Заправка горючим в воздухе (фото Ю. Королева)
¦¦Р

ОБЫКНОВЕННОЕ ВЕЩЕСТВО
КЕРОСИН
— Писать о керосине — что может быть несовременнее! Конечно, «телегу обижать не надо, телега сделала свое», и керосин — эта «телега» нефтехимии — тоже. Но что может быть интересного и нового в этом заурядном веществе, которому даже в учебниках отведен в лучшем случае абзац?..
Публикуемые заметки призваны опровергнуть широко распространенное мнение о керосине как веществе из прошлого. Керосин заслуживает внимания хотя бы потому, что эта бесцветная с характерным (не особенно приятным) запахом горючая жидкость трижды в течение одного столетия властно вторгалась в жизнь человечества, играя в ней разные, но неизменно первостепенные роли.
1. ФОТОГЕН
«Керосиновый период» — именно так в истории нефтяной промышленности называют последние четыре десятилетия XIX века. Насколько оправдано это название, можем судить по сохранившейся с того времени технической литературе.
Маленькая книжица с ятями и ерами. «Нефть и что из нея получается». Автор — инженер Я. Я. Никитинский. Издана в Москве в 1880 году. На странице 28 читаем:
«Переработка нефти главным образом направлена на получение именно керосина, который начал употребляться для освещения с конца пятидесятых годов и теперь идет для этой цели в громадных количествах. С каждым годом употребление керосина все более и более распространяется; это и понятно: стоит только сравнить стоимость освещения керосином и другими материалами. Стеариновой свечи... сгорает в час на 1,5 копейки, сальной свечи... на 1,2 копейки, а керосина, при
такой горелке, которая светит все равно, что 6 стеариновых свечей вместе — немногим более чем на 0,3 копейки».
Правда тут же, несколькими строками ниже, находим предостережение:
«С увеличением употребления керосина возрастает число несчастных случаев от его воспламенения, для предупреждения которых необходимо: во-первых, уметь испытать доброкачественность керосина, и, во-вторых, — правильно сжигать его в лампах».
Далее следует наставление, как испытывать и правильно сжигать керосин...
Керосин ставил проблемы. Впрочем, само слово «керосин» в то время только входило в употребление. Чаще пользовались другим словом «фотоген», которое переводится как «свет рождающий». А химически фотоген был той же самой смесью жидких углеводородов нефти, кипящих при температуре от 150 до 300°С, плюс незначительные добавки органических соединений других классов — нафтеновых кислот, смол и т. д. Фотоген получали перегонкой нефти.
Первый в мире нефтеперерабатывающий завод был построен в 1745 году в России, на реке Ухте. История сохранила имя его основателя — Федора Прядунова. Но не Ухтинское, а Бакинское нефтяное месторождение приобрело наибольшее значение в XIX веке.
Первый нефтеперегонный завод на Апшероне появился в 1836 году. «В 15 верстах от Баку, у подножья грязного вулкана Бог-Бога и до сих пор стоят какие-то развалины, которые по преданию суть остатки фотогенного завода, на котором горный инженер Воскобойников производил перегонку  нефти  примерно  в   1836—
4       Химия  и Жизнь, № 8

Керосиновая батарея одного из бакинских заводов. 1924 год
1837 гг.» Так говорится в изданном в 1890 году в Тифлисе «Обзоре фабрик и заводов Закавказского края». Завод Н. И. Во- скобойникова просуществовал недолго. В 1839 году он прекратил существование из-за трудностей в перевозке и. хранении перегнанной нефти и, видимо, из-за недостаточного спроса на продукцию, хотя в сутки на этом заводе получали не больше пяти пудов перегнанной нефти.
И вряд ли справедливо называть этот завод «фотогенным», как, впрочем, и большой— в масштабах XIX века — завод, основанный В. А. Кокоревым в 1859 году.
