Развитие российской химической промышленности на протяжении XVII-XX веков

Предисловие. Предпосылки и зарождение химической промышленности

История российских химических производств, это некий сплав историй людей, купцов, предпринимателей, благодаря которым поэтапно создавались сначала промыслы, а затем и химическая промышленность. Она неразрывно связана с российской научной школой, которая хоть и появилась позднее европейской и была незначительной, но оказала достаточное влияние на формирование технологий и фундаментальной химии.

В статье о развитие отрасли нельзя упомянуть и историю возникновения добычи нефти, газа, как ценных источников сырья. В 21 веке мы можем смело утверждать что без современной химической промышленности невозможен высокий уровень жизни населения. Люди не задумываются о том, что используют в быту открытия сделанные учеными в свое время.

Как неандертальцам трудно было прожить без огня, который поддерживали на протяжении тысяч лет, так и сейчас трудно представить себе сельское хозяйство без минеральных удобрений и средств защиты растений, транспортное средство без резиновых шин, а медицину без лекарственных препаратов. Человечество накапливало практические знания о химических элементах и соединениях на их основе, добываемых в природной среде и успешно пользовались ими в своей жизнедеятельности. Вот некоторые из них.

• Природными красителями делали пиктографы -рисунки на камнях изображавшие животных, сцены охоты. Найденные на плато Тассилин-Аджер в Алжире пиктографы имеют возраст 8000 лет. Красители делали на основе охры, железа, чернила получали из сажи, сока черники, каштана и бузины. Финикийцы в античности слыли искусными мастерами по получению краски пурпур, которую извлекали из различных видов моллюсков-иглянок. Пурпур стоил очень дорого и для окраски 1 кг шерсти нужно было собрать 30000 штук моллюсков. Лак получали из смолы-шеллак, выделяемой из жука червеца-лакового.
• Для уходом за телом использовали воск, яблочный уксус, знали секрет 400 видов масел.
• Клей варили из рыбьих и говяжьих костей.
• При лечении заболеваний древние египтяне применяли: анастетик (полученный из каирского мрамора и уксуса), хлорный эфир, гипс.
• В кожевенном промысле применяли кору ивы, мел, известь и мочу для дубления
• Подземные накопительные резервуары покрывали составом содержащим серебро для сохранения свежести воды.
• В гончарном деле применяли сок одуванчика, который помогал изделию быстро высохнуть
• Для производства «греческого огня» применяли пирит, битум. При производстве пороха использовали селитру.
• Древние египтяне добывали золото, серебро, свинец, олово, железо, медь, ртуть. Первые деньги, появившееся во времена лидийского царя Гигеса делали из пактола: природного сплава золота и серебра.

С 13 века в свободное от полевых работ время люди уходили «в промыслы» и производили растительное (смола, дёготь) и минеральное сырьё, например поташ. Поташ был очень дорогостоящим и стратегическим продуктом. Из одного куба дров можно было получить 0,5 кг поташа. Его использовали в мыловарении, в производстве стекла, для выделки кож, в ткацком производстве, для производства пороха. Одно из значений слова «майдан» означало место занятия поташным промыслом.

Постепенно складывались и центры промыслов. Архангельская и Вологодская области были основными местами получения поташа. Смоленская область являлась центром смолокуренного промысла (от «смола» появился Смоленск, т.е город смолян), селитру добывали в Поволжье, рядом с городом Болгар, на Урале, краску киноварь — в районе Горловки (Донецкая народная республика). Эти товары попадали в Европу и Азию благодаря морской торговле генуэзских купцов, имевших колонии в районе сегодняшнего Судака в Крыму. Морская торговля приносила большие барыши и боярам. Без селитры нельзя было изготовить порох, картины эпохи Возрождения были написаны русской киноварью, ею лечили кожно-венерологические заболевания. Смолу активно использовали при постройке различных кораблей.

Конец торговле в Крыму, которая приносила доход боярам, наступил в 1536 году когда Османская империя полностью завоёвыва-ла Крымский полуостров и перекрыла доступ к Великому шелковому пути и активной российской торговле. Спустя 150 лет Петру 1 придется заново выстраивать новую морскую торговлю на севере, через Балтийское море. Собственно химические производства в России появились при Петре I, который интересовался составами для фейерверков и «скорого зажигательного фитиля».

