Химия нефтехимия. Важнейшие технологические процессы получения наиболее значимой продукции химии и нефтехимии

Компания «Грасис» обеспечивает газоразделительным и воздухоразделительным оборудованием заказчиков нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслей, предлагая широкий выбор современных высокотехнологичного азотных, кислородных, водородных установок и станций.

Азот, вырабатываемый на установках «Грасис», используется для создание инертной среды в емкостях, азотного пожаротушения, продувки и испытания трубопроводов, регенерации катализаторов, упаковки продукции в азотной среде.

Кислород широко используется для окисления исходных реагентов с целью получения азотной кислоты, этиленоксида, пропиленоксида, винилхлорида, и других важных химических соединений.

Водородные установки «Грасис» позволяют концентрировать водород из отдувочных газов пиролиза, дегидрирования алканов и алкенов и других технологических потоков.

Основное применение

Получение газообразного азота из воздуха - одно из основных направлений разделения и получения газов с помощью мембранной технологии. Азот, химически инертный газ, не поддерживает горение любых углеводородных веществ.

Принцип действия установок газового пожаротушения заключается в создании в помещении среды с пониженным содержанием кислорода - менее 10%, в такой среде процесс горения становится невозможным.

Установки газового пожаротушения не только очень эффективны - способны тушить пожар за несколько секунд в независимости от удаленности очага возгорания, но также неприхотливы и надежны в эксплуатации. Во многих случаях они представляют собой единственный тип оборудования применимый для тушения труднодоступных очагов пожара, как например, в шахтах. Кроме того, установки пожаротушения «Грасис» можно использовать для поддержания постоянного состава инертной атмосферы в сооружениях.

Эти и другие уникальные качества обуславливают установкам все большее признание и распространение в различных областях человеческой деятельности. Сочетание последних научных достижений и богатого опыта специалистов компании обеспечивает установкам пожаротушения «Грасис» ряд очевидных преимуществ:

• Не наносится вреда оборудованию.

В результате тушения пожара азотной установкой не наносится никакого вреда ценному оборудованию, в отличие от пенных и водяных систем пожаротушения.

• Объемное тушение пожара.

Установки азотного пожаротушения позволяет гарантировать объемное тушение пожара. Эффективность пожаротушения не зависит от труднодоступности очага возгорания.

• Постоянное инертирование.

Конструкция установки пожаротушения позволяет использовать ее для поддержания постоянного пожаровзывобезопасного состава атмосферы.

• Возможность контейнерного исполнения.

Установка азотного пожаротушения может быть выполнена в контейнерном варианте на базе салазок или шасси.

• Полная автоматизация.

При возникновении пожара азот из ресивера автоматически подается в помещение или технологическую емкость, где произошло возгорание.

• Простота в эксплуатации.

Установки очень просты в эксплуатации и не требует обслуживания. Пожаротушение и последующее заполнение ресивера азотом происходит без непосредственного участия человека.

• Не требуется дозаправка.

В отличие от традиционных систем пожаротушения установкам пожаротушения «Грасис» не требуется дозаправка. В случае использования азота для пожаротушения или технологических нужд установка восполняет запасы азота.

• Экологическая чистота.

Азот является экологически чистым газом, поэтому использование установок азотного пожаротушения не оказывает никакого вредного воздействия на окружающую среду.

• Низкие эксплуатационные расходы.

Азот - эффективный огнетушащий газ, который производится установкой из обычного атмосферного воздуха, в результате эксплуатационные затраты оказываются очень незначительными.

Конструкция установки пожаротушения позволяет использовать ее для поддержания постоянного состава атмосферы с определенной допустимой концентрацией кислорода в помещении или резервуаре. Это позволяет гарантировать практически полную пожаро- и взрывобезопасность, т. к. в среде с содержанием кислорода менее 10% горение подавляющего большинства веществ становится невозможным. Кроме того, производимый установкой азот может быть использован для продувки технологических объемов, в таком случае происходит автоматическое его восполнение в ресивере.

