Нефтехимия, нефтехимический синтез - отрасль химической промышленности, производящая химические продукты из нефти, попутных и природных газов и их отдельных компонентов. На долю нефтехимии приходится свыше четверти всей химической продукции мира. Ориентация экономики развитых стран на нефтяное сырье позволила нефтехимии совершить в середине XX в. качественный скачок и стать одной из самых важных отраслей тяжелой промышленности.
Обычно, рассказывая об истории возникновения нефтехимии, за точку отсчета берут 1918 г., когда в США было освоено первое в мире производство изопропилового спирта из крекинг-газов. Изопропи-ловый спирт СН3СНОНСН3 и сейчас достаточно широко применяют в промышленности (главным образом, для производства ацетона). Но наверное, главными продуктами нефтехимии стали материалы, первоначально не имевшие к ней ни малейшего, казалось, отношения.
О создании синтетических каучуков (СК) рассказано в ст. Каучуки и эластомеры. Первые наши СК делались исключительно из спирта, который получали из пищевого сырья. Сейчас все каучуки синтезируются из нефтехимического сырья. Получаемая из каучука резина идет в основном на шины для автомобилей, самолетов, колесных тракторов.
Из нефтяного сырья производят и многие другие вещества, технология изготовления которых первоначально основывалась на химической переработке пищевых продуктов. Достаточно вспомнить о жирных кислотах и моющих средствах. Нефтехимия экономит не только пищевые продукты, но и значительные средства. Один из важнейших мономеров для каучуков - дивинил - при производстве из бутана обходится примерно вдвое дешевле, чем при его получении из пищевого спирта.
Пять первых представителей насыщенных углеводородов метанового ряда - метан СН4, этан С2Нб, пропан СзН8, бутан С4Ню и пентан С5Н12 - стали важнейшим нефтехимическим сырьем, хотя каждого из них, в том числе и метана, преобладающего в составе природного газа, в нефти немного. В реакции присоединения насыщенные углеводороды не вступают. Поэтому для нефтехимии чрезвычайно важны реакции замещения", хлорирование, фторирование, сульфохлорирование, нитрование, а также неполное окисление. Все эти способы химического воздействия на предельные углеводороды позволяют получить более реакционноспособные соединения.
Пиролизом насыщенных углеводородов можно получить этилен, ацетилен и другие ненасыщенные углеводороды, на основе которых синтезируются многие органические соединения. Особую ценность представляет этилен. Он нужен для получения синтетического спирта, винилхлорида, стирола, одного из самых важных пластиков - полиэтилена и т. д., а также для получения поливинилхлорида, полистирола и ряда других веществ и материалов. В конце 50-х гг. на базе нефтехимического сырья в нашей стране изготавливалось лишь 15% пластмасс и синтетических смол, сейчас - больше 75%.
Нефтехимия производит также ароматические соединения, органические кислоты, гликоли (двухатомные спирты), сырье для производства химических волокон, удобрения. В последние десятилетия на базе нефтехимии родилась группа биотехнологических производств. Это - получение белково-витаминных концентратов методом микробиологической депарафинизации нефти. Концентрат представляет собой клеточное вещество микроорганизмов, способных питаться нефтью или отдельными ее фракциями. После соответствующей очистки эти концентраты пригодны для откорма сельскохозяйственных животных. На нефтеперерабатывающем комбинате в г. Шведте (ГДР) производится белково-дрожжевой концентрат фермозин, технология получения которого разработана совместно учеными СССР и ГДР. В СССР построены несколько крупнотоннажных производств микробного белка, где в качестве сырья используются высокоочищенные парафины.
Сегодня нефтехимия обеспечивает нас множеством необходимых промышленных продуктов.
Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.КнунянцНЕФТЕХИМИЯ
, область
химии, изучающая состав, свойства и химический превращения компонентов нефти и природные
газа, а также процессы их переработки.
Историческая справка.
Начало исследований по НЕФТЕХИМИЯ относят к последней четверти 19 в. (примерно 1880),
когда пром. добыча нефти в мире (в основные Россия и США) достигла 4-5 млн.т/год.
Трудами Д. И. Менделеева, Ф. Ф. Бейльштейна, В. В. Марковникова, К. Энглера
были развернуты исследования углеводородного состава нефтей различные месторождений,
главным образом кавказских, разработка приборов и методов для анализа нефтей, синтез
модельных углеводородов. В кон. 19-нач. 20 вв. были выполнены первые работы
по хлорированию и гидрохлорированию углеводородов нефти (Марковников), их нитрованию
(М. И. Коновалов, С. С. Наметкин) и жидкофазному окислению (К. В. Харичков,
Энг-лер), а также по каталитических превращениям высококипящих углеводородов (В.