С указа Петра I от 1 марта 1718 года берет начало первое промышленное предприятие купцов Савёлова и Томилиных. Предприятие можно по праву назвать промышленным заводом, так как при нём изготавливалось большое количество химических продуктов: азотная кислота, купоросное масло — серная кислота, краска мумия, канифоль, гарпиус, скипидар. Всего химикалиев в 1724 году было выработано 170 тонн. Производство находились в Московском уезде.  Петр I был организатором в 1720 году первой химической лаборатории, находящуюся в ведении Берг-коллегии, прообраз сегодняшнего Ростехнадзора. В ней проводились анализы свинцовых, медных, оловянных руд и работал в ней иностранец Ганс Кос пор Дерфели.

Мануфактур-коллегия, учрежденная в 1718 году, организовывала химические производства по выпуску хромовых квасцов, калиевой соды, краски бакан для текстильных и кожевенных мануфактур. Количество работающих было небольшим, разделение труда было примитивным и они были ограничены по видам производства. Владельцы этих производств были освобождены от налогов и таможенных пошлин на покупаемые за границей инструменты и материалы, имели право покупать крестьян с землей и без земли. Мануфактур-коллегия оказывала помощь немногочисленным заводам и фабрикам необходимыми материалами, кредитами, машинами. Селитренный промысел стал государственным делом, появились промыслы на юге, в Астрахани, где и сейчас сохранились несколько поселков c таким названием.

Промышленный способ получения соды был впервые освоен в России. В 1764 году российский химик, швед по происхождению академик Эрик Густав Лаксман сообщил, что соду можно получить спеканием природного сульфата натрия с древесным углем. При этом протекает реакция: 2Na₂SO₄ + 3C + 2O₂ = 2Na₂CO₃ + CO₂­↑ + 2SO₂­↑. Поскольку природный сульфат натрия часто содержит примесь карбоната кальция CaCO₃, то этой реакции сопутствует вторая: CaCO₃ + C + Na₂SO₄ = Na₂CO₃ + 4CO­↑ + CaS↓. Последняя стадия процесса – выпаривание раствора, отфильтрованного от осадка CaS, и кристаллизация карбоната натрия. Лаксман реализовал получение соды по своему способу в 1784 году, на три года ранее, чем в Англии и Франции, на собственном стекольном заводе в Тальцинске недалеко от Иркутска.

К сожалению, дальнейшего развития этот способ не получил и вскоре был забыт. А ведь еще Петр I в 1720 году, отвечая на вопрос князя Голицына, зачем нужна «зода», писал: «Зодою умягчают шерсть». В 1780 году российский академик Гильденштедт отмечал, что «зуду можно почесть важным товаром в российской торговле. Стекольщики и красильщики много ее издерживают, а впредь еще и больше оной расходиться будет, когда больше станут делать белых стекол».

Рекомендуем к прочтению: Развитие российской химической промышленности начала XX века:

• Часть 1: Первая мировая война, НЭП
• Часть 2: индустриализация, репрессии
• Часть 3: третья пятилетка и военные годы

Химическая наука на рубеже XVII-XVIII веков

В культурном отношении Россия значительно отставала от Европы, где существовали Парижский, Кембриджский и Болонский университеты, игравшие колоссальную роль в просвещении. Высокий уровень образования способствовал появлению множества талантливых личностей, деятельность которых способствовала стремительному прогрессу знаний в естественных науках.

Что касается химии, то уже в 17 веке были известны имена таких ученых как Роберт Бойл, Ван Гельмонт и Никола Лемери, который дал определение химии, как «искусства разделять различные вещества, содержащиеся в смешанных телах». В 1717 году Петр I встречался в Париже с химиком Этьеном-Франсуа Жоффруа и привез таблицу «отношений тел» и трактат Н. Лемери «Курс химии», который выдержал 17 переизданий.

