30 czerwca 2019

Przemysł energetyczny - nafta i gaz cz. 1

W latach 40-tych XX wieku gaz węglowy w Krakowie zaczęto zastępować gazem ziemnym ze źródeł karpackich. Eksploatacja galicyjskich źródeł ropy naftowej i gazu ziemnego ma bogatą i burzliwą historię - wartą przypomnienia. Bo to właśnie na Podkarpaciu powstała pierwsza na świecie kopalnia ropy naftowej.

* * *

Gaz ziemny był używany do oświetlenia był używany już w dawnych Chinach gdzie z naturalnych źródeł rozprowadzano go systemem bambusowych rurek. Jednak gdy w połowie XIX wieku w Europie i Ameryce rozpoczęto eksploatować złoża ropy naftowej towarzyszący im gaz był bezużytecznie wypuszczany do atmosfery. Z samej ropy też pozyskiwano tylko jedną frakcję - naftę, co było związane z wynalazkiem naszego rodaka - aptekarza nazwiskiem...

Ignacy Łukasiewicz

Ignacy Łukasiewicz pochodził z biednej szlacheckiej rodziny i już w wieku 14 lat, po ukończeniu jedynie 5 klas gimnazjalnych, zaczął pracować w aptece w Łańcucie (od 1836 roku) a później w Rzeszowie. Dzięki pilności i pracowitości zdawał eksternistycznie egzaminy i awansował w aptekarskiej branży. Oprócz rozwoju w swojej dziedzinie zawodowej zaangażował się też w działalność konspiracyjną w przygotowującej zbrojne powstanie Centralizacji Towarzystwa Demokratycznego (zaprzysiężony został przez samego Edwarda Dembowskiego). Organizacja ta został jednak spenetrowana przez agentów austriackich. Tuż przed wybuchem Powstania Krakowskiego w lutym 1846 roku cała rzeszowska siatka konspiracyjna, w tym Łukasiewicz, została aresztowana z poważnymi zarzutami. Łukasiewicz w więzieniach Rzeszowa i Lwowa spędził prawie 2 lata. Został zwolniony z zarzutów, których nie zdołano mu udowodnić, dopiero w 1848 roku. Po wypuszczeniu z więzienia, będąc pod stałym dozorem policyjnym, rozpoczął pracę w lwowskiej aptece Piotra Mikolasha. Tam szerzej zainteresował się analizą chemiczną. W latach 1850-51 studiował w farmaceutycznym studium przyuniwersyteckim w Krakowie (pracował wówczas również w fabryce ałunu w Jaworznie). W 1852 roku Łukasiewicz uzyskał magisterium na uniwersytecie w Wiedniu.

Prototyp lampy naftowej skonstruowanej przez Łukasiewicza
Ekspozycja z Muzeum Regionalnego w Gorlicach
Zdjęcie: wikipedia 
Po powrocie do Lwowa Łukasiewicz kontynuował pracę w tamtejszej aptece. Właśnie jesienią 1852 roku do apteki wpłynęło z Drohobycza zamówienie na analizę przydatności gospodarczej ropy naftowej, która obficie występowała w tamtejszym rejonie. Właściciela apteki interesowało jedynie farmaceutyczne zastosowanie - zastąpienie drogiego, sprowadzanego z Włoch preparatu Oleum Petrae Rectificatum. Łuksiewicz zainteresował się jednak, już wówczas chałupniczo wytwarzanym, destylatem z ropy. Destylat ten używano do oświetlania - spalając go w prymitywnych lampkach. Łukasiewicz udoskonalił proces destylacji i oczyszczania, a otrzymany produkt nazwał naftą - uzyskując nawet w 1853 roku dwuletni patent na ten wynalazek (spółka Mikolash, Łukasiewicz i Zech). Spółka ta zawarła układ z lwowskim szpitalem na oświetlenie naftowe przy użyciu specjalnie przekonstruowanych lamp. W lipcu 1853 roku w szpitalu tym przy pomocy naftowego oświetlenia przeprowadzono nocną operację chirurgiczną. Fakt ten został opisany w prasie - wcześniej operacje przeprowadzano bowiem wyłącznie "za dnia". Jednak mimo tej "reklamy" nie było jeszcze dużego zainteresowania rynkowego nowym wynalazkiem, co skutkowało w krótkiej perspektywie zamknięciem spółki. W 1854 roku Łukasiewicz przeniósł się do Gorlic gdzie nadarzyła się okazja wydzierżawienia i samodzielnego prowadzenia apteki.