НЕФТЕХИМИЯ Ипатьев, НЕФТЕХИМИЯ Д. Зелинский).
Первым пром. нефтехимический
продуктом был изопропиловый спирт, синтезированный из отходящих газов термодинамически
крекинга нефти (1920, США). Массовый переход пром. органическое синтеза с угольного
сырья на нефтегазовое, происшедший в 1950-60-е гг., стимулировал выделение НЕФТЕХИМИЯ
в самостоят. направление научных исследований в химии.
В научно-техн. литературе
термин "Н." начал появляться в 1934-40, а после 1960 стал применяться
для обозначения научного направления и дисциплины. Предшествующий термин "химия
нефти" с этого времени употребляется только в узком значении-для обозначения
направления НЕФТЕХИМИЯ, занимающегося изучением состава и свойств нефти.
Основные задачи и направления.
Главная задача НЕФТЕХИМИЯ -изучение и разработка методов и процессов переработки
компонентов нефти и природные газа, главным образом углеводородов, в крупнотоннажные органическое
продукты, используемые преимущественно в качестве сырья для последующей выпуска на их основе
товарных химический продуктов с определенными потребит. свойствами (различные топлива, смазочные
масла, мономеры, растворители, ПАВ и др.). Для достижения этой цели НЕФТЕХИМИЯ изучает свойства
углеводородов нефти, исследует состав, строение и превращения смесей углеводородов
и гетероатомных соединений, содержащихся в нефти, а также образующихся при переработке
нефти и природные газа. НЕФТЕХИМИЯ оперирует преимущественно многокомпонентными смесями углеводородов
и их функцией, производных, решает задачи управления реакциями таких смесей и
осуществляет целенаправленное использование компонентов нефти.
Задача поисковых исследований
- изыскание принципиально новых реакций и методов, которые при последующей реализации
в виде технол. процессов могут качественно изменить техн. уровень нефтехимический
производств.
Конкретные задачи прикладных
исследований и разработок определяются требованиями нефтехимический и нефтеперерабатывающей
промышлености, а также диктуются логикой развития всей химический науки.
Для решения своих задач
НЕФТЕХИМИЯ комплексно использует методы и достижения органическое и физических химии, математики,
теплотехники, кибернетики и др. наук. В связи с четко выраженной прикладной
направленностью исследований при разработке нефтехимический процессов широко практикуется
моделирование и проверка их на опытных установках различные масштаба (см. Масштабный
переход). Научные исследования в НЕФТЕХИМИЯ развиваются по следующей основные направлениям:
изучение химический состава нефтей, взаимопревращения углеводородов нефти, синтез
функцион. производных углеводородов из нефтяного и газового сырья.
И з у ч е н и е х и м.
с о с т а в а нефтей выявляет закономерности распределения углеводородов, гетероатомных
и металлсодержащих соединение в нефтях и их фракциях в зависимости от месторождения,
глубины залегания и условий добычи нефти (см. Нефть). Знание таких закономерностей
дает возможность создавать банки данных по нефтям, рекомендовать наиболее рацион.
пути переработки и использования нефти, нефтяных фракций и компонентов. Для
более глубокого изучения состава нефти интенсифицируют существующие методы анализа
и разрабатывают новые, используя комплексные химический и физических-химический методы анализа
(хроматография, оптический спектроскопия, ЯМР 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 нефти обеспечивает научную
основу процессов нефтепереработки-получения моторных топлив, их высокооктановых
компонентов (изопарафины С 6 -С 9 , ароматические углеводороды),
мономеров и полупродуктов (этилен, пропилен, бутилены, бензол, толуол, изопрен,
бутадиен, ацетилен, ксилолы) из др. компонентов нефти, главным образом неразветвленных
парафинов и нафтенов. Для этой цели исследуют закономерности и механизм термодинамически
и каталитических превращений индивидуальных углеводородов и их смесей, осуществляют
поиск, разработку и применение новых и модифицир. катали заторов,
изучают взаимное влияние компонентов реакционное смеси на направление реакции при крекинге,
пиролизе, дегидрировании, изомеризации, циклизации и др. Такое изучение позволяет
усовершенствовать существующие и разрабатывать новые процессы нефтепереработки
с целью ее углубления до 75-85%, получать высококачеств. нефтепродукты, утилизировать
гетероатомные компоненты нефти. Перспективно также изучение и использование
новых для НЕФТЕХИМИЯ био-химический, плазмохимический, фотохимический и др. методов стимулирования реакций.
