Все сферы жизни и деятельности человека непосредственно связаны с химической продукцией. Современный уровень цивилизации немыслим без внедрения в жизнь достижений химии. Огромная роль химии в обеспечении нас питанием, энергией, здоровьем, одеждой и жилищем несомненна. Продуктами, которые она производит, мы пользуемся практически каждую минуту. Говорят, что из любых пяти предметов, которые нас окружают в любой момент времени, четыре созданы благодаря нефтехимии. Это отрасль, которая производит синтетические материалы, прочно вошедшие в жизнь современного человека.
-
Что такое нефтехимия и история ее развития
Так что же такое нефтехимия? Это наука, главной задачей которой является изучение и разработка путей и методов переработки углеводородов и других компонентов нефти и природного газа, выявление закономерностей формирования компонентного состава нефти [4] , создание оптимальных процессов получения крупнотоннажных органических соединений, используемых как сырье для выпуска огромного ассортимента товарных химических продуктов (полимеры, пленки, синтетические каучуки, растворители, красители, присадки и др.).
Большинство органических соединений являются «нефтехимическими», но обычно этот термин относится к продуктам, которые производятся в относительно больших масштабах.
Началом нефтехимической промышленности можно считать 1920 год, когда американская компания «Стандарт Ойл» начала производить изопропиловый спирт из пропилена. Первое нефтехимическое производство, основанное на этилене, относится к 1923 году, когда другая американская компания «Юнион Карбайд» стала производить этиленхлоргидрин, этиленгликоль и дихлорэтан. С тех пор шло стабильное развитие нефтехимии, дополнительный стимул которому был дан второй мировой войной. Переход промышленности органического синтеза с угольного сырья на нефтегазовое в 1950 — 1960 годы способствовал широкому распространению нефтехимии во всем мире, и она выделилась в самостоятельное направление научных исследований. [1]
-
Нефть и ее переработка
В отличие от месторождений каменного угля нефть распределена неравномерно в весьма ограниченном числе регионов мира, при этом более половины запасов сосредоточено на Ближнем и Среднем Востоке, многие развитые страны имеют весьма ограниченные запасы нефти.
Переработка нефти (2)
... переработки нефти, реализованных в промышленности. Намечается внедрение новых, весьма перспективных разработок, направленных на улучшение качества продукции и совершенствование технологии. Существуют теории неорганического и органического происхождения нефти. ... эффективности работы которых зависят материальные, энергетические и трудовые затраты, качество нефтепродуктов и глубина переработки нефти и ...
Нефть обычно встречается в виде скоплений в пористых породах — известняках, песчаниках. К сожалению, полностью извлечь нефть из месторождений не удается. Так называемая первичная добыча осуществляется при естественном давлении и позволяет извлечь до 25 — 30% нефти, вторичная добыча несколько увеличивает эффективность
Сейчас во всем мире интенсивно проводятся исследования по повышению нефтеотдачи пластов. Третичная добыча предполагает дополнительное извлечение нефти с помощью новых методов, из которых следует упомянуть такие, как использование поверхностно-активных веществ, полимерных растворителей, подачу СО2 , термические способы. Ясно, что осуществление третичной добычи имеет огромное экономическое значение.
Сырая нефть — это маслянистая жидкость, представляющая собой в основном (до 70% и выше) смесь углеводородов трех типов — алканов, циклоалканов и ароматических углеводородов. Различие в характере нефтей определяется различным соотношением этих углеводородов и различием природы и качества неуглеводородных компонентов. Алканы, часто называемые парафинами, представлены линейными и разветвленными структурами. Циклоалканы нефти, называемые также нафтенами, представлены только пяти- и шестичленными циклами (моно- и полициклами).
Ароматические углеводороды по сравнению с парафинами и нафтенами представлены в нефти значительно скромнее. В нефти содержатся также органические соединения серы, азота и кислорода и в следовых количествах металлсодержащие соединения, главным образом соединения никеля и ванадия.
