Файл: Кожевников А.В. Химия нефти учеб. пособие.pdf

Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

А. В. КОЖЕВНИКОВ

Утверждено Редсоветом СЗПИ

15 июня 1972 г.

ХИМИЯ НЕФТИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

\

ЛЕНИНГРАД

1974

Г®С.Публичная

яаучнотѳхни ‘в 'К йя бивлиотлне СССР

АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ КОЖЕВНИКОВ

химия НЕФТИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ч

Редактор Е. Хагемейстер

Техн. редактор А. Урицкая

Корректоры Л. Николаева и Е. Кутумова

Ленинградская типография № 4 Союзполиграфпрома при Государственном коми­ тете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной тор­ говли, 196126, Ленинград, Ф-126, Социалистическая ул., 14.

© — Издание Северо-Западного заочного политехнического института, 1974 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемое учебное пособие предназначено для студентов-заоч- ников специальности 0807 («Технология основного органического и нефтехимического синтеза»).

Структура пособия и его содержание выдержаны в соответствии с рабочей программой и методическими указаниями, принятыми в СЗПИ по курсу «Химия нефти» для указанной специальности.

Сложность подготовки студентов по упомянутой специальности заключается в том, что будущие специалисты по нефтехимическому синтезу лишь в порядке изучения технологии синтеза попутно ка­ саются свойств нефти, чего совершенно недостаточно, как это показала практика обучения студентов. В то же время в учебном плане отсутст­ вует предмет «Химия нефти», он преподается студентам только в по­ рядке дисциплины специализации, на которую отпущено минималь­ ное время. )

Исходя из времени, предусмотренного учебным планом, и из огра­ ниченного бюджета времени студента, предлагаемое учебное пособие должно быть предельно..кратким,.но в то же время как дисциплина, обеспечивающая глубокое понимание студентом физико-химических свойств природного объекта, пособие должно быть исчерпывающе пол­ ным. Поэтому для разрешения создавшегося противоречия автор ш> собия изложил сжато все основные положения и фактический мате­ риал по предмету, считая, что более широкое представление о химии нефти студент может получить из основной и дополнительной литера­ туры, приведенной как в рабочей программе, так и в методических указаниях.

Естественно, что физико-химические свойства нефти, ее фракций и классов соединений проявляют себя в реакциях последующей пере­ работки нефти в мономеры или продукты синтеза и поэтому могут быть описаны при изложении химии нефти. Однако в пособии строго ограничено изложение подобных реакций и процессов, чтобы исклю­ чить повторяемость, так как процессы переработки и синтеза являются содержанием специальной дисциплины — технологии основного ор­ ганического и нефтехимического синтеза.

Именно правильное сочетание науки о физико-химических свойст­ вах нефти как природного объекта и научных основ технологии ос­ новного органического и нефтехимического синтеза обеспечивает наи­ более полное изучение и возможность понимания состояния и пер­ спективы развития нефтехимического синтеза.

При написании пособия автор широко пользовался данными оте­ чественной литературы по _химии нефти и особенно известными учеб-

\

3

Глава

первая

НЕФТЬ КАК ОСНОВНОЕ ПРИРОДНОЕ СЫРЬЕ

ДЛЯ НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Нефтехимическая промышленность представляет собой яркий при­ мер современных научно-технических возможностей производства на основе нефти не только аналогов природных веществ, как например каучука, но и получения многочисленных соединений и продуктов потребления неизвестных и несуществующих в природе.

Еще Д. И. Менделеев, отмечая исключительную перспективность нефти как источника сырья для химического синтеза и желая подчерк­ нуть более квалифицированное химическое использование нефти по сравнению с применением ее в качестве жидкого топлива, говорил: « . . . топить можно и ассигнациями». При этом он имел в виду воз­ можность и необходимость производства из нефти различных полез­ ных химических, синтетических соединений, изделий и предметов по­ требления.

Но возможности нефтехимии долгое время были ограничены вы­ деляемыми капитальными вложениями и недостаточным совершенст­ вом процессов переработки нефти в синтетические продукты. Только в последние две пятилетки отечественная нефтехимия в своем разви­ тии превратилась в наиболее прогрессивную и. быстро развивающуюся отрасль промышленности.

За прошедшее десятилетие в Советском Союзе проведена огромная работа, в результате которой создана могучая нефтехимическая ин­ дустрия; освоено ее правильное сочетание с нефтеперерабатывающей промышленностью в рамках одного союзного министерства; создана необходимая отрасль нефтехимического машиностроения и сеть отра­ слевых научных учреждений и институтов Академии Наук, обеспечи­ вающих разработку новых химико-технологических процессов.