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 (нефтехимический синтез)-разработка научных основ эффективных прямых или малостадийных
методов получения важнейших функцион. производных (спирты, альдегиды, карбоновые
кислоты, эфиры, гликоли, амины, нитрилы, галоген- и серосодержащие производные)
на основе углеводородов нефти и природные газа, полупродуктов и отходов нефтепереработки.
Примером может служить создание новых перспективных процессов селективного синтеза
кислородсодержащих соединение с использованием одностадийных реакций окисления различные
углеводородов кислородом и карбонилирования оле-финов оксидов углерода.
Нефтехимическое производство.
Результаты научных исследований и достижений в области НЕФТЕХИМИЯ находят практическое
применение в производстве многие крупнотоннажных органическое полупродуктов. Преимущество нефтегазового
сырья перед др. видами (уголь, сланцы, торф, растит. и животные жиры и т.п.)
состоит в том, что его комплексная переработка дает возможность одновременно
получать широкий ассортимент полупродуктов для различные химический производств.
Нефтехимический производство начинается
с получения первичных нефтехимический продуктов, частично поставляемых нефтепереработкой,
например прямогонный бензин, высокоароматизир. бензины с установок каталитических риформинга
и пиролиза, низ шие
фракции парафинов и олефинов, керосин, газойль, мазут и
выделяемые из них жидкие и твердые парафины. На основе первичных нефтехимический продуктов
(главным образом непредельных и
ароматических углеводородов) производятся вторичные продукты, представленные
различные классами органическое соединений (спирты, альде гиды,
карбоновые кислоты, амины, нитрилы и др.); на основе вто ричных
(и частично первичных)-конечные (товарные) продукты (см.
схему). Жидкие, твердые или газообразные углеводороды нефти
и газа (главным образом н-алканы) являются сырьем для микробиологическое синтеза
кормовых продуктов (см. Микробиологический синтез).
Нефтехимический производство характеризуется
выпуском продуктов нетопливного назначения, ограниченным и стабильным ассортиментом
продуктов (около 50 наименований), крупными масштабами производства. Состояние и развитие
нефтехимический производства определяющим образом влияет на темпы и масштабы химизации
всего народного хозяйства и, в первую очередь, на производство синтетич. и лакокрасочных
материалов, резинотехн.
изделий, кормовых веществ и др. Благодаря этому развитие НЕФТЕХИМИЯ определяет прогресс
многие др. отраслей народного хозяйства,
где и реализуется в основные прибыль и экономия сырья и
энергии от вовлеченных в использование нефтепродуктов.
Нефтехимический производства, как
правило, являются поточно-непрерывными, осуществляются на агрегатах большой
единичной мощности,
при повыш. температурах и давлениях и широком использовании различные катализаторов. Для
современной производств типичен высокий уровень автоматизации, применение ЭВМ и анализаторов
на потоке для контроля и управления технол. процессом. Для нефтехимический промышлености
в целом характерны также специализация и централизация производства, развитые функцион.
связи (кооперирование) по сырью и продукции с нефтепереработкой и производством
полимеров.
В большинстве своем нефтехимический
производства-материале-, ка-питало- и энергоемкие объекты. В пересчете на сырую
нефть выпуск 1 т нефтехимический 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 производства и прибыль относительно
невысокие. Актуальная задача интенсификации и повышения экономич. эффективности
нефтехимический производств решается за счет химико-технол. (использование новых, более
селективных реакций и катализаторов, оптимизация рабочих условий, привлечение
более доступных и дешевых видов сырья и более эффективных способов осуществления
операций и т.п.) и организационно-экономич. факторов (концентрация производства
и укрупнение агрегатов, кооперирование и комбинирование процессов, установок
и производств).
Нефтехимический производства обычно
сопровождаются образованием побочных продуктов, загрязняющих окружающую среду.
Решение экологических вопросов достигается путем повышения селективности процессов,
создания малоотходных технологий, комплексной переработки сырья и отходов.
На химический переработку сейчас
тратится во всем мире более 8% добываемой нефти. По отдельным странам эти цифры
колеблются и составляют для СССР около 7%, для США 12%. В соизмеримых по тоннажу
с общим количеством нефтепродуктов, расходуемых на нефтехимический цели, используется
природные газ. Доля его добычи, поступающая на химический переработку, составляет в мире
12%, в СССР 11%, в США 15%.
Общий объем выпуска нефтехимический
продуктов в мире может быть оценен в 300 млн. т/год (1987-88). В табл. приведены оценочные
данные по мировому производству наиболее крупнотоннажных нефтехимический продуктов.
