Короткі відомості про нафтохімічних виробництвах
Нафтохімічною промисловістю прийнято називати виробниц-ство хімічних продуктів на основі нафти і газу. До нафтохімічних виробництв відносяться:
1) виробництво сировини - олефінів, диенов, ароматичних і наф-
тенів вуглеводнів;
2) виробництво напівпродуктів - спиртів, альдегідів, кетонів, ан-
гідридів, кислот і ін .;
3) виробництво поверхнево-активних речовин;
4) виробництво високомолекулярних сполук - полімерів.
Виробництво нафтохімічної сировини. Нафтові фракції і
гази не можуть бути прямо перероблені в товарні хімічні про-дукти. Для такої переробки потрібно попередньо отримати хі-мически активні вуглеводні, до яких відносяться в першу оче-редь ненасичені вуглеводні (олефіни): етилен С2 Н4. пропілен С3Н6 бутилен С4 Н8 і ін. Основним промисловим методом отри-ня олефінів є піроліз різного газоподібного і рідко-го нафтової сировини.
184 Частина I. Основи нафтогазового справи
Ще одним видом сировини для нафтохімічного виробництва слу-жит ацетилен С2 Н2. одержуваний при високій температурі шляхом електро-трокрекінга (в умовах вольтової дуги) метану. Ацетилен є одним з вихідних матеріалів для виробництва синтетичних по-локон і пластмас.
Виробництво спиртів. Спирти застосовують у виробництві синте-тичних полімерів, каучуків, миючих речовин, як раство-телеглядачам, екстрагентів і для інших цілей. Одним з найважливіших мето-дів виробництва спиртів є гідратація олефінів, у ході кото-рій виробляють етиловий, ізопропіловий, ізобутіловий і інші спирти. Метиловий спирт отримують гидрированием окису вуглецю (з'єднання СО і водню в умовах високих тисків і темпера-тур в присутності каталізатора). Вищі спирти утворюються при гід-рірованіі вищих жирних кислот і їх ефірів, альдегідів і ін.
Виробництво поверхнево-активних речовин. Для виробництва синтетичних матеріалів необхідні ароматичні вуглеводні-пологи - бензол, толуол, ксилол, нафталін і ін. Бензол застосовується головним чином для виробництва стиролу та фенолу. При взаємодії-дії з низькомолекулярними олефинами (етилен, пропилен, бу-Тілен) з фенолу отримують проміжні продукти, необхідні для виробництва миючих речовин, смол і присадок до мастил. Толу-ол в основному використовується як високооктанові добавка до моторних палив і як розчинник. Ксилол застосовується при виробництві синтетичних волокон ( «лавсан»).
Довгий час єдиним промисловим методом отримання ароматичних вуглеводнів з нафти був піроліз. В даний час їх отримують також при каталітичному риформінгу вузьких бен-Зиновій фракцій.
Виробництво полімерів. До високомолекулярних сполук (полімерів) відносять речовини з молекулярною масою 5000 і більше. Полімери складаються з багаторазово повторюваних елементів - ос-татков мономерів.
Основними методами синтезу полімерів є Полімеризується-ція і поликонденсация. Полімеризацією називається реакція обра-тання високомолекулярних речовин шляхом з'єднання декількох молекул мономера, яка не супроводжується зміною їх сост-ва. При поліконденсації освіту полімерів супроводжується виділенням будь-якого низькомолекулярної речовини (води, спір-та, аміаку та ін.). Тому склад елементарного ланки полімеру в даному випадку не відповідає елементарним складом вихідного мономера.
Глава 4. Переробка нафти, газу і вуглеводневої сировини 185
Різноманіття вироблюваних полімерів обумовлює відмінності-ні технології їх виробництва.
Найпростіший технологічний процес виробництва синтетично-го каучуку виглядає наступним чином. З етилену шляхом гідрату-ції отримують етиловий спирт. Випаровуючи його в герметично закритих судинах і нагріваючи пари до декількох сотень градусів в реакторі в при-присутність спеціального каталізатора, отримують бутадієн. Після очи-стки бутадієн піддають каталітичної полімеризації, вирабати-вая каучук-сирець. Перемішуючи його при зниженому тиску, з каучуку-сирцю видаляють гази. З отриманого продукту отримують по-лотніща каучуку, які в рулонах доставляють на заводи по вироб-ництва гуми для подальшого виготовлення різних виробів.