Сырая нефть не используется ни в качестве топлива, ни в качестве сырья для химии. Она должна быть переработана. Переработка делится на первичную — атмосферно-вакуумную перегонку, и вторичную — пиролиз, крекинг и др. Одной из главных операций в переработке нефти (первичная переработка) является ее перегонка, которая позволяет разделить нефть на фракции в соответствии с их температурами кипения:
Рисунок 1. Фракции
Мазут далее подвергается вакуумной перегонке для
Бензиновая фракция, полученная при перегонке сырой нефти, не пригодна для использования в качестве топлива для карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, поэтому для получения бензинов с хорошими характеристиками (октановое число 80 — 95) нужна дополнительная (вторичная) переработка нефтяных фракций. Эта переработка необходима для расщепления больших молекул в более мелкие. К деструктивной переработке относятся крекинг, реформинг и пиролиз. Следует подчеркнуть, что ключевую роль в нефтепереработке играет катализ.
Пиролиз, или термический крекинг, используется для получения главным образом этилена, а также пропилена, бутенов и ароматических углеводородов. При пиролизе сырье (бензиновая фракция, лигроин) нагревается в трубчатых реакторах до 750 — 900°C и моментально охлаждается (менее чем за 1 с).
В результате пиролиза углеводороды с высокой молекулярной массой расщепляются в более легкие углеводороды.
Нефть: происхождение, состав, методы и способы переработки
... из них, искусственных тканей; сырье для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве добавок в корм скоту для стимуляции его роста. Нефть – наше национальное богатство, источник могущества ... По уровню добычи мы уступаем только Саудовской Аравии. В 2002 году добыто углеводородов: нефти – 379,6 млн.тонн, природного газа – 594 млрд.м 3 . На территории Российской Федерации находятся ...
Каталитический крекинг — один из основных процессов нефтепереработки. В качестве сырья в настоящее время используют так называемый вакуумный газойль (т.кип. до 500°С), который получается в результате вакуумной перегонки мазута. Сырье при температуре 500°С контактирует с катализатором, в качестве которого используются синтетические алюмосиликаты — цеолиты. Бензин, получаемый в результате каталитического крекинга, обладает высоким октановым числом, поскольку в нем содержится больше разветвленных парафинов и ароматических углеводородов, то есть структур, которые по сравнению с н-парафинами обладают гораздо лучшими антидетонациоными свойствами.
Каталитический реформинг — в настоящее время это основной процесс нефтепереработки для получения ароматических углеводородов — бензола, толуола и ксилолов. В первоначальном варианте он использовался для превращения низкооктановых бензинов в высокооктановые. Сырьем для реформинга служат прямогонные фракции с температурой кипения 75 — 200°С (нафта), бензиновые фракции деструктивных методов переработки нефти. В качестве катализаторов используются платина, палладий и родий. Наибольшее применение нашли платиновые катализаторы, в них платина в количестве 0,3 — 0,7% наносится на оксид алюминия. Процесс каталитического реформинга проводится в токе водорода в температурном интервале 450 — 550°С и при давлении от 10 до 35 атм. [1]
-
Основные продукты нефтехимии
Этилен
Одним из главных продуктов нефтепереработки является этилен. Для чего нужен этилен? В промышленности этилен получают пиролизом нефтяного сырья. В 50 — 60 годы нефтехимический этилен стал широко доступным и его производство возрастало с удивительной скоростью. Этому способствовали две основные причины. Первая причина связана с получением из этилена таких крупнотоннажных продуктов, как полиэтилен, оксид этилена и стирол; вторая основана на разработке современных методов получения из этилена хлористого винила, винилацетата, ацетальдегида — продуктов, которые ранее получали из другого сырья. С середины 60-х годов производство ценных продуктов на основе этилена стало впечатляющим. Несколько подробнее остановимся на получении важнейших продуктов из этилена — основного строительного блока нефтехимии.
Полиэтилен. Около 50% производимого в мире этилена используется для получения полиэтилена. Полиэтилен — самый крупнотоннажный полимер — является термопластом. [1] Полиэтилен получается при полимеризации этилена:
[1]-полимерный материал, который может обратимо размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении
Рисунок 2. Схема производства полиэтилена
Сейчас технологическая схема производства полиэтилена выглядит следующим образом. Нефтехимическое сырье, производимое на нефтеперерабатывающих заводах и ГПЗ, подается на установки пиролиза, где производится этилен. Далее он вовлекается в полимеризацию. Специфика этого процесса определяет, какой вид полиэтилена получится на выходе. В России производится два вида: полиэтилен низкой плотности (ПЭНП, LDPE) и полиэтилен высокой плотности (ПЭВП, HDPE).