СССР является крупным производителем
этилена, метанола, пропилена, фенола, соответственно 3,1, 3,2, 1,42 и 0,5 млн.т (1988).
За 1980-88 объем производства нефтехимический продукции в СССР увеличился почти в 1,5
раза.
ОБЪЕМЫ И МОЩНОСТИ МИРОВОГО
ПРОИЗВОДСТВА НЕКОТОРЫХ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ (1986-88, МЛН. Т/ГОД)
Хотя в последние десять
лет мировая добыча нефти 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
нефтехимический продуктов будет сохраняться, а объемы их производства расти на 4-6% в
год. В связи с этим следует ожидать значительного (по абс. кол-ву и в процентном
отношении) роста расхода нефти на химический переработку. К кон. 20 в. последний показатель
может достичь 20-25%. В обозримый период нефтегазовое сырье сохранит приоритетное
значение в органическое синтезе, но будет сталкиваться с конкуренцией более доступного,
а иногда и более дешевого альтернативного (ненeфтяного) сырья: уголь, сланцы,
биомасса и др.
Литература: Справочник
нефтехимика, под ред. С. К. Огородникова, т. 1-2, Л., 1978; Шелдон Р. А., Химические
продукты на основе синтез-газа, пер. с англ., М., 1987; Пэрэушану В., Коробя
М., Муска Г., Производство и использование углеводородов, пер. с рум., М., 1987;
Лебедев НЕФТЕХИМИЯ НЕФТЕХИМИЯ, Химия и технология основного органического и нефтехимического
синтеза, 4 изд., М., 1938; "Ж. Всес. химический об-ва им. Д. И. Менделеева",
1989, т. 34, № 6.
С. М. Локтев.
Химическая энциклопедия. Том 3 >>
(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.
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.
- Объемное тушение пожара.
- Постоянное инертирование.
- Возможность контейнерного исполнения.
- Полная автоматизация.
- Простота в эксплуатации.
- Не требуется дозаправка.
- Экологическая чистота.
- Низкие эксплуатационные расходы.
В результате тушения пожара азотной установкой не наносится никакого вреда ценному оборудованию, в отличие от пенных и водяных систем пожаротушения.
Установки азотного пожаротушения позволяет гарантировать объемное тушение пожара. Эффективность пожаротушения не зависит от труднодоступности очага возгорания.
Конструкция установки пожаротушения позволяет использовать ее для поддержания постоянного пожаровзывобезопасного состава атмосферы.
Установка азотного пожаротушения может быть выполнена в контейнерном варианте на базе салазок или шасси.
При возникновении пожара азот из ресивера автоматически подается в помещение или технологическую емкость, где произошло возгорание.
Установки очень просты в эксплуатации и не требует обслуживания. Пожаротушение и последующее заполнение ресивера азотом происходит без непосредственного участия человека.
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.
Азот является экологически чистым газом, поэтому использование установок азотного пожаротушения не оказывает никакого вредного воздействия на окружающую среду.
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».
Основные отрасли химической промышленности условно подразделяются на следующие:
Газоперерабывающая промышленность;
Нефтеперерабатывающая промышленность;
Нефтехимическая промышленность (сырье - нефтяные и газовые фракции);
Коксохимическая промышленность (сырье - уголь);
Микробиологическая промышленность (углеводородное и другое сырье);
Промышленность тяжелого и тонкого органического синтеза (сырье нефтяного, газового и угольного происхождения);
Промышленность неорганического синтеза (неорганическое и органическое сырье);
Химико-фармацевтическая промышленность.
Современные комплексы химической промышленности часто объединяют на одной промышленной территории разные отрасли химической технологии, чаще всего газопереработку, нефтепереработку и нефтехимию, что способствует достижению наиболее высокой рентабельности совместного производства.
Нефтехимия дает продукцию, представляющую основу потребления общества. Рентабельность современных нефтехимических производств в передовых странах обычно выше, чем отраслей, поставляющих сырье для нефтехимии, и других отраслей химической индустрии; она лишь немного уступает наиболее рентабельным отраслям современного бизнеса. Производительность труда в нефтехимической промышленности на 30-40 % выше, чем в нефтегазодобывающих отраслях.