Азот является наиболее востребованным газом для обеспечения взрыво- и пожаробезопасности в различных областях промышленности: от пищевой до атомной. Являясь инертным газом, азот позволяет при его подаче в технологический объем вытеснить кислород и избежать реакции окисления.

Горение представляет собой реакцию быстрого окисления, которая обусловлена наличием в атмосфере кислорода, а также источником воспламенения - искрой, электрической дугой, химической реакцией со значительным выделением тепла. Для предотвращения возгорания следует такую реакцию не допустить.

В среде с концентрацией азота около 90% процесс горения становится невозможным. Поэтому производимые «Грасис» стационарные азотные установки и мобильные азотные станции, предназначенные для производства азота от 5 до 5000 м³/ч при чистоте от 90 до 99,96%, позволяют эффективно предотвратить возгорание, а в случае необходимости, потушить очаг пожара.

Азотные установки и станции «Грасис» широко используются для обеспечения взрыво- и пожаробезопасности при транспортировке, перевалке, хранении углеводородов и взрывоопасных химических веществ. Азот чаще всего применяется для продувки технологического оборудования, емкостей, трубопроводов, а также для создания «азотной подушки».

НЕФТЕХИМИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ, химические продукты, выделенные или произведенные (полностью или частично) из нефти и природного газа. Использование нефти и природного газа как сырья для химического производства началось в 1920-е годы и быстро росло после 1940. Нефтехимические продукты в 1990-е годы составляли более половины мирового объема производства органических веществ и более одной трети продукции всей химической промышленности. Нефть и природный газ заменили такое сырье для химической промышленности, как каменный уголь, зерно, меласса и древесина. Нефтехимические продукты используют для получения растворителей, лекарств, красителей, инсектицидов, пластмасс, резины, текстиля, детергентов (моющих средств) и пр.

Основными классами веществ, выделяемых из природного газа или продуктов переработки нефти (а также побочных продуктов), являются углеводороды, сернистые соединения и нафтеновые кислоты. Углеводороды – главный источник получения химических продуктов. Из простейшего углеводорода, метана – главного компонента природного газа, получают органические соединения и водород для синтеза аммиака. Другие углеводородные компоненты природного газа и нефти – парафины (этан, пропан и бутаны) – обычно превращают в соответствующие олефины (ненасыщенные углеводороды) для дальнейшей химической переработки. Парафины и олефины присутствуют также в газах, образующихся при переработке нефти. Ароматические углеводороды (бензол, толуол и ксилол) получают при помощи каталитических процессов риформинга из некоторых бензиновых фракций, содержащих высокий процент нафтенов (насыщенных циклических углеводородов).

Главные продукты переработки метана – метиловый спирт (метанол), аммиак и метилхлорид. Метанол используют в качестве антифриза или сырья для получения формальдегида. Из аммиака делают удобрения (нитрат и сульфат аммония), синильную кислоту, азотную кислоту, мочевину и гидразин. Гидразин – не только промежуточный продукт химической промышленности; он используется также как ракетное горючее. Хлорпроизводные метана служат в качестве промежуточных продуктов и растворителей.

Из углеводородов в наибольших количествах используют этилен. Главные первичные продукты его переработки – этиленоксид, этиловый спирт, этилхлорид, дихлорэтан и пластмассы на основе полиэтилена. Гидратацией этиленоксида получают этиленгликоль, который широко применяется в качестве антифриза или исходного продукта для получения дакрона и других полимеров. Этиленоксид реагирует также с синильной кислотой с образованием акрилонитрила, используемого для получения таких полимеров, как акрилан, орлон, динель и бутадиен-нитрильный каучук. Этиловый спирт, применяемый в качестве растворителя, важен также как исходное сырье для получения уксусной кислоты и уксусного ангидрида – полупродукта в производстве ацетатного волокна и целлофана.