До групи пластмас відносяться винипласт, пінопласт, поліетилен, тефлон і інші матеріали. Вініпласт отримують в результаті хі-чеський переробки полівінілхлоридної смоли, утвореною при ре-акції етилену з хлором. Вініпласт використовується для виробництва електроізоляційних матеріалів, виготовлення труб і арматури для хімічної промисловості і т. Д.
Крім того, додаючи до вініпласту спеціальну речовину, виокрем-ляющее велика кількість газів при нагріванні (порофору), напів-ють пінопласт. Промисловий пінопласт в 7. 10 разів легші за воду.
Широке поширення отримав поліетилен - високомолекуляр-ний продукт полімеризації етилену. Розрізняють поліетилен високого тиску і поліетилен низького тиску. Перший отримують при тиску-ванні 100. 300 МПа і температурі 100. 300 ° С в присутності кисню. Для цього процесу потрібно етилен високої частоти. Поліетилен низького тиску отримують шляхом полімеризації етилену при тиску до 1 МПа і температурі 60. 80 "С у присутності спеціального каталізатора.
Тефлон (поліфторетілен) отримують шляхом полімеризації моно-мера - тетрафторетилену. Такі мономери зазвичай отримують з ці-лена, замінюючи в його молекулах атоми водню атомами фтору.
Із синтетичних волокон в даний час найбільш широкого поширення набули капрон, лавсан, нітрон і ін.
Вихідним матеріалом для вироблення капрону є капролак-там. Його отримують в результаті складної хімічної переробки фе-Нола або бензолу. Піддаючи капролактам полімеризації при тим-пературі 250 ° С в присутності азоту, отримують капронову смолу, з якої згодом виробляють капроновое волокно.
Лавсан виробляють з пара-ксилолу, який, в свою чергу, отримують шляхом каталітичної переробки бензинових фракцій на установках каталітичного риформінгу.
186 Частина I. Основи нафтогазового справи
4.3.2. Основні продукти нафтохімії
Поверхнево-активні речовини (ПАР) широко застосовуються в різних галузях промисловості, в сільському господарстві і в побуті.
У нафтовидобутку (див. Розділ 2) ПАР застосовують для руйнування водо-нафтових емульсій, що утворюються в ході видобування нафти на по-поверхню землі і її руху по промисловим трубопроводам. ПАР додають в воду при митті резервуарів і відсіків танкерів, щоб прискорити процес. Одним із способів перекачування високов'язкої неф-ти є її спільний транспорт з водою, обробленої раство-ром ПАР: в цьому випадку вода добре змочує метал і нафту дві-жется як би всередині водяного кільця.
Крім того, ПАР використовують при виготовленні синтетичних миючих речовин, косметичних препаратів, лосьйонів, зубних паст, туалетного мила, для дублення шкіри, фарбуванні хутра, при хлебопе-ченіі, отриманні протипожежних пен, при виготовленні кондиціонер терських виробів та морозива, в якості піноутворювача при про-ізводстве бродять напоїв (квас, пиво) і ін.
Незважаючи на велике різноманіття ПАР, всі вони можуть бути раз-розділені на дві групи: іоногенні ПАР, які при розчиненні у воді дисоціюють на іони) і неіоногенні ПАР, які на іони НЕ диссоциируют.
Залежно від того, якими іонами обумовлена поверхност-ва активність йоногенних речовин, - аніонами або катіонами, в.о.-ногенние речовини підрозділяються на аніоноактівние, катіоноак-тивні і амфолітні. Останні відрізняються тим, що в кислому розчині поводяться як катіоноактивні ПАР, а в лужному розчині - як аніоноактівние.
За розчинності в тих чи інших середовищах ПАР бувають водораство-рімие, водомаслорастворімие і маслорастворімих.
Синтетичні каучуки прийшли на зміну каучуку натуральному. Термін «каучук» походить від слова «каучу», яким жителі Бра-зіліі позначали продукт, одержуваний з молочного соку (латексу) ге-Веи, що росте на берегах р. Амазонки. Натуральний каучук виділити-ли з латексу коагуляцією за допомогою мурашиної, щавлевої або оцтової кислоти. Утворений пухкий згусток промивали водою і здійснювали прокат на вальцях для отримання листів. Потім їх сушили і коптили в камерах, наповнених димом, з метою надання натурал-ному каучуку стійкості проти окислення і мікроорганізмів.