Нефтехимические производства в передовых странах относятся к технически зрелым. Это проявляется в высоких выходах готовой продукции из сырья, в постоянном значительном улучшении качества и расширении функциональных свойств продукции, в применении энерготехнологических схем, реально приводящих к заметному энергосбережению, в использовании гибких технологий, универсальных по отношению к разным видам сырья. Сегодня о степени технологической развитости страны судят (естественно, наряду с другими факторами и показателями) по доле пластмасс среди конструкционых материалов, синтетических волокон среди текстильного сырья, синтетических каучуков среди эластомеров. Современные информационные технологии уже невозможно представить себе без специальных материалов, полученных на основе нефтехимических продуктов, как и новые материалы для новых и старых технологий, в частности, для ядерной, космической, лазерной, оптической и другой специальной техники. Новые материалы с заранее заданными свойствами для изготовления электронного оборудования, новые композиционные материалы, керамические, оптические, магнитные, биологически активные и биологически нейтральные материалы изготавливаются сейчас на основе последних достижений нефтехимической науки и техники.
С 2002 по 2012 мировой ВВП вырос в 2,25 раза, цены на нефть - в 4,2 раза. К 2010 г. потребление нефтехимической продукции в Азии превысило уровень потребления в США и Западной Европе, вместе взятых. Спрос на базовые полупродукты нефтехимии распределяется следующим образом: олефины - 66 %, ароматические соединения - 21 %, метанол и прочие - 13 %.
В настоящее время в мире при помощи более 100 основных нефтехимических процессов производят 95-98 % продукции органического синтеза. На основе нефти, газового конденсата и попутного нефтяного и природного газов получают более 80 тысяч химических продуктов, однако среди них только несколько десятков представляют собой крупнотоннажные производства. Внутри нефтехимической отрасли потребляется около половины ее продукции. В целом в мире нефтехимия потребляет около 10-12 % добытой нефти.
На 1 т нефтехимической продукции (в том числе и полупродуктов) расходуется 1,5-4,0 т сырья (этан, пропан, бутаны, прямогонный бензин - нафта, бензин каталитического риформинга, газойли и др.), а также около 1,6 т условного топлива в виде водяного пара, горячей воды и электроэнергии, что составляет 60-80 % себестоимости продукции. По укрупненным оценкам, реализация 60 % продукции нефтехимии осуществляется в регионе радиусом до 1000 км, межрегиональный обмен составляет 15 % и экспорт продукции - до 25 %.
Нефтехимические предприятия представляют собой источники повышенного загрязнения окружающей среды, поэтому в отрасли достаточно высоки затраты на природоохранные мероприятия, в том числе на создание безотходных и экологически чистых технологий, при этом минимум 5-10 % капиталовложений приходятся на объекты по охране окружающей среды.
Достижение технической зрелости для крупных производителей означает прежде всего убыстрение темпов (роста) научно-технического прогресса и расширение его направлений, из которых наиболее актуальными для нефтехимии являются разработка новых катализаторов и каталитических систем, развитие химии метана и технологий по переработке алканов; создание новых материалов, в том числе с заранее заданными свойствами, биотехнология.
Практически ни одно из ведущих направлений научно-технического прогресса в нефтегазопереработке и нефтехимии, как и в химии в целом, не достигает дальнейшего успеха без совершенствования теории катализа, создания новых более эффективных катализаторов и каталитических систем. Технический катализ первостепенно важен для оценки состояния современного химического комплекса любой страны. Например, около 60 % всех химических производств США и 90 % новых технологических процессов основано на применении каталитического синтеза. Только широкое применение научно-технических успехов современного катализа служит одним из основных показателей экономической безопасности государства. Кроме того, каталитические методы представляют широкие возможности для модернизации существующих и создания новых производств в направлении ресурсо-и энергосбережения и уменьшения отходов.
Развитие химии метана позволяет создать более эффективные технологии получения синтез-газа, метанола, аммиака, жидких углеводородов (в частности, альтернативных синтетических моторных топлив) и др. Новейшие процессы синтеза на основе метана протекают не через известные промежуточные продукты (как синтез-газ, метанол и др.), а непосредственно приводят к получению известных базовых нефтехимических полупродуктов: этилена, бензола, бутадиена, стирола и др. В последнее время проводят интенсивные исследования возможностей производства этилена из природного газа. Например, разработаны технология фирмы «Dow Chemical» (США) по превращению синтез-газа в олефины по реакции Фишера-Тропша на промоти-рованных молибденовых катализаторах; технология фирмы «Mobil» (США) получения этилена из метанола на цеолитсодержащих катализаторах; технология фирм «Norsk Hydro» (Норвегия) и «UOP» (США) получения этилена и пропилена из природного газа через метанол. Промышленное широкое внедрение таких технологий возможно уже в первой четверти XXI в., тогда можно будет говорить о наступлении новой «эры метана» в нефтехимии и в переработке и использовании углеводородных газов.
