Лекция №2. Углеводородное сырье.
Рассматриваемые вопросы:
1. Производство углеводородного сырья.
2. Основные источники углеводородного сырья, их характеристика и состав.
3. Производство насыщенных углеводородов.
4. Низшие парафиновые углеводороды, их характеристика и использование в промышленности.
5. Газофракционирующая установка.
6. Изомеризация парафинов.
Производство углеводородного сырья.
Химическая переработка углеводородного сырья осуществляется на предприятиях нефтехимического и газохимического комплекса, которые принадлежат к числу базовых отраслей российской индустрии. Они обеспечивают многие отрасли промышленности и сельского хозяйства сырьем, способствуют ускоренному развитию отраслей, определяющих научно-технический прогресс, формированию социально ориентированной структуры производства и потребления. Стабильное функционирование нефтехимического комплекса имеет принципиальное значение для развития всех сегментов отечественной экономики. Отрасль располагает значительным экспортным потенциалом и играет существенную роль в российской внешней торговле, что очень важно для устойчивого развития страны [8].
Искать новые процессы переработки нефти заставляла не только необходимость улучшения качества бензина. Конечно, нефть – источник энергии, но она также и кладезь химического сырья для получения органических соединений. И если превращением нефти в бензин, керосин, мазут занималась нефтеперерабатывающая промышленность то выделение из нефтяных продуктов самых разных веществ стало главной задачей огромной отрасли химической науки и технологии – нефтехимии.
Любопытна история возникновения первых нефтехимических производств. Необходимо было найти применение побочным продуктам термического крекинга – пропилену и этилену, которые попросту выбрасывались в атмосферу или сжигались. Вот из такого пропилена американская компания “Стэндарт Ойл” в 1920 г. стала производить изопропиловый спирт СН3СН(ОН)СН3, используемый как органический растворитель. Он и оказался первым нефтехимическим продуктом.
А первое производство основанное на этилене, появилось в 1923 г. Тогда другая американская компания “Юнион Карбайд”, начала выпускать такие растворители как этиленгликоль НОСН2СН2ОН и дихлорэтан СН2CIСН2CI, а несколько лет спустя – этиленхлоргидрин НОСН2СН2СI и из него оксид этилена СН2(О)СН2, исходный продукт в синтезе полиэтиленоксида (-ОСН2 СН2-).
Основные источники углеводородного сырья, их характеристика и состав
Углеводороды, служащие сырьем для нефтехимической промышленности, принадлежат к алифатическому, циклоалифатическому и ароматическому рядам. Алифатические углеводороды включают насыщенные или парафиновые углеводороды, олефины, диолефины и ацетилен. Из циклоалифатических углеводородов в нефтях содержатся только производные циклопентанов и циклогексанов; важнейшую роль играет циклогексан как сырье для получения чистой адипиновой кислоты. Кроме того, он имеет особое значение как промежуточный продукт в производстве ароматических углеводородов методом каталитического риформинга [1].
К ароматическим углеводородам, получаемым и перерабатываемым на нефтехимических заводах, относятся бензол, толуол и ксилол. Их получают каталитическим риформингом определенного нафтенового сырья. В меньшем масштабе при помощи специальных процессов получают и другие ароматические углеводороды — нафталин, его гомологи, а также ряд других конденсированных ароматических углеводородов.
Продукты различных процессов нефтепереработки стали отличным сырьём для современного промышленного органического синтеза. Ассортимент продукции на основе углеводородов огромен: мономеры для производства синтетических волокон, каучука, пластмасс, Синтетические моющие средства (СМС), растворители, взрывчатые вещества, средства защиты растений от вредителей, лекарственные препараты и многое, многое другое, без чего просто немыслима жизнь современного человека.
Основная масса нефти (более 90%) расходуется в виде топлива и только около 10% идет на химическую переработку. А ведь запасы её не столь уж велики. В общем объёме углеродсодержащего промышленного сырья, включая природный и каменный уголь, «чёрное золото» занимает всего лишь 3%. Количество отраслей промышленности, которым нефтехимические заводы поставляют свою продукцию, постоянно возрастает. В настоящее время производство ряда определенных химических продуктов базируется почти исключительно на основе нефтяных газов или нефти. Поэтому в ХХI веке перед химиками – технологами стоит задача расширить применение нефти как источника химического сырья, а не топлива. Замена там, где это возможно, горючего, производимого из нефти, газом или углём – один из способов отказаться от неразумного использования драгоценной жидкости [11].
Нефтехимической промышленностью принято называть производство химических продуктов на основе нефти и газа. К нефтехимическим производствам относятся:
1) производство сырья - олефинов, диенов, ароматических и нафтеновых углеводородов;
2) производство полупродуктов - спиртов, альдегидов, кетонов, ангидридов, кислот и др.;
3) производство поверхностно-активных веществ;
4) производство высокомолекулярных соединений - полимеров.
1)В производстве продуктов нефтехимического синтеза большое место занимает подготовка углеводородного сырья и получение первичных исходных углеводородов: предельных (парафиновых), непредельных (олефиновых, диеновых, ацетилена), ароматических и нафтеновых. Основная их часть превращается в функциональные производные с активными группами, содержащими кислород, азот, хлор, фтор, серу и др. элементы. Нефтяные фракции и газы не могут быть прямо переработаны в товарные химические продукты. Для такой переработки нужно предварительно получить химически активные углеводороды, к которым относятся в первую очередь непредельные углеводороды (олефины): этилен С2Н4, пропилен С3Н6, бутилен С4Н8, и др. Основным промышленным методом получения олефинов является пиролиз различного газообразного и жидкого нефтяного сырья, что можно разобрать на примере этилена.