В якості вихідних матеріалів для виробництва синтетично-го каучуку в даний час використовуються, в основному, бутадієн,
Глава 4. Переробка нафти, газу і вуглеводневої сировини 187
стирол, ізопрен і інші мономери, одержувані з вуглеводневих газів природного і промислового походження.
Виробляються різні види синтетичного каучуку, подразде-ється на дві групи: каучуки загального призначення (-80% від общеміро-вого виробництва) і спеціальні. Перші застосовують там, де необ-ходима тільки характерна для каучуків еластичність при звичайних температурах. Спеціальні каучуки використовуються у виробництві виробів, які повинні володіти стійкістю до дії розчинів-телеглядачам, масел, тепло- і морозостійкістю.
Пластичними масами називають конструкційні матеріали, отримані на основі полімеру і володіють здатністю фор-мировалось і в звичайних умовах зберігати додану їм форму у вигляді готових виробів. Крім полімерів, до складу пластмас входять наповнювачі, пластифікатори, стабілізатори, барвники та інші добавки.
Наповнювачі вводять для поліпшення фізико-механічних властивостей пластмас, зменшення усадки і зниження їх вартості. Як наповнювачі використовують деревне борошно, папір, хлопчатобумаж-ву тканину, слюду, тальк, каолін, скловолокно.
Пластифікатори надають пластмасам гнучкість і еластичність, зменшують жорсткість і крихкість. В як пластифікатори ис-товують дибутилфталат, стеарин, камфору, гліцерин і ін.
Стабілізатори (противостарители, антиокислювачі, термостабі-лизатор і ін.) Сприяють тривалому збереженню пластмаса-ми своїх властивостей в умовах експлуатації.
Барвники вводять в пластмасу з метою надання їй потрібного кольору.
Залежно від поведінки при нагріванні пластмаси діляться на термопластичні і термореактивні. Термопластичні пласт-маси (термопласти) при нагріванні розм'якшуються і стають пла-стичного, а при охолодженні знову тверднуть. Розм'якшення і від-вержденіе можна виробляти багаторазово. До термопластів відно-сятся поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, полістирол, фторопласти і ін. Термореактивні пластмаси (реактопласти) в на-чале термообробки розм'якшуються, стають пластичними і при-ють задану форму. Однак при подальшому нагріванні вони втрачають пластичність і переходять в неплавкое і нерозчинний со-стояння. До реактопласти відносяться фенопласти, амінопласти і ін.
Пластичні маси відомі людству з давніх часів. Через готовлялі їх на основі природних смол - каніфолі, бітумів і ін. Найстаршим пластичним матеріалом, приготованим з іскусст-
188 Частина I. Основи нафтогазового справи
венного полімеру - нітрату целюлози, є целулоїд, вироб-ництво якого було розпочато в США в 1872 р 1906. 1910 рр. в Рос-ці та Німеччини були виготовлені перші реактопласти на основі феноло-формальдегіду. У 1930-х рр. в СРСР, Німеччини і дру-гих промислово розвинених країнах було організовано виробництв-під термопластів - полівінілхлориду, полістиролу і ін. Однак бур-ве розвиток промисловості пластмас почалося тільки після вто-рій світової війни. У 50-х роках у багатьох країнах було розпочато випуск «пластика номер один» - поліетилену.
Сьогодні уявити наше життя без пластмас неможливо. У будівництві їх використовують при оздоблювальних роботах, у вигляді сте-нових панелей, віконних рам, дверей і т. П. В маши-ванні з пластмас виготовляють зубчасті і черв'ячні колеса, шківи, підшипники, ролики, труби і т. Д. В авіабудуванні з використанням реактопластов виготовляють реактивні двигуни, крила, фюз пані літаків, несучі гвинти вертольотів, паливні баки і ін. В ав-томобілестроеніі з пластмас виготовляють деталі двигуна, транс-місії, шасі, кузова, елементи оздоблення салону. У медицині викорис-товують пластмасовий інструмент, серцеві клапани, протези кінцівок, кришталики ока та ін. Цей перелік можна було б продовжити.
Синтетичні волокна поряд з натуральними і штучні-ми широко використовуються для побутових і технічних цілей.
Можливість отримання хімічних волокон з різних ве-вин (клей, смоли) передбачалася ще в XVII-XVIII ст. Однак їх виробництво вперше в промислових масштабах було органі-зовано у Франції в 1891 р
Виробництво синтетичних волокон почалося з випуску в 1932 р поливинилхлоридного волокна (Німеччина). У 1942 р в промисловому масштабі було випущено найбільш відоме полиамидное волок-но - капрон (США).