Со времен воцарения Романовых в Европу отправляли молодых людей с целью получения различных знаний. В основном требовались специалисты в аптекарском деле. До Петра I аптек было всего три, а первый аптекарь прибыл в Россию из Англии во времена Ивана Грозного, после установления государственных связей. Аптекарское дело было связано с получением различных веществ, и поэтому первыми российскими химиками были именно аптекари.

С появлением Славяно-греко-латинской Академии выпускников отправляли учится навыкам горного дела. Ломоносов М.В. и Виноградов Д.И. получили теоретические и практические навыки горного дела в университетах Лейпцига, Марбурга. Академия Наук в Санкт-Петербурге была открыта в 1724 году, но Ломоносову из за засилья шведских, немецких ученых в ней ему не нашлось никакой работы. Только с началом царствования Елизаветы в 1746 году его производят в профессора химии и он начинает читать лекции на русском языке по физике, химии. Ломоносов создал первую в России химическую научно-исследовательскую лабораторию при Академии Наук. В лаборатории он провел более 4000 опытов, которые проводились на высоком методологическом уровне. Ввёл название «cулема», обозначающее хлорид ртути. Ломоносов создал научное обоснование для физической химии, разработал фундаментальные основы для науки о стекле. Для мини-фабрики в своем имении в Усть-Рудице он сконструировал станки для их производства стекляруса, из которого делали пуговицы, запонки, броши, а позже цветники, вазы, литые столовых досок.

Знания производства изделий из стекляруса впоследствии будут забыты, но частная мозаичная мастерская А.А.Фролова в 19 веке сможет даже превзойти именитые итальянские мастерские, получив заказ на оформление Исакиевского собора и собора Спаса-на Крови. За работы по производству мозаики Ломоносов М.В. был избран членом Болонской Академии наук в 1764 году. Второй известный выпускник Славяно-греко-латинской Академии Д.И. Виноградов за 10 лет наладил производство высококачественного фарфора, а также зубо-врачебных изделий: зубов и зубных цементов. 

К середине 18 века российская химическая промышленность развивалась в основном количественно и характеризовалась в основном в двух формах: фабричной и кустарный. Фабрика была местом для освоения новых методов производства и технологических усовершенствований и производили товары для высшего общества. Кустари изготавливали товары для бедных слоёв населения используя достаточно простые операции, в основном те же промысловые товары.

Развитие химической отрасли в XIX веке

Химическая промышленность XIX века

XIX век породил основные критерии в химической науке и промышленности. Главным из которых стало производство серной кислоты и соды. Серная кислота имела широкое применение в металлургии, производстве красителей, кожевенном деле, текстильной промышленности и других отраслях.

В 1805 году в Московской губернии построен первый завод камерной серной кислоты, а к 30-м годам 19 века функционировали уже несколько заводов в Москве и Московской области. За период с 1830 по 1860 год возникают еще три крупных завода в других регионах России. В 1850 году начинает работу Кокшанский химический завод, а в 1870 году Бондюжский завод купца Петра Ушкова — крупнейший завод на территории сегодняшней Елабужской области, работающий на уральском колчедане, выпускавший серную кислоту, медный и железный купоросы, квасцы.

В 1875 году под Санкт-Петербургом начато строительство Тентелевского химического завода, основателями которого были два доктора химических наук Владимир Шнайдер и Александр Баг. Поначалу завод выпускал азотную, соляную кислоту, дезинфицирующие средства, а в начале 20 века также освоил производства серной кислоты контактным методом.

Производство соды, забытое почти на 100 лет будет освоено в Барнауле в 1864 году. Завод основал художник и предприниматель М. Пранг. В основе лежала технология Леблана. Продукция была очень востребована на территории Сибири.

Производство соды будет расти в 70-е годы 19 века из за спроса на стеклянные изделия, резиновые изделия и хлебобулочные изделия. На основе работ русских химиков в 1868 году промышленником Лихачёвым в г. Лаишеве Казанской губернии был построен аммиачно-содовый завод мощностью 2,5 т/сут, пущенный намного раньше подобных предприятий в европейских странах. Директор этого завода инженер — химик И.Я. Тисс, учитывая отсутствие в России производства аммиака, разработал способ, в котором аммиак получали переработкой отходов кожевенного производства. Технологический процесс в общих чертах состоял в растворении сухой поваренной соли в аммиачной воде и пропускании в рассол углекислого газа в аппаратах периодического действия. Для уменьшения потерь аммиака при его выходе из аппарата была усовершенствована система поглотителей. Однако из-за больших потерь соли и аммиака при их высокой стоимости завод просуществовал только 4 года.