Первый в Баку собственно керосиновый завод был построен в 1863 году азербайджанцем Джавадом Меликовым. На этом заводе впервые в нефтеперерабатывающей промышленности были использованы холодильники, в которых конденсировались перегнанные нефтепродукты. И этот завод просуществовал недолго, но не из-за малого спроса на фотоген — он попросту не выдержал конкурентной борьбы, ареной которой уже становился Баку. Позднее крупный российский нефтепромышленник
20
В. И. Рагозин писал:
«Джавад Меликов, этот темный необразованный человек... является истинным пионером фотогенного производства на Апше- ронском полуострове. Как все люди, которыми овладевала идея, он во всяком начинании видел только средство воплотить идею, и бакинцам казался чудаком и странным человеком. Еще бы не казаться странным, когда человек не искал наживы: отдал до последней копейки все, что имел, не думая о завтрашнем дне, лишь бы достигнуть цели. В истории развития технических производств мы часто встречаемся с подобными чудаками, которые дают толчок производствам, двигают их вперед, но сами остаются не у дел и погибают в нищете и неизвестности...»
Вплоть до 1900 года производство фотогена неизменно росло. Но затем в связи с развитием автомобилестроения и электротехники керосин начинает отступать на второй план, а на первый — среди всех нефтепродуктов — выдвигается бензин, тот самый бензин прямой гонки, который до 1883 года бакинские нефтепромышленники

выливали в море или жгли в ямах. Позже, когда появились процессы крекинга, в бензин стали превращать даже часть получаемого керосина. Фотогена! И это громкое эффектное слово стало со временем забываться.
Тем не менее, осветительный керосин и в наше время кое-что значит. Его производят и для внутренних целей, и на экспорт. Несколько лет назад в Баку даже была защищена диссертация по осветительному керосину. Аспирант из Индии Кришна Палаваджхала Венката избрал тему — «К разработке технологии производства осветительного керосина для Индии».
Осветительный керосин отличается большим содержанием насыщенных углеводородов метанового ряда — от нонана СН3(СН2)7СН3, кипящего при 150,8°С, до гептадекана СН3(СН2)15СН3 с температурой кипения 302,7°С — и ароматических соединений, придающих пламени большую яркость.
Слово «керосин», как и «фотоген», — греческого происхождения, «^poz» по- гречески — воск.
2. НА ТРАКТОР!
В 1891 году русский инженер В. Г. Шухов изобрел крекинг-процесс, который лег в основу важных методов промышленной переработки нефти — термического и каталитического крекинга. В ходе этих процессов под действием высоких температур, усиленным давлением или присутствием катализатора, молекулы тяжелых углеводородов расщепляются и превращаются в более легкие — предельные и непредельные. Например, содержащийся в керосине гексадекан С16Н34 при крекинге распадается на октан СвН^ и октилен СвН^. В нефтепродуктах, полученных крекингом, непредельных углеводородов всегда намного больше, чем в продуктах, полученных прямой гонкой.
Сейчас крекингу подвергают самые тяжелые фракции нефти. Но было время, когда спрос на осветительный керосин сначала стабилизовался, потом стал падать, а потребности в бензине все росли. Тогда на крекинг-установки отправляли значительную часть полученного керосина.
Крекинг позволил довести выход бензина до 50% первоначального веса нефти, а иногда и больше.
В наши дни крекингом получают и ке
росин. Видите, как сложны «взаимоотношения» керосина и крекинг-процессов: они и создают и уничтожают его. К крекинг- керосиновому противоречию мы еще вернемся, а пока снова перенесемся в прошлое, в начало тридцатых годов нашего века, когда страна Советов только 'осваивала крекинг в заводских масштабах. Чем тогда был керосин?
Академик И. М. Губкин («Учение о нефти», 1932 год):
«Керосином мы пользуемся как осветительным материалом, вытеснившим из наших деревень знаменитую лучину, спутницу физической и духовной темноты деревни старой России. Кроме того, в городах им пользуются как горючим веществом для примусов и других видов горелок. В последние годы керосин нашел себе большое применение в сельском хозяйстве; в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания — в тракторах или других сельскохозяйственных машинах — керосин окончательно вытесняет из употребления историческую соху и значительно облегчает непомерно тяжелый труд крестьянина... и ведет непримиримую борьбу с кулаком».
Сказано немного высокопарно, но точно.
В этой же книге можно найти лучшее описание непрерывной керосиновой батареи — установки, с помощью которой из бакинских нефтей извлекали до 35% керосина. Сейчас эти батареи — прошлое нефтепереработки, их сохранились единицы, потому что трубчатые установки для непрерывной перегонки нефти намного совершеннее. Но в те годы, когда лозунгом дня был призыв «Молодежь — на трактор!» (а именно тогда было написано «Учение о нефти»), непрерывные батареи были главным производителем керосина — уже не только «фотогена», но и горючего для тракторов.