В даний час, крім полиамидного волокна, виробляють так-же поліефірне (лавсан), поліакрилонітрильне (нітрон), поливи-нілхлорідное і поліпропіленове волокна. Їх випускають у вигляді тек-стильних і кордних ниток, а також у вигляді штапельного волокна.
Синтетичні волокна мають високу розривної міцністю, гарною формостійкість, несминаемость, стійкістю до воз-дії світла, вологи, цвілі, температури. Різноманітність властивостей вихідних синтетичних полімерів, а також можливість модиф-кации як вихідної сировини (мономера), так і самого волокна позво-ляет отримувати продукцію із заданими властивостями і високої якос-
Глава 4. Переробка нафти, газу і вуглеводневої сировини 189
ства. У зв'язку з цим синтетичні волокна в багатьох випадках витес-ють натуральні і штучні.
Тканини з синтетичних волокон застосовуються не тільки в побуті. Вони використовуються як електрообліцовочние і ізоляційні мате-ріали в автомобілях, залізничних вагонах, морських і річкових суднах. Синтетичних волокон віддають перевагу при виготов-лення канатів, рибальських сіток, парашутів і інших виробів, де потрібні матеріали, що відрізняються високою міцністю на розрив.
При переробці нафти в даний час отримують: 1) паливо; 2) нафтові олії; 3) парафіни, церезини, вазеліни; 4) нафтові бітуми; 5) освітлювальні гас; 6) розчинники; 7) інші неф-тепродукт (нафтовий кокс, сажу, консистентні мастила і ін.). Пе-переробкою нафти здійснюється на нафтопереробних заво-дах.
Природні горючі гази переробляють на газопереробних-щих заводах, які будують поблизу великих нафтових і газових ме-сторожденій. Попередньо гази очищають від механічних при-домішок (частинок пилу, піску, окалини і т. Д.), Осушують і очищають від сірководню і вуглекислого газу. Продуктами первинної переробки-ки природних горючих газів є газовий бензин, зріджені і сухі гази, технічні вуглеводні: етан, пропан, бутан, пен-тани.
Нафтохімічною промисловістю прийнято називати виробниц-ство хімічних продуктів на основі нафти і газу, до якого відно-сятся:
1) виробництво сировини - олефінів, диенов, ароматичних і наф-
тенів вуглеводнів;
2) виробництво напівпродуктів - спиртів, альдегідів, кетонів, ан-
гідридів, кислот і ін .;
3) виробництво поверхнево-активних речовин;
4) виробництво високомолекулярних сполук - полімерів.
Контрольні питання І ЗАВДАННЯ
1. Назвіть основні продукти переробки нафти.
2. Охарактеризуйте основні етапи переробки нафти.
3. Назвіть і охарактеризуйте основні типи нефтеперерабати-
вающих заводів.
190 Частина I. Основи нафтогазового справи
4. Які основні процеси, що застосовуються на газоперерабати-
вающих заводах?
5. У чому полягають відмінності нафтопереробки і нафтохімічного
виробництва?
6. Що є сировиною для нафтохімічного виробництва?
ГЛАВА 5. ЗБЕРІГАННЯ НАФТИ, НАФТОПРОДУКТІВ І ГАЗУ
5.1. Зберігання та розподіл нафти і нафтопродуктів
5.1.1. Класифікація нафтобаз
5.1.2. Операції, що проводяться на нафтобазах
5.1.3. Об'єкти нафтобаз і їх розміщення
5.1.4. Зливо-наливні пристрої для залізничних цистерн
5.1.5. Нафтові гавані, причали і пірси
5.1.6. Установки наливу автомобільних цистерн
5.1.7. Підземне зберігання нафтопродуктів
5.1.8. Автозаправні станції
5.2. Зберігання та розподіл газу
5.2.1. Нерівномірність газоспоживання і методи її компенсації
5.1.1. Зберігання газу в газгольдерах
5.2.1. підземні газосховища
5.2.2. газорозподільні мережі
5.2.3. газорегуляторні пункти
5.2.4. Автомобільні газонаповнювальні компресорні станції
5.2.5. Використання зріджених вуглеводневих газів в системі газопостачання
5.2.6. Сховища зріджених вуглеводневих газів
резюме
Контрольні питання і завдання
література
5.1. ЗБЕРІГАННЯ І РОЗПОДІЛ нафти і нафтопродуктів