Что такое нефтехимия

 

Министерство  образования и науки Российской Федерации  Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение  высшего  профессионального образования  Национальный  исследовательский ядерный университет  «МИФИ» Институт  международных отношений

факультет:

«Управления и экономики высоких технологий»

Специальность:

030701

«Международные отношения»

Реферат на тему:

«Что такое нефтехимия»

Выполнили студентки группы У5-03:

Летуновская В.О. Федорова Н.Г.

Оглавление

Оглавление 2

Введение 3

Глава 1. Что такое нефтехимия и история ее развития 4

Глава 2. Нефть и ее переработка 5

Глава 3. Основные продукты нефтехимии 9

Заключение 27

Список использованной литературы 28

 

Введение

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.

1. 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]

2. 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.

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 освоения месторождения (до 35%) и проводится накачкой воды (иногда пара). 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 получения  смазочных масел с разной вязкостью (соляровое, веретенное, трансформаторное и др.), а также вакуумного газойля. Для чего нужна вторичная переработка?^[1]

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.

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]

3. 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).^[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 токсичности  сулемы. Этилен в качестве сырья  полностью вытеснил ацетилен, и современный  способ получения винилхлорида включает в себя комбинацию трех реакций: хлорирования этилена, термического дегидрохлорирования 1,2-дихлорэтана в хлористый винил и окислительного хлорирования этилена в 1,2-дихлорэтан хлористым водородом:

 

 

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 промышленности, в качестве растворителя, исходного  соединения для синтеза широкого спектра ценных веществ.

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?

Полипропилен.

Полипропилен находит  аналогичное полиэтилену применение - как пластик, для производства волокна  и др.^[2]

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 гидроксида кальция. Начиная с 1968 года появился альтернативный вариант, так называемый халкон-процесс, основанный на взаимодействии пропилена с гидропероксидами (например, третичным бутилпероксидом ):