Дихлорэтан используют в основном для получения винилхлорида, который при полимеризации дает поливинилхлорид, а при сополимеризации с акрилонитрилом – динель. Винилиденхлорид (1,1-дихлорэтилен) – основной исходный материал для волокна саран, пластмасс и резины – также получается из дихлорэтана.

Из пропилена производят изопропиловый спирт, большую часть которого окисляют в ацетон. Последний является исходным веществом для синтеза большого числа химических соединений и полиметилметакрилатов типа люсайта и плексигласа. К другим важным продуктам переработки пропилена относятся его тетрамер, используемый в производстве алкиларилсульфонатных детергентов, а также аллилхлорид – промежуточное соединение для синтеза глицерина – и кумол, который при окислении дает фенол и ацетон.

Дегидрирование нормальных (неразветвленных) бутиленов дает бутадиен, который в основном используется для производства синтетического каучука, а также бутиловые спирты, применяемые в качестве растворителей и исходных веществ для синтеза кетонов и сложных эфиров.

Бензол используется для получения стирола, полимеризация которого дает полистирольные пластмассы, а сополимеризация с бутадиеном – стирольные каучуки. Фенол, используемый преимущественно в производстве пластмасс, получают из бензола хлорированием, сульфированием или путем синтеза кумола. Бензол применяют также в производстве найлона, детергентов, анилина, малеинового ангидрида, хлор- и нитропроизводных.

Толуол используется в производстве тринитротолуола (взрывчатого вещества), сахарина, винилтолуола и других продуктов.

Ксилол имеет три изомера – о -ксилол, м -ксилол и п -ксилол. Фталевый ангидрид, применяемый в производстве полимерных покрытий, получают окислением о -ксилола. Дакроновое волокно и майларовые пленки производят путем поликонденсации терефталевой кислоты (получаемой из п -ксилола) и этиленгликоля. Изофталевая кислота, продукт окисления м -ксилола, является основным исходным материалом для нескольких типов пластмасс и пластификаторов.

И природного газа в полезные продукты и сырьевые материалы;

• Выявление закономерностей формирования компонентного состава нефти и структуры нефтяных дисперсных систем.
• Создание научных основ нетрадиционных методов увеличения нефтеотдачи: физико-химического регулирования фильтрационных потоков, ограничения водопритока, микробиологического воздействия на пласт.
• Изучение механизмов структурообразования и реологии нефтяных дисперсных систем в процессах добычи, транспорта и переработки углеводородного сырья .
• Физико-химические основы создания новых материалов и технологий их применения для решения экологических проблем нефтехимии и нефтепереработки.
• Разработка геоинформационных систем по геологии и химии нефти и технологий для решения проблем окружающей среды и устойчивого развития региона. Анализ и экологическая оценка технологий получения и применения химических продуктов.

Важнейшие продукты нефтехимии

Характеристика

Бурное развитие нефтехимия начала в 1930-х годах. Динамику развития можно оценить по объёму мирового производства (в млн тонн): 1950 - 3, 1960 - 11, 1970 - 40, 1980-100. В 1990-е годы нефтехимические продукты составляли более половины мирового объёма производства органических веществ и более одной трети продукции всей химической промышленности.

Основными тенденциями развития являются: повышение единичной мощности установок до оптимальных (с позиций себестоимости продукции), повышение селективности для экономии сырья, снижение энергоёмкости и замыкание потоков энергии путём рекуперации, вовлечение в переработку новых видов сырья (в том числе тяжёлых остатков, а также побочных продуктов других процессов).

По объёму производства нефтехимической продукции Россия занимает 19-е место в мире (1 % мирового объёма), по объёму на душу населения - 11-е место [ ] .

Химия и нефтехимия занимает в промышленности России не последнее место по доходам. В ней занять большое количество рабочих и менеджеров. Химическая и нефтехимическая промышленность России занимает одно из основополагающих мест в экономке и валовом внутреннем продукте всей страны. Работа всего комплекта имеет основополагающее значение для многих других отраслей промышленности и всей отечественной экономики.

