частности, лабораторию концерна возглавлял один из авторитетнейших ученых и практиков того времени — доктор химии Лев Гурвич, который организовал процесс входного контроля и регулирования качества перерабатываемой нефти, а также четкого контроля качества показателей основных свойств товарных масел.
Революция 1917 года и Гражданская война отбросили масляную промышленность, как и в целом экономику страны, на десятилетия.
Свое и заимствованное
Основу национализированной масляной промышленности Советской России составляли устаревшие кубы, батареи и очистные установки, на которых производились плохо очищенные и малоустойчивые масла. Поэтому после решения первоначальной задачи увеличения пропускной способности кубовых батарей за счет их восстановления и реконструкции вскоре появилась более глобальная цель — существенное изменение технической базы масляного производства. Сначала на мазутоперегонных кубовых батареях стали устанавливать головные трубчатые печи, что увеличило их пропускную способность почти наполовину. Затем была построена первая опытная советская вакуумная трубчатая установка для перегонки гудронов и извлечения тяжелых смазочных масел, которая стала прообразом промышленной вакуумной трубчатки, построенной по проекту инженера Вениамина Гурвича.
Научная база для совершенствования технологий производства, в том числе и смазочных материалов, создавалась в образованном в 1925 году Государственном исследовательском нефтяном институте при ВСНХ, первым директором которого стал профессор Иван Губкин. В 1929 году при Главгортопе ВСНХ СССР была создана и специальная Комиссия по рационализации масляного дела в нефтепромышленности.
Интенсивность программы индустриализации заставляла обращать внимание инженеров-нефтепереработчиков в первую очередь на освоение зарубежного технического опыта. В рамках договора, заключенного с советской внешнеторговой организацией «Амторг», американская компания Max Miller обязалась на опытном заводе в присутствии советского специалиста осуществить весь процесс изготовления авиационного масла из сураханского мазута. На основании полученных результатов заокеанские специалисты разработали проект масляного завода, оборудование для которого через «Амторг» было закуплено в США. Предприятие было построено в 1932 году в Баку.
Развивала Страна Советов и собственные технологии. С апреля 1933 года — на базе Центрального института авиационных топлив и масел (ЦИАТИМ). Например, в середине 1930-х годов в стране был начат выпуск пластичных смазок, применяемых в таких узлах трения, где использование жидких масел было затруднено или невыгодно. Однако проблема качества продукции советских нефтеперерабатывающих заводов не теряла актуальности, и в сентябре 1934 года Совет труда и обороны СССР принял постановление «О мероприятиях по улучшению качеств автотракторных и индустриальных масел», запустившее процесс разработки новых стандартов на горюче-смазочные материалы. В декабре того же 1934-го в Баку состоялась и первая Всесоюзная научно-техническая конференция по производству и потреблению смазочных масел, участники которой констатировали, что сернокислая очистка уже не удовлетворяет новым требованиям к качеству масел по индексу вязкости, стабильности и температуре застывания. Ответом на этот вызов стало строительство в ЦИАТИМе опытной установки селективной очистки, а затем и промышленных установок селективной очистки на заводах, обеспечивавших получение масел стандартных качеств из любого вида сырья, а не только из специальных, дефицитных сортов нефти. В 1936 году в СССР были введены новые, расширенные стандарты на авиационные масла и автолы, а знаковым событием 1939 года стал ввод в эксплуатацию Грозненского нефтемаслозавода им. А. Шерипова мощностью 20 тыс. тонн авиационных масел в год, построенного на оборудовании, вновь закупленном у Max Miller.
К концу 1930-х годов производство масел сосредоточилось на нефтеперерабатывающих заводах в Баку, Грозном, Орске, а также на Константиновском заводе в Ярославской области, заводе им. 26 Бакинских Комиссаров в Горьковской области и Московском нефтемаслозаводе. Которые, впрочем, все равно не могли полностью удовлетворить потребности промышленности и транспорта страны. Для решения проблемы был запущен процесс развития в СССР системы регенерации отработанных масел. Сбор вторсырья был спланирован из расчета 40% от потребления в 1940 году и 80% в 1941-м. С I квартала 1940 года предполагалось начать внедрение регенерационных установок — как стационарных, так и передвижных, — в МТС, совхозах, городских автохозяйствах, а также на крупных и средних предприятиях. Однако начавшаяся война разрушила эти планы.
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».