В 1883 году крупный аммиачно-содовый завод производительностью 6 тыс. т соды в год был построен в Березниках на базе Соликамского месторождения поваренной соли, окончательно похоронив производство соды в России по методу Леблана в Барнауле. Инициатор строительства завода — владелец солеварен в районе Березников И. И. Любимов, во время одной из своих поездок за границу заинтересовался аммиачно-содовым производством и заключил с фирмой Сольве договор на 20 лет. Завод имел хорошее оснащение, располагал 12-тью паровыми котлами, 2 паротурбогенераторами. Количество работающих — 1250 человек.

Позже, в 1891 году, акционерное общество Любимов, Сольве и Ко откроет еще один завод в Донецке. По механизации отдельных звеньев производства в начале XX века завод находился на более высоком уровне по сравнению с другими предприятиями общества Сольве, находящимися в других странах. Достаточно отметить, что здесь было применено подземное растворение каменной соли, и рассол с места добычи передавался на завод по 38-километровому трубопроводу. Аммиачную воду получали при коксовании каменного угля утилизацией с коксовых печей Донбасса. В 80-е годы с участием финансов Германии будет открыто предприятие «Южно-Русское общество для выделки и продажи соды и других химических продуктов» в Славянске.

К концу 80 годов 19 века фабричное производство нарастает быстрым темпом, увеличивается ассортимент товаров. Вместо устаревших производств появляются принципиально новые, на которых каждый пятый инженерно-технический специалист имел высшее образование. Кроме производств серной кислоты и соды развивались свечные, мыловаренные, купоросные, красильные, салотопенные, фарфоровые, фаянсовые производства. Успешно функционировали уксусные, сургучные, бумажные, спичечные фабрики. Возник симбиоз промышленности. Красильные производства строились рядом с ткацкими фабриками, как например, Ликинская мануфактура и трикотажные мануфактуры поволжских немцев Шмидтов, Борелей и Рейнеке в Саратовской области, выпускающих ткани сарепту и сарпинку. В крупных городах, например, в Санкт-Петербурге появились химчистки, производства помады, ваксы, одеколона, чернил. Краски (белила, чернядь, сурик) выпускал завод Фомы Друри. Листовое стекло варили на 17 заводах, а стеклянную посуду: бутылки, полуштофы, стаканы, графины производили на заводе Митрофанова. Герцог Лейхтенбергский в 1844 году основал гальванопластический завод, на котором осуществлялось золочение барельфов, скульптур для Исаакиевского собора.

Первый отечественный завод мыла и стеарина было организован в Казани купцами Крестовниковыми в 1855 году. Причинами возникновения завода стали распространение капиталистического способа производства вглубь страны, франко-британская военно-морская блокада, потребность в дешевых осветительных приборах. Полученные знания во время стажировки в Великобритании, братья Крестовниковы применили на заводе, внедрив новые методы хозяйствования. Введена сдельная форма оплаты и премирование, построена больница для работников завода. Тесное сотрудничество фабрикантов и ученых химиков стало залогом успеха строительства завода. Технический проект завода был создан профессором Модестом Киттары, который внедрил метод промышленной сапонификации. Налажено собственное производство азотной и серной кислот. Завод был универсальной промышленной площадкой, его посещали братья Зайцевы, А.М. Бутлеров, С.А. Фокин, А.Е.Арбузов.

В 1874 году  в Казани был построен завод по выработки так называемого «светильного газа» из каменного угля и газгольдер. Основа этого газа — бензольные соединения, которые при горении выделяли свет. Первоначально газовыми фонарями освещали театры, государственные учреждения, тротуары.В Москве, Санкт-Петербурге и Харькове подобные заводы работали уже 20 лет и самым крупным был Московский газовый завод. В годы Первой Мировой войны на казанском газобензольном заводе производили отравляющее вещество -фосген. 