Химия и нефтехимия является одной из основных отраслей, которая имеет огромный потенциал для экспорта и занимает второе место во внешней торговле Российской Федерации. Удельный вес химической и нефтехимической промышленности во всем объеме промышленного производства в стране остается стабильным вот уже на протяжении десятка лет и составляет примерно 6-7% от общего объема.

История химии и нефтехимии в России не была столь легка и безоблачна, как может показаться на первый взгляд. Химия и нефтехимия развивалась своим особым чередом, переживала спады и возрастала до немыслимых высот, занимая в середине девяностых больше 10% всего ВВП страны. В начале девяностых вся промышленность переживала неприятный спад, который появился из-за большой конкуренции со стороны западных компания и плохого качества отечественной продукции. Химия и нефтехимия не были в этом падении первыми, но все же потеряли значительную часть своих клиентов. К середине девяностых рынок химии и нефтехимии пережил бум продаж. Большинство предприятий отрасли показали положительный рост и достигли уровня производства, который был у них еще при СССР. Но это продолжалось не долго. Вскоре грянул экономический кризис 1998 года, который затронул все отрасли промышленности. Уровень производства в химии и нефтехимии составлял лишь 40% от производства 1991 года. Но после кризиса химическая и нефтехимическая промышленность стала одним из локомотивов, которые тянули всю экономику страны вперед. Уже в 1999 году рост составил 21%. В двухтысячных рост составлял примерно 10-15% каждый год. Так продолжалось до нового экономического кризиса в начале 2008 года. Во время экономического кризиса химия и нефтехимия прекратила совой рост, но практически не потеряла производства.

Кризис меньше всего ударил по отрасли химии и нефтехимии, которая стала поддерживать и другую промышленность. Восстановительные процессы в отрасли в России идут более высокими темпами, чем вся промышленность в целом. Это дает повод говорить про достаточный экономический потенциал и рост в области химии и нефтехимии.
Прирост химического и нефтехимического производства за 2010 год составил примерно 20% по разным показателям. Рост производства синтетических смол и пластмасс составляет 16%, продукты органического синтеза увеличили производство еще на 21%, каучука произвели больше на 14%, пластмассовые изделия достигли своего максимального роста в 25%.

Наиболее важным сдвигом в химии и нефтехимии является то, что увеличились инвестиции. Они выросли в 2 раза по сравнению с 2009 годом и продолжают расти. Загрузка всех мощностей отрасли увеличилась с 43% в 2009 году до 67% в 2010. Новые контракты с иностранными покупателями позволяют увеличивать производство всех компонентов в отрасли и в начале 2011 года. Химия и нефтехимия оживилась благодаря нескольким факторам.

Химия и нефтехимия имеют несколько преимуществ перед другими отраслями промышленности: мощная сырьевая база, постоянный рост спроса, как внутри страны, так и за ее пределами, государственная поддержка, прекрасная научная база для дальнейшего развития. Правительство России принимает законы, которые лоббируют защиту отечественных производителей химии и нефтехимии, а также ограничивает работу конкурентных зарубежных компаний.

Но есть и недостатки: большой уровень износа оборудования и старые технологии производства материалов, большая зависимость от экспорта, большая конкуренция со стороны западных компаний, нехватка инвестиций, большие расходы на транспортировку, недостаток кадров, большие риски при производстве химикатов.

(Марковников), их (М. И. Коновалов, С. С. Наметкин) и жидкофазному (К. В. Харичков, Энг-лер), а также по каталитич. превращениям высококипящих (В. Н. Ипатьев, Н. Д. Зелинский).

Первым пром. нефтехим. продуктом был , синтезированный из отходящих термич. (1920, США). Массовый переход пром. орг. синтеза с угольного сырья на нефтегазовое, происшедший в 1950-60-е гг., стимулировал выделение нефтехимии в самостоят. направление научных исследований в .