Разработка промышленных технологий по переработке алканов также расширит сферу взаимных превращений углеводородов. Например, новые технологии позволят превращать этан в винилхлорид, пропан - в нитрил акриловой кислоты, изобутан - в метилметакрилат и др.
Биотехнологическое направление в нефтехимии позволяет уменьшать материалоемкость и энергоемкость основного оборудования, увеличивать эффективность технологических процессов применением возобновляемых видов сырья и облегчать решение проблем охраны окружающей среды. В ряде стран с большими запасами биомассы применяется технология ферментативного превращения биомассы в этиловый спирт и его последующего разложения в этилен. Уже достигнуты успехи в биотехнологических синтезах кормового белка, микробных полисахаридов, ксилита, получены первые полимерные пленки и волокна, разработаны технологии биокатализа в химии и нефтехимии, в частности биокаталитического процесса получения оксида пропилена (США), ксилита (Россия) и других продуктов. Биокатализ может обеспечить процессы деления цепочек углеводородов за счет деятельности ферментов при снижении производственных затрат чуть ли не вдвое, тогда как в нефтехимии такие процессы требуют чаще всего высоких температур и давлений. Биотехнологические процессы также соединяют нефтехимию с агрохимией и фармацевтическими технологиями.
История становления нефтехимии. Около 80 лет назад начиналось становление нефтехимии. Первой промышленной нефтехимической установкой считают установку получения изопропилового спирта из нефтяного сырья (1920 г., фирма «Union Carbide», США). В 1925 г. эта же фирма запустила первую этиленовую установку, в 1929 г. пущена установка производства ацетона из нефтяного сырья (ранее его получали брожением продукции сельского хозяйства). Технология получения оксида этилена была разработана в 1932 г., а получения поливинилхлорида - в 1935 г. В 1931 г. запатентован синтез полиэтилена (фирма «1С1», Великобритания), а в 1939 г. эта фирма на промышленной установке получила полиэтилен низкой плотности. В начале 1930-х годов в СССР начали производить синтетический каучук из этилового спирта, в 1940 г. синтетический каучук был получен и в США. В начале 50-х годов получен полиэтилен высокой плотности по технологии К. Циглера, в конце 1950-х годов пущены установки по производству полипропилена, оксида этилена и этиленгликоля. В начале 1960-х годов промышленно синтезируется циклогексан из бензола, в начале 1970-х годов уже производят высокочистый параксилол и метанол под низким давлением. С конца 1970-х годов промышленно получают линейный полиэтилен низкой плотности и винилацетат из этилена и уксусной кислоты. В 1990-х годах промышленно внедрены синтез малеинового ангидрида из н-бутана и синтез фенола из бензола.
В 50-е годы XX в. ведущие нефтегазовые компании США усиленными темпами начали развивать нефтехимическую отрасль, возникают крупные центры нефтехимии в кооперации с ГПЗ и НПЗ. В это же время в СССР также создаются первые нефтехимические заводы, в том числе по получению синтетического этилового спирта для производства синтетического каучука (Уфа, Куйбышев, Орск, Саратов, Сумгаит и др.), которые в будущем стали крупными нефтехимическими комплексами. Становление и развитие нефтехимии в Японии и западноевропейских странах приходится на 1960-1970-е годы. В 1980-1990-е годы происходит невиданное ранее развитие нефтехимии в Южной Корее, Сингапуре, Малайзии, Иране, Бразилии, Аргентине, Мексике, Саудовской Аравии и др.
Необходимо подчеркнуть необычную значимость современного нефтяного, газового и химического комплекса в жизнедеятельности любой развитой страны. Его нельзя разделять на изолированные отрасли, они тесно взаимосвязаны как достижениями современной науки и техники, так и высокими нефтегазовыми технологиями, взаимной и тесной кооперацией. Среди нанотехнологий (нанотехнологии имеют дело с микросистемами размерами на уровне 10~9 м, т. е. размерами с молекулу, что позволяет создавать или управлять структурой вещества даже на атомном уровне) важным направлением является успешно развиваемая нанохимия. Нанохимия уже помогает извлекать примеси (загрязнения) вредных веществ из атмосферы более эффективно, чем ранее очищать (разделять) промышленные и другие газовые и жидкие смеси, создавать адсорбенты (цеолиты-молекулярные сита) с наноразмерами открытых пор, цеолитосодержащие катализаторы с наноразмерными частицами для многих каталитических процессов нефтепереработки и нефтехимии (каталитический крекинг, каталитическая изомеризация ароматических углеводородов, многочисленные гидрогенизационные процессы углеводородов, в том числе и тяжелых нефтяных остатков, и др.). Открытие фуллеренов и волокнистых углеродных нанотрубок, создание высокоэффективных цеолитов-наноадсорбентов и цеолитных нанокатализаторов, нановолокон, наномембран, ультрадисперсной сажи, порошков других веществ, аэрозолей, тонких пленок и покрытий - это только лишь некоторые этапы развития нанохимии, нанотрибологии и нанотехнологии в целом.