Постепенно развивалась промышленность и Уральского региона. Помимо Березниковского содового завода В 1887 году построен Богуславский химический завод, который производил хромовые соли. В 1901 – Воздвиженский химический завод, штат которого достигал 65 человек. В 1907 году – Полевский химический завод. В 1910 году построен Нейво-Рудянский завод, на котором освоено производство серной кислоты контактным методом. Также действовал Шайтанский химический завод построенный АО «Шайтанских горных заводов» и перерабатывающий хромистый железняк.

К 1913 году основная химическая промышленность Уральского региона была представлена десятью заводами. Они выпускали 20% всей соды Российской Империи, 37% хромовых солей, 5% всей серной кислоты.

Около 37 химических производств располагалось в Варшавской губернии, находящейся в Российской Империи, где не было крепостного права и образованных людей было на порядок больше. В основном это производство красок: масляных, анилиновых, типографских, сухих минеральных, ультрамарина, бакан, одеколонов, духов, туалетного мыла.

Химическая наука в XIX веке

С формированием профессиональной среды ученых-химиков возникало естественное желание обмениваться информацией. В 1878 году было образованное Российское физико-химическое общество помогало молодым ученым в обмене знаний, технологиями. Общество имело около 20 непостоянных членов, которые выпускали собственный журнал. Наиболее известны такие химики как А.А. Воскресенский, А.П. Бородин, Д.И. Менделеев, Н. Меншуткин.

Промышленник Демидов учредил в 1832 году премию для молодых ученых. Полная премия составляла 1200 рублей, ее лауреатом был казанский химик Карл Клаус, который получил рутений в 1844 году. Российские ученые химики, также как и Ломоносов продолжали стажироваться за рубежом. Дмитрий Иванович Менделеев, например, стажировался в Гейдельбергском университете, где он знакомится с Р. Бунзеном, Г. Кирхгофом и другими. Он участвует в первом Международном химическом конгрессе в Карлсруэ.

Как и в 18 веке опыт российских ученых помогал в организации химических процессов в Европе и России. По методу А.И. Базарова, было реализовано первое производство мочевины в Германии. Прогрессивный способ получения нитроглицерина, разработанный Зининым Н.И. способствовал созданию завода мощных боеприпасов. Д.И. Менделеев в 1869 году сформулировал периодический закон и периодическую систему химических элементов на его основе.

Новые производства из-за отсутствия специалистов не создавались, лишь реформы образования, проведенные императором Александром II позволили сформировать очень небольшой рынок отечественных квалифицированных инженеров-технологов, инженеров-механиков. Высшие технические университеты в Санкт-Петербурге, Харькове и Томске не покрывали всех потребностей в специалистах. Платные технические училища были недоступны для большинства населения, поэтому дефицит образованных специалистов оставался причиной слабого роста всей российской промышленности.

Добыча и переработка нефтепродуктов

Нефть является ценным сырьем для получения многих химических компонентов, поэтому было несправедливо не рассказать о разработках российской нефти. Первые упоминания о обнаружении нефти на территории России относятся к XV веку. Именно тогда на севере, в стране Коми, расположенной в бассейнах рек Печоры и Вычегды, на реке Ухте местные жители находили на поверхности реки огромные масляные пятна, которые поднимались со дна. В 1684 году месторождения «черного золота» обнаружены в районе Иркутского острога. В 1721 году рудознатец из Мезени Григорий Черепанов нашел нефтяной ключ, капельный выход нефти со дна реки Ухта и подал донесение в Берг-коллегию.

Царь Петр 1 сам внес существенный вклад в обустройство первого в России государственного нефтепромысла. 5 мая 1721 года издал специальный указ: «По указу великого государя и по приговору Берг-коллегии по доношению мезенца Черепанова нефтяной ключ… по Ухте речке велеть освидетельствовать и и учинить из него пробу… и тою нефтяную пробу прислать в Санкт-Петербург в Берг-Коллегию ради подлинного рассмотрения». После проведения исследований 8 бутылей добытой нефти Петр 1 издает указ в котором велит обустроит месторождение и «записывать сколько в час или в сутки оной нефти один человек может начерпать».

