Мысль Шухова работает очень быстро, он уже думает и над усовершенствованием технологии нобелевской батареи. Здесь у него появляются соавторы, в частности инженер Феликс Инчик, сотрудник проектного бюро конторы Бари. Инчик также проводил исследования в этой области. В 1878 году в Санкт-Петербурге было создано товарищество «Дневной свет», учредителями которого являлись сам Инчик, генерал-майор Игнатий Пальчевский, отставной полковник Николай Жервье, отставной штабс-капитан Николай Лачинов, инженер-полковник Василий Божерянов, губернский секретарь Николай Фумели. 21 (9) ноября 1878 года Департамент торговли и мануфактур Министерства финансов выдал товариществу «Дневной свет» десятилетнюю привилегию на «аппараты для добывания светильного газа из нефти, нефтяных остатков и пр.».
Вместе с Инчиком Шухов 13 мая 1886 года подает заявку на прибор для «непрерывной дробной переработки нефти и т. п. веществ». Это будет первый официально зарегистрированный патент Шухова, первый из пятнадцати. Привилегия № 13200 была получена 31 декабря 1888 года. Суть усовершенствования прежнего аппарата нефтеперегонки была в заложенном в ее конструкции принципе противотока, когда нефть и ее выделенные составные части, образующиеся в процессе разложения, подогреваются движущимися им навстречу горячими остатками и отходящими газами. Для испытаний аппарата Шухов в 1887 году выехал в Баку на завод Сидора Шибаева.
Сидор Мартынович Шибаев — купец-старообрядец, мануфактурщик, родом из Богородска, в окрестностях которого он основал ткацко-механическую, ситценабивную и красильную фабрику, на которой трудились более пятисот человек. В Баку его занесло попутным ветром, да так, что в 1878 году он открыл там цех по производству серной кислоты. Прикупив несколько нефтеносных участков, он ставит на них бурилки и занимается нефтепереработкой. «Товарищество производства русских минеральных масел и других химических продуктов С. М. Шибаев и К0» быстро завоевывает рынок.
Шибаева принято называть первопроходцем в области производства машинных смазочных масел. Его хорошо запомнил Рябушинский:
«Сидор Мартынович Шибаев. Фабрикант в Богородске. Миллионщик. Владелец великолепного особняка на Басманной. Сад — угодье, целая усадьба… Людей типа, подобного Шибаевскому, можно было встретить во многих купеческих родах Москвы. Они были таковы, как будто их матери, часами горячо молясь пред древними иконами, невольно запечатлели в себе эти строгие и пламенные черты. В таких лицах было что-то византийское. Думается, что в старообрядческих семьях этот облик попадался чаще, чем в других… И был Сидор Мартынович по характеру под стать своему лицу: человек самовластный, иногда, как говорили, даже без удержу, а вот тогда в столовой сидел он как будто унылый, угрюмо опустив на грудь свою гордую, умную голову… В чем дело? Нефть. Кто теперь помнит, что Шибаев был одним из первых пионеров не «нефти» вообще, а использования нефти для производства машинных (смазочных) масел по идее и методу Рагозина в широком масштабе.
Пока этот продукт пробил себе дорогу, С. М. терпел убытки и попал в тяжелое положение, о котором я и пишу. Пока было понято, что такое нефть и каково ее значение, один за другим катились шибаевские миллионы в нефтяные колодцы и там застревали надолго, рискуя погибнуть. Сколько волнений и тревог пережил С. М. и весь род его, пока дело выправилось и правильные ожидания его оправдались. Говорят, что дети С. М. после его кончины продали дело Ротшильдам из-за того, что с ним было связано уж очень много горьких воспоминаний. Я сам лично помню, как в девяностых годах нефтяные остатки продавались до смешного по низким ценам и как все фабрики Волжского бассейна перешли на нефтяное отопление, идеальное технически и несравненно более дешевое. Мы же, северные фабрики, сидевшие на самом скверном топливе в мире, на мокрых сплавных дровах, не имея возможности перейти на нефть, могли только облизываться, высчитывая, почем на пуд ткани ложится топлива у волгарей и почем у нас. Да заодно вспоминали и о владимирских ткачах, потомственных искусниках: где нашим вышневолоцким мужичкам было угнаться за ними. Вот, классовые противоречия постоянно пережевывают, а куда, по существу, острее их территориальные противоречия»{84}.