Наиболее важная химическая и нефтехимическая продукция представлена ниже.
Пластические массы (пластмассы, пластики) производят на основе синтетических полимеров: полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полистирола, политетрафторэтилена (фторопласта), полиэтилентерефталата и др. Их молекулярная масса составляет от 5 ООО до 1 ООО ООО. Для получения пластмасс к полимерам часто добавляются наполнители (смолы, волокна, ткани, стекло, графит и др.) для придания прочности, термостойкости и других необходимых свойств, пластификаторы (глицерин, масла и др.) для придания пластичности и/или эластичности, красители и разные присадки (например, стабилизаторы). Пластмассы - это не заменители дерева, металла и фарфора. Современные пластмассы превосходят по своим свойствам большинство природных материалов, а многие пластмассы имеют столь ценные качества, что в природе им вообще нет аналогов. Пластмассы представляют собой новый конструкционный материал, которого нет в природе. Область их применения практически не ограничена, они - материал будущего. Основной недостаток - применение пластмасс ограничено температурой 150-200 °С, хотя уже получены дорогие пластмассы, выдерживающие температуры 300-500 °С. Совершенно новые возможности перед полимерами открыло производство композиционных материалов (композитов). В производстве пластических масс используются основные мономеры: этилен, пропилен, стирол, винилхлорид и др.
Синтетические смолы (олигомеры) - полимеры небольшой молекулярной массы, которые в результате затвердевания превращаются в неплавкие и нерастворимые вещества, используемые в производстве пластмасс, лаков, клеев, герметиков, для отделки тканей, бумаги, в деревообрабатывающей промышленности (древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты, древеснослоистые пластики) и др. Различают смолы алкидные, полиэфирные, фенолформальдегидные и др.
Синтетические каучуки (СК) стали качественной заменой натуральным каучукам (НК) и уменьшили зависимость любой страны от импорта дорогого и дефицитного НК из стран Юго-Восточной Азии (Индонезия, Вьетнам, Лаос и др.). Впервые в мире промышленное производство СК организовано в СССР в 1931 г. под руководством академика С. В. Лебедева (первая промышленная партия бутадиенового каучука на основе этилового спирта), в 1932 г. введены в эксплуатацию Ярославский и Воронежский заводы СК. Наиболее близок к свойствам НК синтетический изопреновый каучук, одним из ведущих производителей которого был СССР. Основными потребителями СК являются шинная промышленность (до 60 %) и промышленность резинотехнических изделий. Выпускается более 200 типов, марок и сортов латексов и СК, которые делят на каучуки общего назначения и каучуки специальные (высокотемпературные), широко распространены разные их композиции, в том числе в сочетании с НК для особо ответственной продукции. Мировой рынок каучука в 2008 г. составлял 22,7 млн т, из которых синтетический каучук представлял 55,5 %. Для производства СК используют в качестве сырья мономеры: бутадиен (дивинил), изопрен, стирол, изобутен, этилен и пропилен и др.