Pierwsza na świecie Kopalnia Ropy Naftowej w Bóbrce

Właśnie w 1854 roku w Gorlicach Łukasiewicza odwiedził Tytus Trzecieski - bogaty ziemianin z Polanki koło Krosna. Wizyta była związana z odkryciem obfitych wycieków ropy w Bóbrce, wsi należącej do Karola Klobassy - sąsiada Trzecieskiego. Trzecieski zaproponował Łukasiewiczowi spółkę w której on pozyskiwał by ropę a Łukasiewicz przerabiał ją na naftę. Klobassa zgodził się na eksploatację na swoim terenie i początkowo nie chciał nawet pobierać czynszu dzierżawnego, nie wierząc w powodzenie tego interesu. Jednak kopalnia funkcjonowała - w 1855 roku z nowej kopanki wydobywano znaczne ilości ropy. Aby móc ją przetwarzać w 1856 roku Łukasiewicz zbudował w Ulaszowicach koło Jasła większą destylarnię ropy. W 1857 roku przeprowadził się nawet do Jasła, gdzie wydzierżawił nową aptekę. Niestety kopanki w Bóbrce zaczęły się wyczerpywać a na domiar złego spłonęła destylarnia. Łukasiewicz zamierzał porzucić naftę i skupić się jedynie na prowadzeniu apteki...

Kopanka z lat 60 tych XIX wieku.
Teren Muzeum Przemysłu Naftowego i Gazownictwa w Bóbrce
Jednak w 1861 roku odkryto w Bóbrce nowe pokłady ropy. Założono zatem nową spółkę już z trzema udziałowcami: Łukasiewiczem - Trzecieskim - Klobassą. Łukasiewicz przeprowadził się do dworu Trzecieskiego w Polance, gdzie zbudował nową destylarnię. Kopalnia w Bóbrce stała się wówczas wzorcowym zakładem. W 1862 zamiast ręcznego kopania studni wprowadzono wiercenie (drążenie) udarowe świdrem o napędzie ręcznym a od 1872 również parowym. W 1868 roku Łukasiewicz wycofał się ze spółki pozostając na stanowisku naczelnego dyrektora kopalni. W 1871 roku wycofał się również Trzecieski - wyłącznym właścicielem został Klobassa. Od 1870 roku w kopalni zatrudniony był Adolf Jabłoński, który w latach 1872-73 przebywał wraz z synem Klobassy Wiktorem w USA celem zapoznania się z tamtejszym przemysłem naftowym. Po powrocie do kraju (gdzie przywiózł mnóstwo technicznych innowacji został on technicznym kierownikiem kopalni. Łukasiewicz pozostając nadal naczelnym dyrektorem skupił się jednak nad swoją domeną - udoskonalaniem metod rafinacji i destylacji ropy. W 1865 roku spłonęła bowiem destylarnia w Polance ale Łukasiewicz wybudował kolejną nowoczesną rafinerię w Chorkówce - będącą przez długi czas najlepszą rafinerią w Galicji.