В те годы экономические потери при перегонке нефти были достаточно большими: из одной тонны сырой нефти удавалось получать порядка 330 литров керосина. Оставшиеся две трети представляли собой мазут, используемый для растопки кубов, а часто и просто сливаемый в ямы. Проблема повышения отдачи от нефтеперегонки встала остро: как извлечь из мазута керосин? Но далеко не все нефтепромышленники были готовы смотреть вперед, тратиться на научные исследования. Совсем неудивительно, что Шухов приехал именно к Шибаеву, единственному нефтепромышленнику, которого удалось уговорить внедрить аппарат. Аппарат непрерывной дробной переработки нефти оправдал себя, обогнав производительность обычного перегонного куба в 18 раз. «В этой установке, — пишет Александр Матвейчук, — изобретатели соединили перегонный куб с ректификационной колонной, имевшей девять тарелок для отбора различных по удельному весу дистиллятов. Эти элементы конструкции обогревались парами дистиллята, поднимавшимися из перегонного куба и идущими навстречу жидкой нефти, которая подавалась на самую верхнюю тарелку, а затем последовательно перетекала вплоть до самой нижней, с которой неиспарившийся остаток уже выводился. Температурный перепад между тарелками составлял около 30 градусов Цельсия. Теплота в этом аппарате использовалась достаточно рационально, что позволяло расходовать сравнительно небольшое количество топлива. Однако в то время сложность конструкции и дороговизна изготовления послужили препятствиями для широкого внедрения данной нефтеперегонной установки»{85}.
Но Шухов и Инчик не останавливаются на достигнутом. Оказывается, в процессе нефтеперегонки ее продукты, пары дистиллята, «механически увлекают с собой в холодильник частицы испаряемой жидкости, а также и паровой туман»{86}, — пишет Шухов. Соответственно, качество керосина и масла снижается, его надо дополнительно очищать. Так возникает мысль о еще одном усовершенствовании — гидравлическом дефлегматоре, применимом для перегонки нефти и других жидкостей. Заявка на новое изобретение подана 21 января 1888 года, привилегия на нее получена 25 сентября 1890 года под № 9783.
Соавтор изобретения Феликс Александрович Инчик будет и дальше специализироваться на процессах нефтепереработки, выпустит в 1888 году в Баку научный труд «Бензольно-газовое производство, основанное на утилизации нефтяных отбросов». В 1895–1896 годах Инчик будет руководить строительством самого большого нефтеперерабатывающего завода в Грозном, о котором химик Марковников, ученик Менделеева, скажет: «Этот завод не имеет себе подобных в России, да и едва ли найдутся такие за границей».
Свое третье и важнейшее изобретение в области нефтепереработки Шухов запатентует с уже известным нам Сергеем Гавриловым, с которым он за десять лет до этого будет прокладывать трубопроводы по Каспийскому побережью. «Приборы для непрерывной дробной переработки нефти и т. и. жидкостей, а также для непрерывного получения газа нефти и ее продуктов» — так обозначена эта принципиально новая установка в «Своде привилегий» под № 12926. Изобретатели подали на нее заявку 24 января 1890 года, а получили привилегию 27 ноября 1891 года. Все эти номера и даты на самом деле будут иметь большое значение, ибо вопрос о первенстве России в этой области науки в конечном итоге встанет очень остро.
Шухов и Гаврилов предложили конструкцию аппарата, в котором сложные молекулы мазута разлагались при высокой температуре и под высоким давлением на простые молекулы керосина. Это и был крекинг. «В своей установке, — пишут специалисты, — изобретатели удачно воплотили научные принципы, лежащие в основе как процессов непрерывной прямой перегонки, так и термического крекинга. А применение давления до 10 атм. открыло новые возможности в сфере управления процессом. В зависимости от сочетания температур и давления можно было менять направления и выходы целевых продуктов. Кроме того, вместо цилиндрических кубов авторы изобретения впервые предложили осуществлять нагревание нефти в изогнутых спиральных трубах. А для улучшения теплопередачи, а также для удаления образующегося кокса в трубах была введена искусственная циркуляция. В зависимости от продолжительности пребывания нефти в трубах и величины температуры в аппарате Шухова — Гаврилова она подвергалась либо простой перегонке, либо термическому крекингу»{87}.