Непрерывная керосиновая батарея состояла из 15—20 перегонных кубов, установленных в ряд таким образом, чтобы каждый следующий куб был сантиметров на пятнадцать ниже предыдущего и нефть могла передвигаться по системе самотеком. Прежде чем попасть в первый куб, сырая нефть проходила через подогреватель. Здесь она нагревалась до 100—120°С, и самые легкие ее фракции начинали отгоняться. Их отводили в холодильники, а нефть шла в первый куб, затем во второй, третий и так далее.
В каждом следующем кубе температу-
4*
27

pa была выше, чем в предыдущем, и в каждом из них нефть «отдавала» соответствующую фракцию. Из последнего куба вытекал мазут, нагретый примерно до 300°С. Проходя по трубам подогревателя, он отдавал часть своего тепла сырой нефти. А дистилляты — парообразные нефтепродукты, полученные в каждом из кубов, конденсировались и сливались в сборники.
Из первых трех-четырех кубов получали бензин разных сортов. Продукцию кубов с пятого по тринадцатый (из пятнадцати) сливали в общие емкости — так получали неочищенный керосин. В двух последних кубах собирались легкие соляровые масла. Они нужны были не только как самостоятельный продукт, их добавками регулировали качество керосина — его внешний вид, удельный вес, температуру вспышки.
В полученном таким образом керосине, кроме углеводородов — предельных, непредельных, циклических, ароматических, — есть примесь нафтеновых кислот, смол, сернистых соединений. Все они, как, впрочем, и непредельные углеводороды, для керосина вредны. Не очищенный от них керосин горит коптя, а при хранении желтеет, в нем появляется осадок — непредельные углеводороды полимеризуются, смолы тоже твердый продукт, да и механические примеси не исключены.
Керосину как горючему двигателей внутреннего сгорания эти примеси опасны не только потому, что дают нагар. Некоторые из них, и в первую очередь органические кислоты и сернистые соединения, способствуют коррозии металла; особенно — при высоких температурах, развивающихся в процессе работы двигателя. Поэтому керосин обязательно подвергают очистке в специальных аппаратах. Его счищают сначала крепкой серной кислотой, затем едким натром. Стадию очистки проходит и керосин, полученный в современных трубчатых установках для непрерывной перегонки нефти.
Об этих установках рассказывать не будем, их описание и схема есть в школьном учебнике органической химии.
3. РЕАКТИВНОЕ ТОПЛИВО
Какими только прозвищами не награждали ПО-2 — немало потрудившийся до войны и в годы войны маленький биплан конструкции  Н.  Н. Поликарпова. «Небес
ный тихоход», «кукурузник», даже «керосинка»... Последнее, кстати, совершенно не верно. ПО-2 летал на чистом авиационном бензине, а керосинкой скорее можно назвать ТУ-104 или любой другой современный реактивный лайнер.
Краткая химическая энциклопедия, том IV, год издания 1965:
«Наиболее распространенными топ л ивам и для реактивных двигателей являются керосиновые фракции нефти...»
Этим и объясняется «крекинг-керосиновое противоречие», упомянутое в предыдущей заметке: в последние десятилетия потребность в керосине многократно увеличилась. В качестве реактивных топлив используют почти исключительно керосин прямой гонки, а на другие цели идет и керосин, полученный крекингом.
Почему авиаконструкторы предпочли вдруг керосин проверенному бензину? Прежде всего потому, что для разных типов двигателей нужны разные топлива. Качество топлива для карбюраторных двигателей определяется в первую очередь октановым числом — показателем детонационной стойкости — и теплотворной способностью, которая у большинства жидких углеводородных топлив примерно одинакова. Сравнительно большая летучесть бензина для двигателей этого типа скорее подспорье, чем помеха.
Реактивный двигатель, в принципе, очень прост. В камеру сгорания поступает сжатый воздух. Туда же через форсунку впрыскивается жидкое топливо. Образующаяся смесь воспламеняется и моментально сгорает, при этом развиваются температуры порядка полутора-двух тысяч градусов, и продукты горения вместе с неиспользованным воздухом приобретают огромную кинетическую энергию. Вырвавшись из камеры сгорания, они с большой скоростью выбрасываются через сопло — так создается реактивное движение.