Obelisk z 1872 roku ustawiony ku pamięci Ignacego Łukasiewicza
na terenie Muzeum Przemysłu Naftowego i Gazownictwa w Bóbrce
Oprócz działalności przemysłowej Łukasiewicz prowadził także działalność społeczną. Był fundatorem szkół, kościoła w Zręcinie, założycielem kas pożyczkowych oraz kasy brackiej (rodzajem ubezpieczenia od wypadków przy pracy). Aktywnie wspierał rozwój przemysłu i korzystnego ustawodawstwa naftowego nad którym przy jego udziale pracował sejm krajowy we Lwowie. Brak odpowiedniego ustawodawstwa bardzo komplikował bowiem kwestie związane z eksploatacją ropy naftowej. W 1878 przeprowadził w sejmie powstanie Krajowej Rady Górniczej, opracowanie map geologicznych Galicji oraz dotacje na głębsze wiercenia poszukiwawcze. Jego starania zaowocowały w 1884 roku przegłosowaniem w parlamencie wiedeńskim państwowej ustawy naftowej. (Ustawa ta bez większych zmian funkcjonowała również w polskim prawodawstwie do 1939 roku). Niestety sam Łukasiewicz nie dożył tej chwili - zmarł bowiem na zapalenie płuc w 1882 roku.

Technologia wydobycia ropy naftowej

Ropa wydobywała się na powierzchnię w naturalny sposób pojawiając się w zagłębieniach terenu, zwykle wraz z wodą z powierzchni której, zbierano ją w celu wykorzystania. Z czasem, gdy zapotrzebowanie rosło, zaczęto kopać studnie zwane "kopankami" skąd ropę wybierano wiadrami - tak jak ze zwykłej studni. Głębokość tych studni sięgała czasem nawet 200 m poniżej poziomu gruntu. Takie kopanki były pierwszymi źródła ropy w kopalni w Bóbrce i innych kopalniach, które zaczęły się mnożyć na terenie Karpat. Kopanie i pogłębianie tych studni było bardzo pracochłonnym i niebezpiecznym zajęciem.

Nawierzchniowe urządzenie stosowane przy wykonywaniu kopanki.
Ilustracja z książki "Historia polskiego przemysłu naftowego"
Problem z pogłębianiem studni pojawiał się gdy natrafiano na twarde piaskowe skały. Aby się przez nie przedrzeć w kopalni w Bóbrce w 1862 roku (a wcześniej w 1861 roku w Borysławiu) zastosowano metodę drążenia opadającym żelaznym świdrem umieszczonym na drewnianej żerdzi. Świder był podnoszony i opuszczany ręcznie przy użyciu wahacza umieszczonego nad drążonym otworem. Taki sposób pogłębiania otworu nazywany był wierceniem udarowym.


Urządzenie do ręcznego udarowego głębienia otworów.
Ilustracja z książki "Historia polskiego przemysłu naftowego"
W 1866 roku sprowadzono z Austrii udoskonalony świder - tzw. nożyce Fabiana. Dalszym krokiem było zastąpienie ręcznego napędu wahacza mechanicznym przy użyciu parowej lokomobili (w Bóbrce od 1872 roku). Dzięki mechanizacji prac przy 20-25 udarów na minutę uzyskiwano uwiert 3-5 m ma dobę. Ustawiona w pobliżu otworu lokomobila sprawiała jednak zagrożenie dla bezpieczeństwa - istniała groźba pożaru. Po 1884 roku stosowano stacjonarne maszyny parowe odsunięte od otworu wiertniczego, napędzające kilka szybów za pomocą mechanizmów linowych.

Wiertnica kanadyjska z roku 1885 napędzana lokomobilą parową
na terenie Muzeum Przemysłu Naftowego i Gazownictwa w Bóbrce
Spore zmiany zachodziły też w konstrukcji narzędzi drążących i obsługi samego otworu. Żerdzie drewniane i liny manilowe zostały zastąpione stalowymi. Od 1880 roku stosowano też zabezpieczanie otworu przed napływem wód gruntowych przy użyciu stalowych rur okładzinowych. Aby móc operować z długimi elementami opuszczanymi do otworu ponad nim budowano wysokie wieże. Na terenach roponośnych często stało ich wiele obok siebie. Po dowierceniu się do złoża często następowała tzw. erupcja ropy - nie mylić z wybuchem. Po prostu ropa znajdująca się pod znacznym ciśnieniem wystrzeliwała ze złoża na znaczną wysokość zalewając okoliczne pola. Tylko część tej rozlanej ropy udawało się zebrać, reszta była bezpowrotnie utracona - zanieczyszczała grunt i rzeki do których spływała. Aby zapobiec takiej sytuacji wieże deskowano. W razie erupcji ropa wypełniała wnętrze wieży  spływając do specjalnie przygotowanych rynien.