Синтетические волокна (текстильные) производили в мире (данные 2007 г.) в количестве более 45 млн т/год. Они являются качественным заменителем искусственных волокон (вискозного, ацетатного и др.) и сырьем для получения совершенно новых материалов (пряжа, ткани, мех, специальные волокна промышленного применения, например, для композиционных материалов). Производят следующие синтетические волокна и нити: полиэфирные (лавсан и др.), полиамидные (капрон и др.), полиакрилонитрильные (нитрон и др.), полиолефиновые и т. д. Синтетические волокна получают из полимеров. Для композиционных конструкционных материалов производят специальные органические волокна арамидные на основе ароматических полиамидов, углеродные на основе полиакрилонитрильных и вискозных волокон и углеродных пеков (углеродные волокна могут быть карбонизированные при температуре 900-2 000 °С и/или графитизированные при температуре до 3 000 °С, содержание углерода выше 99 %, удельная поверхность 1 000-2 000 м2/г). Сырьем являются следующие мономеры: этилен, пропилен, бутадиен, фенол, бензол, параксилол и др.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - синтетические моющие вещества, детергенты (термин, обычный для зарубежных стран) - производятся в мире в количестве, превышающем десятки миллионов тонн в год (11 млн т в 2002 г. и прогноз на 2010 г. 14 млн т). Стремительное развитие этой отрасли началось в середине XX в., со временем изменялись структура и качество ПАВ, сейчас основным их качеством стала степень биологической (биохимической) разлагаемости и безвредности. Все органические ПАВ отличаются характерной особенностью их молекулярного строения. В их молекуле имеются как гидрофильная (водорастворимая), так и гидрофобная (масло- и жирорастворяющая) часть (группа). Гидрофобная (липофильная) часть молекулы углеводородного происхождения - производные пропилена, бензола, оксида этилена, жидких и твердых парафинов, фенола и др. Гидрофильная часть молекулы может быть в виде самых разнообразных ионных или полярных групп, которые можно разбить на два класса: ионные и неионогенные. Ионные группы подразделяются на три группы: анионоактивные, катионоактивные и амфолитные. Анионоактивные группы с отрицательно заряженным ионом или радикалом - это карбоксильные, сульфонатные, сульфатные и другие соединения. Катионоактивные группы с положительно заряженным ионом или радикалом - это соли аминов, аммониевые соединения и др. Амфолитные (амфотерные) вещества имеют в одной молекуле как анионные, так и катионные группы. Неионогенные гидрофильные группы содержат неионизирован-ные химические вещества: спирты, гликоли, простые эфиры и др.
Существует практически неограниченное многообразие химических структур, которые можно использовать для разработки новых ПАВ. Уже в 1955 г. промышленность США выпускала на рынок более 1100 разных ПАВ. Все ПАВ обладают общим свойством - способностью концентрироваться на поверхности раздела, по которой они растекаются, образуя сплошную пленку, снижающую поверхностное натяжение, которое вызывает обильное пе-нообразование и активное очищение поверхности материалов от загрязнений. Синтетические моющие вещества производят в виде порошка, получаемого сушкой распылением, а также в виде жидкого моющего средства (гели). Фасованные стиральные порошки и жидкости - продукты бытового назначения составляют наибольшую (более 80 %) долю общего потребления синтетических моющих средств.
В отличие от бытового применения, где используют небольшое количество разных типов ПАВ, в разных отраслях промышленности потребляется чрезвычайно широкий ассортимент различных специальных ПАВ. Текстильная промыленность занимает первое место по применению ПАВ (моющие, смягчающие, противоэлек-тризационные вещества, эмульгаторы для замасливания волокон и др.). Далее по количеству потребления ПАВ следуют: обслуживание зданий и предприятий (очистка стен, окон, полов, посуды и др.); нефтяная промышленность (операции заводнения при вторичных методах добычи нефти, при гидравлическом разрыве нефтяных пластов для увеличения дебита нефти, в качестве эмульгаторов, добавлямых к закачиваемым в скважины растворителям, при кислотной обработке скважин и др.); нефтеперерабатывающая промышленность (получение ПАВ коллоидного типа, широко применяемых как деэмульгаторы при обезвоживании и обессоливании нефтей); стирка и сухая чистка в прачечных предприятиях; строительная промышленность (пенообразователи для производства гипсовых плит, воздухововлекающие добавки к бетону, присадки для улучшения сцепления (адгезии) битума с крупными заполнителями при дорожном строительстве и др.); сельское хозяйство (эмульгаторы и смачивающие вещества, мойка посуды и инвентаря и др.); транспорт (мойка автомобилей, автобусов, самолетов, железнодорожных вагонов и др.); металлообрабатывающая промышленность (эмульгаторы для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), моющие средства для очистки металлов при их обработке и др.). ПАВ применяются также для производства полимеров, пестицидов, ингибиторов коррозии, экстрагентов редких элементов, присадок к топливам и маслам и т. д.
Минеральные удобрения, производимые в мире в середине 1980-х годов, составили более 120 млн т/год, в том числе более 20 % в СССР. В 2005 г. мировое производство и потребление минеральных удобрений было равно соответственно 207 и 157 млн т (в том числе 60 % азотных удобрений). Для получения синтетического аммиака в настоящее время используют в основном (до 92 %) природные газы и в меньшей мере бензиновые и тяжелые нефтяные фракции, а доля угля в получении водорода для синтеза аммиака с 1960-х годов резко сократилась.
Ниже приводится краткое описание некоторых технологических процессов и технологий получения наиболее значимой химической продукции на основе углеводородов нефти и газа и их производных.
Загрузка...
