В селе Ерино близ Подольска в 1859 году горный инженер Г. Д. Романовский впервые применил в бурении паровую машину. На окраине села Киевское в долине реки Кудако, в 42 километрах от Анапы, в конце августа 1864 году отставной уланский полковник А. Н. Новосильцев начал бурить первую в России нефтяную скважину. В 1866 году из скважины с глубины 55 м ударил фонтан нефти с первоначальным дебитом 12 тыс. пудов в сутки. Успех А. Н. Новосильцева побудил нефтепромышленников отказаться от сооружения нефтяных колодцев и перейти на разработку нефтяных месторождений методом бурения. В 1865 году начал бурить нефтяную скважину в Татарии на реке Шешлю бугульминский помещик Н. Малокиенко. В 1868 году промышленник М. К. Сидоров заложил на Ухте первую нефтяную скважину. В 1870 году действовали четыре скважины в Грузии.
Работы Д. И. Менделеева, который предлагал «обратить особое внимание на необходимость переработки бакинской нефти не только на керосин, но и на смазочные масла», сыграли в то время большую роль в исследовании нефти и технологии её переработки.
После прямой перегонки нефти выход керосина составлял чуть более 30 %, а оставшиеся «нефтяные отбросы» попросту сливались в море или сжигались. С этим не мог смириться талантливый изобретатель и предприниматель Виктор Рагозин. В начале 1870-х годов он начал опыты по разложению нефтяных остатков. Добившись успеха в дробной перегонке мазута под перегретым паром в лабораторных условиях, весной 1874 года Виктор Рагозин обратился с письмом к министру финансов Российской империи Михаилу Рейтерну, обосновав необходимость проведения опытов по получению смазочных масел в заводских условиях. Дело дошло до императора Александра II, и 6 ноября 1874 года появилось «Высочайшее повеление о производстве опытов на вновь устраиваемых фотогеновых заводах».
В 1875 году в Нижнем Новгороде Виктор Рагозин построил опытный завод, где окончательно отработал технологию получения смазочных масел (названных им «олеонафты») из мазута с помощью перегретого пара. Эту технологию он применил на масляном заводе в Балахне под Нижним Новгородом. Новые смазочные материалы из Балахны быстро получили широкое признание у российского потребителя, а весной 1878 года их ждал невероятный успех на Всемирной выставке в Париже.
Весной 1879 года началось строительство нового завода вблизи села Константиново в Ярославской губернии. Он был рассчитан на ежегодную переработку 20 тысяч тонн нефтяных остатков – мазута и бензина. Его продукция отличалась высоким качеством, вывозилась за границу и успешно вытесняла с рынков стран Европы американские нефтепродукты. «Русские масла» в те времена слыли лучшими в мире.
В 1881 году там же было создано высокопроизводительное пиролизное производство. К началу 80-х годов XIX века в России насчитывалось уже 19 заводов, перерабатывающих бакинский мазут в смазочные масла.
Аппарат для непрерывной перегонки нефти в 1873 году разработал бакинский нефтепромышленник А. А. Тавризов, а десять лет спустя непрерывная перегонка нефти была осуществлена в Баку на заводе братьев Нобель.
Тавризов назвал своё изобретение «дистилляционный и ректификационный аппарат». Однако он, по существу прототип нефтеперегонной колонны тарельчатого типа, не был оценён современниками. Более успешную попытку в создании куба непрерывного действия предпринял в 1882–1883 годах Дмитрий Менделеев на Кусковском заводе «Товарищества Русско-американского нефтяного производства» под Москвой. Именно этот аппарат стал основой для дальнейшего развития непрерывного процесса нефтепереработки.
Долгое время проблемой оставалось сжигание нефтяных остатков. Например, в Баку для промышленных топок использовались брикеты из сухого навоза, пропитанного нефтяными остатками или густой нефтью.
В 1866 году русский инженер А. Шпаковский изобрёл «пульверизатор», при помощи которого жидкое топливо распылялось воздухом. Эта идея нашла широкое распространение как в России, так и за границей. Впоследствии вместо воздуха стали применять водяной пар, и появилось множество известных и сейчас форсунок для сжигания жидкого топлива как в стационарных установках, так и на пароходах и паровозах. Тяжёлые остатки нефти, такие как мазут, стали очень важным продуктом переработки нефти, и спрос на них резко увеличился.
Большое скопление нефтяных остатков в Баку и их дешевизна направили поиск учёных и инженеров на разработку и других методов их утилизации. Перспективной оказалась их переработка в светильный газ путём термического разложения. Большую роль в развитии метода сыграли работы русского учёного А. А. Летнего по глубокому термическому разложению нефти и мазута, которые он выполнил в 1870-х годах. В Казани и Киеве были построены первые в мире газовые заводы, которые работали на нефтяных остатках. Казанский завод питал нефтяным газом около тысячи больших уличных фонарей.
В конце XIX века нашлось применение и ещё одному очень важному продукту, который получается из нефти, – бензину.
В 1880-х годах русский моряк О. С. Костович изобрёл первый в мире бензиновый карбюраторный двигатель. Этот двигатель, предназначавшийся для дирижаблей, хранится ныне в Музее авиации и космонавтики имени М. Фрунзе. В 1885 году Г. Даймлер в Германии применил бензиновый двигатель для мотоцикла, а позже К. Бенц – для трёхколёсной тележки.
Встала задача – каким образом можно получать из нефти больше бензина. Ещё в 1866 году англичанин Дж. Юнг запатентовал способ разложения нефти при нагревании под давлением. Этот способ, впоследствии названный крекингом, позволил получать бензин и керосин из тяжёлых углеводородов.
В 1891 году В. Шухов и С. Гаврилов предложили установку для непрерывного термического крекинга под давлением, идея которой до настоящего времени является основой всех современных установок подобного рода.
Работы русских учёных Н. Д. Зелинского, Л. Г. Гурвича, С. В. Лебедева, Г. Г. Густавсона и других заложили основы химического направления в переработке нефти.
Следующий шаг на этом пути сделали инженер-механик Владимир Шухов и химик Феликс Инчик. В своей установке изобретатели соединили перегонный куб с ректификационной колонной, имевшей девять тарелок для отбора различных по удельному весу дистиллятов. Однако сложность конструкции и дороговизна изготовления послужили препятствием для широкого внедрения установки, основные научные и технические принципы которой впоследствии нашли воплощение при аппаратном оформлении атмосферно-вакуумных и крекинговых установок.
Настоящей прорыв в 1883 году совершили инженеры ведущей российской нефтяной компании «Товарищество нефтяного производства братьев Нобель» во главе с Людвигом Нобелем. Их изобретение «куба усовершенствованной системы для дробной и непрерывной перегонки нефти» стало революционным. В многокубовой установке была конструктивно оформлена идея обеспечения непрерывного перетока нефти из одного куба в другой, чтобы при поддерживании в них различной температуры добиться последовательного отгона дистиллятов разного удельного веса. Достаточно быстро кубовая нобелевская батарея, устранившая полностью все недостатки кубов периодического действия, получила широкое распространение не только в России, но и в Западной Европе, и в США.