В научно-техн. литературе термин "нефтехимия" начал появляться в 1934-40, а после 1960 стал применяться для обозначения научного направления и дисциплины. Предшествующий термин " " с этого времени употребляется только в узком значении-для обозначения направления нефтехимии, занимающегося изучением состава и св-в .

Основные задачи и направления. Главная задача нефтехимии -изучение и разработка методов и процессов переработки компонентов и прир. , гл. обр. , в крупнотоннажные орг. продукты, используемые преим. в качестве сырья для послед. выпуска на их основе товарных хим. продуктов с определенными потребит. св-вами (разл. , р-рители, ПАВ и др.). Для достижения этой цели нефтехимия изучает св-ва , исследует состав, строение и превращения смесей и гетероатомных соед., содержащихся в , а также образующихся при переработке и прир. . Нефтехимия оперирует преим. многокомпонентными смесями и их функцией, производных, решает задачи управления р-циями таких смесей и осуществляет целенаправленное использование компонентов .

Задача поисковых исследований - изыскание принципиально новых р-ций и методов, к-рые при послед. реализации в виде технол. процессов могут качественно изменить техн. уровень нефтехим. произ-в.

Конкретные задачи прикладных исследований и разработок определяются требованиями нефтехим. и нефтеперерабатывающей пром-сти, а также диктуются логикой развития всей хим. науки.

Для решения своих задач нефтехимия комплексно использует методы и достижения орг. и физ. , математики, и др. наук. В связи с четко выраженной прикладной направленностью исследований при разработке нефтехим. процессов широко практикуется и проверка их на опытных установках разл. масштаба (см. ). Научные исследования в нефтехимии развиваются по след. осн. направлениям: изучение хим. состава , взаимопревращения , синтез функцион. из нефтяного и газового сырья.

И з у ч е н и е х и м. с о с т а в а выявляет закономерности распределения , гетероатомных и металлсодержащих соед. в и их фракциях в зависимости от месторождения, глубины залегания и условий добычи (см. ). Знание таких закономерностей дает возможность создавать данных по , рекомендовать наиб. рацион. пути переработки и использования , нефтяных фракций и компонентов. Для более глубокого изучения состава интенсифицируют существующие методы анализа и разрабатывают новые, используя комплексные хим. и физ.-хим. методы анализа ( , оптич. , и др.).

Исследование в з а и м о п р е в р а щ е н и й у г л е в о д о р од о в обеспечивает научную основу процессов нефтепереработки-получения , их высокооктановых компонентов (изопарафины С 6 -С 9 , ароматич. ), мономеров и полупродуктов ( , ) из др. компонентов , гл. обр. неразветвленных и . Для этой цели исследуют закономерности и механизм термич. и каталитич. превращений индивидуальных и их смесей, осуществляют поиск, разработку и применение новых и модифицир. катали заторов, изучают взаимное влияние компонентов реакц. смеси на направление р-ции при , и др. Такое изучение позволяет усовершенствовать существующие и разрабатывать новые процессы с целью ее углубления до 75-85%, получать высококачеств. , утилизировать гетероатомные компоненты . Перспективно также изучение и использование новых для нефтехимии био-хим., плазмохим., фотохим. и др. методов стимулирования р-ций.

С и н т е з ф у н к ц и о н. п р о и з в о д н ы х у г л е в о д о р о д о в (нефтехим. синтез)-разработка научных основ эффективных прямых или малостадийных методов получения важнейших функцион. производных ( , карбоновые к-ты, эфиры, галоген- и серосодержащие производные) на основе и прир. , полупродуктов и отходов . Примером может служить создание новых перспективных процессов селективного синтеза кислородсодержащих соед. с использованием одностадийных р-ций разл. и оле-финов .