Для этих двигателей октановое число топлива уже не имеет решающего значения. Здесь важны прежде всего его физико-химические свойства, а по ним (в условиях нынешнего, по старым меркам — сверхскоростного, сверхвысотного и сверхдальнего полета) бензин «не проходит». Для реактивной авиации совершенно неприемлемо поведение бензина в условиях повышенных  температур   и   пониженных
28

давлений. Температура кипения керосинов при нормальных условиях — от 150 до 315°С, а бензинов — от 40 до 180°С.
Если бы реактивные самолеты летали на бензине, их «потолок» был бы намного ниже. Или пришлось бы сверхтщательно герметизировать баки и топливную систему, а это — усложнение конструкции, увеличение веса.
При полете с большими скоростями топливо заметно нагревается. Даже при скоростях меньше скорости звука в топливных насосах и топливно-масляном радиаторе оно может нагреться до 100—120сС. Но ведь есть еще и аэродинамический нагрев— от трения самолета о воздух, и чем больше скорость, тем этот нагрев больше. При скорости, равной двум М*, температура топлива поднимается до 200—230сС. Ясно, что в таких условиях бензин — совсем не подходящее топливо. Он закипит, а результат — потери, паровые пробки в топливной системе, огромная пожароопас- ность.
Низкая температура кипения бензина стала одной из причин появления авиационных керосинов. Причина важная, но далеко не единственная. К реактивным топливам предъявляются десятки требований, ГОСТ на них, напечатанный мель- • чайшим шрифтом, занимает несколько страниц. И всем этим требованиям удовлетворяет тщательно очищенный керосин прямой гонки с определенными присадками. Назначение присадок — улучшить то или иное из эксплуатационных свойств.
К тому же, нельзя забывать об экономике. Реактивное топливо расходуется в огромных количествах. Современный реактивный двигатель за час работы «пожирает» до 18 тонн горючего! А при перегонке нефти бензина образуется намного меньше, чем керосина.
Важнейший способ улучшения качества реактивных топлив — гидроочистка. Когда слышишь это слово впервые, кажется, что оно означает очистку водой — гидро... Но вода тут ни при чем: гидроочистка — процесс гидрирования, насыщения водородом. Водородом облагораживают различные соединения, содержащиеся в нефтепродуктах. Процесс этот — каталитический, он идет   при   температуре 300—425СС   и   под
* М — число Маха, отношение скорости полета аппарата к скорости звука, равной при 0сС и атмосферном давлении примерно 1195 километрам в час.
29
давлением водорода от 4 до 70 атмосфер. В ходе гидроочистки непредельные соединения, склонные к полимеризации и образованию осадка, «насыщаются» водородом и превращаются в предельные. Частично разрушаются циклические молекулы, а это тоже хорошо — ароматические углеводороды дают больший нагар, чем углеводороды метанового ряда, и их содержание не должно превышать 20—25%.
В реактивных топливах, даже полученных из сернистых нефтей, не должно быть элементарной серы, ГОСТом ограничивается и содержание сернистых соединений— не больше 0,25%. Это понятно: и сера и сернистые соединения — коррозион- ноактивные вещества. В процессе гидроочистки элементарная сера и большая часть связанной серы превращается в сероводород и удаляется из топлива.
Может возникнуть вопрос: почему используется керосин, а не более тяжелые нефтяные фракции? Ведь при скорости от трех М и выше аэродинамический нагрев может «вскипятить» и керосин.
В этом случае приходится идти на усложнение конструкции. Можно, конечно, воспользоваться более тяжелым углеводородным топливом, хотя распылять его через форсунки намного сложнее.
В гражданской авиации такое топливо пока не применяется. Есть в нашей стране топлива «расширенного фракционного состава», но они ближе к бензину, чем к дизельным топливам. Назначение этих топлив — расширить топливные ресурсы реактивной авиации. У этих топлив немало достоинств, но эталонным по-прежнему считается Т-1 — реактивное топливо типа керосина.
Так «фотоген» превратился в горючее для реактивных самолетов. И ракет — тоже. Известно, что в американских ракетах «Атлас» горючим служит смесь керосиновой и бензиновой фракции нефти, а первые ступени ракет «Сатурн» и «Авангард» работают на чистом керосине.
Вот каков сегодня диапазон применения керосина: от примусов — до реактивного лайнера, от старинных ламп — до космических ракет.
Интересно, чего у нас сейчас больше: керосиновых ламп или реактивных самолетов?
Инженер В. В. СТАНИЦЫН