В 1748 году в лаборатории Берг-коллегии была осуществлена перегонка и получен керосиноподобный нефтепродукт. Предшественником «большой нефти» является битум или гудрон или «горная смола». Первые известные упоминания о его разработке на территории Татарстана относится к началу XIX века. Тогда же получил развитие самый известный битумный рудник — Шугуровский, который находится в Лениногорском районе и действовал до 1943 года. Здесь из горы посредством штолен добывался битуминозный песок, который затем перерабатывался на Шугуровском нефтебитумном заводе.

В 1913 году английская компания «Казан Ойл Филд» начала добывать битум на Сюкеевском месторождении. Ее работники копали глубокие колодцы, глубиной до 110 метров. Исследования нефтей, проведенными В.В. Марковниковым и наработки В.Г. Шухова по основам создания подъема и перекачки нефти позволили в 1879 году шведскому «Товариществу производства нефти братьев Нобель» начать эксплуатацию крупного нефтяного Биби-Эйбатского месторождения на территории сегодняшнего Азербайджана. Проведя механизацию многих процессов, а также наладив транспортировку нефтепродуктов танкерами им удалось снизить цену на керосин в 5 раз. Братья Нобели старались создавать хорошие жизненные условия для своих рабочих. Строили дома, а также так называемые санаториумы. Кроме нефтепереработки, компания наладила собственное производство серной кислоты и кальцинированной соды. С помощью предприятия «Электрическая сила», где работал Леонид Красин, была построена электроподстанция снабжавшая и месторождение и город, расположенный неподалеку.

Химическая и электротехническая промышленности стали основными отраслями которые в Российской Империи были в руках иностранных компаний. Вначале английских, а затем немецких, шведских. Двенадцать крупных химических производств, в городах как Москва, Киев, Одесса, Ростов были построены на деньги немецких компаний, например гамбургской компанией А. Ауэрбаха.

• Крупнейший из трех существующих заводов резины был учрежден Фердинандом Краузкопфом в Санкт-Петербурге в 1860 году.
• Пороховые завода — 2
• Нефтеперегонные завода — 2
• Содовое производство — 1 (фирма BASF)
• Производство ализариновых красок и анилина — 1

Но самой конкурентной отрасли химической промышленности вскоре будет уготована стать одной из самых передовых.

Империя российского магната Николая Второва

Николай Второв был самым богатым человеком Российской Империи, его называли «сибирским Морганом» и он может считаться отцом отечественной химической промышленности. Идея развития отечественных красителей пришла к Николаю Второву перед Первой Мировой войной и начал он с разработок российских красок. Как известно, все существовавшие до этого принадлежали немцам. Чуть позже будет образовано Российское Общество химической промышленности «Русско-Краска» и Российское общество коксовой промышленности и бензолового производства «Коксобензол». Заводы красителей в Рубежном и Подмосковье приносили огромную прибыль, которая была немыслима в других отраслях.

К началу 20 века европейские капиталистические страны, такие как Германия, Франция, Италия имели территориальные, торговые, национальные претензии друг к другу и постепенно скатывались к вооруженному конфликту. Химическая промышленность России в началу 20 века имела небольшие химические производства с максимальной численностью 50 человек, выпускающие потребительские товары: различные краски и чернила, духи, одеколоны, мыло, свечи, «светильный» газ, ваксу, спички, подошвы для обуви.

Крупные производства: производства серной, азотной кислоты, резиновых изделий, содовые производства имели штат около 500 человек и сильно зависимы от завозного сырья. Из-за отсутствия хорошего дорожного сообщения сера и серный колчедан для производства серной кислоты завозилось из Испании, Чили, Португалии, Швеции, сало из производства мыла — из Северной Америки, каменный уголь для производства «светильного газа» из Кардиффа. Собственного химического машиностроения в стране не было поэтому ёмкостное оборудование: дисольверы, аппараты с мешалкой, теплообменники завозились из Бельгии, Германии и тд.