Качество продуктов питания
... данной продукции; 7) комбинированный, включающий несколько методов определения показателей качества. Для определения качества пищевого сырья применяются следующие методы. Органолептическими методами определяют качество продуктов с ... баллов. Применение метода интерполяции в интервале 1-10 баллов позволяет определить балльное значение критерия (показателя) для каждого вида продукции. В качестве примера ...
[2]
Рисунок 3. Потребление полиэтилена в России, 2009г
Хлористый винил. Он необходим для получения поливинилхлорида — второго по тоннажности промышленного полимера. Примерно 15% производимого полиэтилена расходуется на получение винилхлорида. Производство хлористого винила первоначально базировалось на ацетилене:
Этот метод сейчас не применяется вследствие дороговизны ацетилена и высокой
Мы видим, что в результате суммарной реакции из этилена, хлора и кислорода получается хлористый винил, при этом хлор полностью расходуется и не образуется хлористый водород. Винилхлорид в основном используется для получения поливинлхлорида, который находит широкое применение в качестве прекрасных электроизоляционных материалов, производства искусственной кожи, листов, труб, волокна и др. [1]
Рисунок 4. Применение поливинилхлорида в России, 2009г
Оксид этилена. Производство оксида этилена — один из старейших нефтехимических процессов; он известен с 1925 года. Примерно 15% производимого этилена идет на получение оксида этилена. В 30-е годы был разработан способ прямого окисления этилена кислородом воздуха в присутствии cеребряного катализатора:
Оксид этилена используется для производства этиленгликоля:
- Этиленгликоль — прекрасный антифриз;
- кроме того, он служит сырьем для получения полиэтилентерефталата, применяемого для производства волокна (лавсан, терилен):
Этиловый спирт. Один из наиболее крупнотоннажных и широко используемых продуктов нефтехимического синтеза. Этиловый спирт — прекрасный растворитель, используется в пищевой и медицинской промышленности, для синтеза сложных эфиров, хлороформа, диэтилового эфира, ацетальдегида и уксусной кислоты. В настоящее время основное количество синтетического этанола получают в результате прямой гидратации этилена:
В качестве катализатора используют главным образом фосфорную кислоту, реакцию ведут при температуре около 300°С и давлении 70 атм.
К 1970 году картина резко изменилась, и ацетальдегид стали получать напрямую окислением этилена воздухом в результате так называемого уокер-процесса. Этот изящный и весьма экономичный процесс проводится в сравнительно мягких условиях в присутствии каталитической системы, состоящей из PdCl2 и CuCl2 :
Основное применение ацетальдегида — это получение уксусной кислоты жидкофазным окислением воздухом в присутствии марганцевых и кобальтовых катализаторов:
Уксусная кислота широко применяется в пищевой
Пропилен — один из важнейших продуктов нефтехимии, получается наряду с этиленом пиролизом бензиновых фракций. Превращения пропилена, в отличие от этилена, базируются на реакциях не только двойной связи, но и метильной группы. Какие основные продукты дает пропилен?
«Оптимизация процесса получения низших олефинов из
... метанола [8]. Таблица 1.1 - Зависимость выхода олефинов от времени работы катализатора SAPO-34 в присутствии воды в сырье и в ее отсутствии Время работы Этилен Пропилен Бутены Этилен Пропилен ... 22. Из практики и мирового опыта, на катализаторе SAPO-34 при низком парциальном давлении метанола высокая селективность по олефинам, особенно по пропилену. Эксперименты по конверсии метанола на SAPO-34 ...
Полипропилен.
Полипропилен находит аналогичное полиэтилену
Рисунок 5. Применение полипропилена в России, 2009г
Оксид пропилена. Около 10% нефтехимического пропилена расходуется на производство оксида пропилена. До 1968 года оксид пропилена производился только хлоргидринным методом (промежуточно образовывался пропиленхлоргидрин ):
Этот метод имеет недостатки, связанные с использованием дорогостоящих хлора и