В настоящее время отечественная нефтехимическая промышлен­ ность обеспечивает нужды народного хозяйства, транспорта, экспорта и обороны страны. Нефтехимическая промышленность производит: высококачественные авиабензины, дизельные топлива, горючее для воздушно-реактивных двигателей, автомобильные бензины, топлива для газотурбинных двигателей, форсуночное топливо для пароэнер­ гетических установок, многочисленные смазочные масла и синте­ тические присадки к ним; синтетический каучук, резинотехнические изделия. В результате переработки нефтегазового сырья получаются жирные и ароматические кислоты, их эфиры, спирты различного строе­ ния, уксусная кислота и ее эфиры (ацетаты); простейшие ароматиче­

5

ские и непредельные соединения, на основе которых синтезируются такие известные в наше время высокомолекулярые соединения, как полистирол, полиолефины, сложные эфиры, растворители, антикор­ розионные покрытия, искусственное волокно и много других соедине­ ний и изделий из них. Из сказанного становится очевидной роль нефте­ химии в обеспечении народного хозяйства.

Промышленность основного органического синтеза использует для своего производства множество различных соединений, даже природ­ ные вещества (например, целлюлозу и т. п.), но без преувеличения следует сказать, что только нефть и ее газообразная часть — природ­ ные и попутные газы — могут служить фундаментальной основой тя­ желого органического синтеза как по количеству разнообразнейших углеводородов, ее (нефть) составляющих, так и по широким масштабам производства относительно дешевой нефти.

Особая роль нефти определяется богатством ее углеводородного состава. В природе нет второго такого вещества, которое было бы столь богато разнообразием углеводородов.

Задачей промышленности основного органического синтеза яв­ ляется создание новых форм органических соединений на основе угле­ водородной структуры молекул. Синтезируемыми веществами могут быть не только углеводороды, но и их производные. Кроме того, син­ тезироваться могут не просто гетероатомные соединения, но и соеди­ нения, содержащие, например, кислород, серу, азот, фосфор и другие элементы в виде тех или иных функциональных групп, и соединения, содержащие гетероатомы в основной цепи соединения. Однако, как правило, Доляуглеводородной компоненты синтетических веществ — основная, она определяет создание этого нового вещества. Синтез но­ вых структур на основе углерода безграничен, так как бесконечны архитектурные (структурные) особенности соединений на основе че­ тырехвалентного углерода, а, следовательно, бесконечно и варьиро­ вание свойств получаемых веществ.

Многочисленные исходные вещества для органического синтеза мо­ гут быть получены на основе каменных углей и продуктов коксохими­

6

ческого производства. Наша страна имеет более половины всех уголь­ ных запасов планеты, в ней насчитывается 650 разведанных угольных месторождений. Запасы только одного Канско-Ачинского бассейна равны запасам шести Донбассов. Однако продукты коксохимического производства значительно беднее углеводородами, чем нефть. Поэ­ тому, хотя коксохимический бензол, нафталин, фенолы и азотистые основания составляют важную область сырья для синтетической про­ мышленности, коксохимическое производство не способно стать столь же богатой базой органического синтеза, как углеводороды нефти и природного газа.

Исходные вещества для органического синтеза могут быть получены

предельные, которых нет в нефти в готовом виде. Из сланцевых смол получают большое количество простых и сложных фенолов, карбоно­ вых кислот; можно получить дикарбоновые кислоты, соединения тио­ фенового ряда и т. д. Однако ассортимент продуктов сланцево-хими­ ческого производства значительно беднее углеводородами, и это про­ изводство не способно стать столь же богатой базой органического синтеза, как углеводороды нефти и природного газа. Торф и другие горючие ископаемые, органические продукты сельского хозяйства и продукты лесохимии тем более не способны в полной мере заменить нефть.

На основе нефти в мире производится более 50 млн т химических продуктов, а их ассортимент составляет несколько тысяч наименова­ ний.

Нефтехимическая промышленность обязана своим быстрым темпом развития еще и тому обстоятельству, что ее развитие совпало по вре­ мени с периодом небывалого темпа развития науки и техники, с пе­ риодом научно-технической революции. Эта научно-техническая ре­ волюция является базой развития нефтехимии, и, наоборот, совре­ менная нефтехимия является составной частью содержания научнотехнической революции.

Нефтехимическая промышленность опирается на непрерывно ра­ стущую мощность нефтедобывающей промышленности (табл, 2).

7