Нефтехимическое производство. Результаты научных исследований и достижений в области нефтехимии находят практич. применение в произ-ве мн. крупнотоннажных орг. полупродуктов. Преимущество нефтегазового сырья перед др. видами ( , растит. и и т.п.) состоит в том, что его комплексная переработка дает возможность одновременно получать широкий ассортимент полупродуктов для разл. хим. произ-в.

Нефтехим. произ-во начинается с получения первичных нефтехим. продуктов, частично поставляемых , напр. прямогонный , высокоароматизир. с установок каталитич. и , низ шие фракции и , и выделяемые из них жидкие и . На основе первичных нефтехим. продуктов (гл. обр. непредельных и ароматич. ) производятся вторичные продукты, представленные разл. классами орг. соединений ( , альде гиды, карбоновые к-ты, и др.); на основе вто ричных (и частично первичных)-конечные (товарные) продукты (см. схему). Жидкие, твердые или газообразные и (гл. обр. н-алканы) являются сырьем для микробиол. синтеза кормовых продуктов (см. ).

Нефтехим. произ-во характеризуется выпуском продуктов нетопливного назначения, ограниченным и стабильным ассортиментом продуктов (ок. 50 наименований), крупными масштабами произ-ва. Состояние и развитие нефтехим. произ-ва определяющим образом влияет на темпы и масштабы химизации всего народного хозяйства и, в первую очередь, на произ-во синтетич. и , резинотехн. изделий, кормовых в-в и др. Благодаря этому развитие нефтехимии определяет прогресс мн. др. отраслей народного хозяйства, где и реализуется в осн. прибыль и экономия сырья и энергии от вовлеченных в использование .

Нефтехим. произ-ва, как правило, являются поточно-непрерывными, осуществляются на агрегатах большой единичной мощности, при повыш. т-рах и выпуск 1 т нефтехим. продукта требует затраты от 1,5 до 3 т ее как сырья и еще 1 -3 т как энергоисточника (в сумме от 2,5 до 6 т). В связи с этим доля сырья в себестоимости велика (65-85%), издержки произ-ва и прибыль относительно невысокие. Актуальная задача интенсификации и повышения экономич. эффективности нефтехим. произ-в решается за счет химико-технол. (использование новых, более селективных р-ций и , рабочих условий, привлечение более доступных и дешевых видов сырья и более эффективных способов осуществления операций и т.п.) и организационно-экономич. факторов ( произ-ва и укрупнение агрегатов, кооперирование и комбинирование процессов, установок и произ-в).

Нефтехим. произ-ва обычно сопровождаются образованием побочных продуктов, загрязняющих . Решение экологических вопросов достигается путем повышения процессов, создания малоотходных технологий, комплексной переработки сырья и отходов.

На хим. переработку сейчас тратится во всем мире более 8% добываемой . По отдельным странам эти цифры колеблются и составляют для СССР ок. 7%, для США 12%. В соизмеримых по тоннажу с общим кол-вом , расходуемых на нефтехим. цели, используется прир. . Доля его добычи, поступающая на хим. переработку, составляет в мире 12%, в СССР 11%, в США 15%.

Общий объем выпуска нефтехим. продуктов в мире м.б. оценен в 300 млн. т/год (1987-88). В табл. приведены оценочные данные по мировому произ-ву наиб. крупнотоннажных нефтехим. продуктов.

СССР является крупным производителем этилена не растет (с 3,11 млрд.т в 1980 она снизилась до 2,6 млрд.т в 1983, а затем возросла до 3,07 млрд.т в 1989), основной ассортимент нефтехим. продуктов будет сохраняться, а объемы их произ-ва расти на 4-6% в год. В связи с этим следует ожидать значительного (по абс. кол-ву и в процентном отношении) роста расхода и технология основного органического и нефтехимического синтеза , 4 изд., М., 1938; "Ж. Всес. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева", 1989, т. 34, № 6.

С. М. Локтев.