Stara Wieś. Kopalnia ropy naftowej.
Ilustracja z książki "Historia polskiego przemysłu naftowego"
Z uwagi na spore zapotrzebowanie na urządzenia i narzędzia wiertnicze powstały lokalne zakłady oferujące potrzebny asortyment. Największą fabryką była filia Bergheim & Mac Garvey w Gliniku Mariampolskim - Gorlicach (późniejsza fabryka Glinik). Wiercenie udarowe z licznymi modyfikacjami było stosowane do lat 40-tych XX wieku. Dopiero po II wojnie zaczęto stosować nowoczesne wiertnice obrotowe.

Wiertnica udarowa SM-2 GLINIK na podwoziu samochodowym.
Ilustracja z książki "Historia polskiego przemysłu naftowego"
Technologia przetwórstwa ropy naftowej

Już przed nastaniem XIX wieku wykorzystywano ropę naftową do smarowania osi wozów, gdyż była dużo tańsza od stosowanych również w tym celu tłuszczów zwierzęcych. Jednak czysta ropa była zbyt rzadka do tego zastosowania. Aby ją zagęścić podpalano ją aby wypalić lekki frakcje. Z czasem zamiast podpalać podgrzewano garnek z ropą. Podczas ogrzewania lżejsze frakcje ulatywały. Pozostawała tylko "maziuga", do której dodawano jeszcze innych substancji np. mułu. Tak sporządzony smar był dystrybuowany do odbiorców. Z początkiem XIX wieku próbowano też "wyłapywać" te ulatniające się frakcje stosując prymitywne kociołki destylacyjne. Uzyskany destylat próbowano używać do oświetlania ale bez lepszych rezultatów - trudno było bowiem uzyskać powtarzalne wyniki. Taką prymitywną "aparaturę" składającą się z kociołka i chłodnicy destylatu używał też Łukasiewicz na początku swojej działalności. Ponieważ część frakcji cięższych również odparowywała skuteczność destylacji zwiększano poprzez stosowanie dodatkowego skraplacza - deflegmatora.

Przekrój paleniska i kotła destylacyjnego stojącego.
Ilustracja z książki "Historia polskiego przemysłu naftowego"
W wyniku destylacji uzyskiwano dwa rodzaje destylatu. Szybko parujący destylat (benzyna) którego opary były wybuchowe i nie nadawały się do lampy był wówczas bez praktycznego zastosowania - wylewano do rzek. Destylat tłusty i nie parujący (nafta oświetleniowa) poddawano dalszemu oczyszczaniu - rafinacji przy użyciu kwasu siarkowego i następnie neutralizowano roztworem wodorotlenku sody. Po 1862 roku rafinację dymiącym kwasem siarkowym zastąpiono agitatorami - urządzeniami w których rafinacja następuje w specjalnych zbiornikach - w sposób bezpieczniejszy i mniej szkodliwy dla obsługi.

Destylacyjny kocioł leżący produkcji Zakładów Zieleniewskiego z Krakowa.
Eksponat z Muzeum Przemysłu Naftowego i Gazownictwa w Bóbrce
Także kotły destylacyjne podlegały modernizacji. W miarę zwiększającego się zapotrzebowania na naftę powiększano pojemności kociołków garnkowych do nawet 800 litrów. W latach 80-tych XIX wieku do użycia weszły duże leżące kotły o pojemności dochodzącej do 80 ton. Początkowo destylację prowadzono w sposób cykliczny - po wyczerpaniu się zawartości kocioł wychładzano i opróżniano z pozostałości, po czym napełniano świeżą ropą. W późniejszym okresie łączono szeregowo kilka kotłów (6-8 szt.). Destylat przelewał się do następnego kotła w którym utrzymywano nieco wyższą temperaturę. Taka aparatura pracowała w sposób ciągły i pozwalała na uzyskanie kilku destylatów o różnych właściwościach.

Urządzenia destylacji kotłowej ciągłej w rafinerii Standard-Nobel S.A. w Libuszy koło Gorlic.
Rafineria ta została zlikwidowana przez zagranicznego właściciela w 1937 roku.
Zdjęcie: NAC
Kolejnym udoskonaleniem było stworzenie wieży rektyfikacyjnej z wymiennikami ciepła i półkami do odbierania skropliny o danej temperaturze. Rozwiązanie to nie tylko pozwalało na znaczną oszczędność paliwa używanego do podgrzewania kotła ale pozwalało uzyskiwać destylaty o ściśle określonych parametrach. Kolumny rektyfikacyjne są stosowane w rafineriach ropy naftowej do tej pory.

Dalsza historia przemysłu naftowego w Galicji

Oprócz opisanej wcześniej kopalni w Bóbrce w drugiej połowie XIX wieku istniało już bardzo wiele tego typu zakładów w Karpatach, zwłaszcza wschodnich, gdzie bogate złoża odkryto w rejonie Borysławia. Rozpoczęła się wówczas na dobre "gorączka naftowa". W 1896 roku z otworu "na Potoku" uzyskiwano 40 ton ropy na dobę. W 1904 roku z otworu "Litwa" uzyskiwano 800 ton na dobę, a z wydrążonego w 1908 roku "Oil City" 2,5 tys. ton ropy na dobę. Tak intensywna eksploatacja nie była jednak korzystna. Z uwagi na brak możliwości magazynowania ropę musiano szybko sprzedawać. Od 1902 roku, kiedy wydobyto ponad 0,5 mln ton ropy, istniała znaczna nadprodukcja powodująca spadek cen i zmniejszającą się stale rentowność przedsiębiorstw naftowych, którą pogłębiały nieracjonalne metody eksploatacji. W 1909 roku nastąpił szczyt wydobycia - ponad 2 mln ton. Stanowiło to blisko 5% światowej produkcji. Austro-Węgry były wówczas na trzecim miejscu w eksploatacji ropy naftowej, za USA i Rosją.

Kopalnia ropy naftowej w Borysławiu.
Zdjęcie: NAC
W tym samym 1909 roku nastąpiło załamanie rynku zbiegające się w czasie z początkiem światowego kryzysu gospodarczego. Wiele małych rodzimych firm zawiesiło działalność lub zostało wykupionych i skonsolidowanych w duże przedsiębiorstwa przez obcy kapitał. Ten okres zamyka wybuch wojny światowej w 1914 roku. Rząd austriacki przejął wówczas złoża na własność i powierzył zarządzanie nimi władzom wojskowym, które prowadziły rabunkową eksploatację...

* * *

Przemysł naftowy był bardzo niebezpieczną branżą – często dochodziło do wybuchów i pożarów. Szczególnie uciążliwe były pożary szybów naftowych – w zasadzie aby je ugasić trzeba było stosować wybuch dynamitu w pobliżu otworu tak aby zdmuchnąć płomień. Na filmie poniżej widoczny jest pożar szybu naftowego w Borysławiu w 1922 roku.


W przyszłym miesiącu – lipcu - będzie dalsza część historii polskiego przemysłu naftowego. 27 lipca zapraszam też na spacer organizowany przez Muzeum Podgórza – więcej o tym wydarzeniu na stronie:

https://www.muzeumkrakowa.pl/aktualnosci/wydarzenia-towarzyszace-wystawie-podgorzanin