- •Предисловие
- •1. Роль нефти и газа в жизни человека
- •1.1. Современное состояние и перспективы развития энергетики
- •2. Краткая история применения нефти и газа
- •3. Нефть и газ на карте мира
- •3.1. Динамика роста мировой нефтегазодобычи
- •3.3. Месторождения-гиганты
- •4. Нефтяная и газовая
- •промышленность России
- •5. Основы нефтегазопромысловой геологии
- •5.4. Состав нефти и газа
- •5.5. Происхождение нефти
- •5.6. Происхождение газа
- •6. Бурение нефтяных и газовых скважин
- •6.1. Краткая история развития бурения
- •6.4. Буровые установки, оборудование и инструмент
- •6.5. Цикл строительства скважины
- •б.б. Промывка скважин
- •6.7. Осложнения, возникающие при бурении
- •6.8. Наклонно направленные скважины
- •6.9. Сверхглубокие скважины
- •6.10. Бурение скважин на море
- •7. Добыча нефти и газа
- •7.1. Краткая история развития нефтегазодобычи
- •7.2. Физика продуктивного пласта
- •7.3. Этапы добычи нефти и газа
- •7.4. Разработка нефтяных и газовых месторождений
- •7.5. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин
- •7.8. Установка комплексной подготовки нефти
- •7.9. Системы промыслового сбора природного газа
- •7.10. Промысловая подготовка газа
- •7.11. Система подготовки и закачки воды в продуктивные пласты
- •7.12. Защита промысловых трубопроводов и оборудования от коррозии
- •7.14. Проектирование разработки месторождений
- •8.2. Продукты переработки нефти
- •8.3. Основные этапы нефтепереработки
- •8.4. Типы нефтеперерабатывающих заводов
- •8.5. Современное состояние нефтепереработки
- •9.1. Исходное сырье и продукты переработки газов
- •9.3. Отбензинивание газов
- •9.4. Газофракционирующие установки
- •Ю. Химическая переработка углеводородного сырья
- •10.1. Краткие сведения
- •10.2. Основные продукты нефтехимии
- •11. Способы транспортировки нефти, нефтепродуктов и газа
- •11.1. Краткая история развития способов транспорта энергоносителей
- •11.2. Современные способы транспортирования нефти, нефтепродуктов и газа
- •11.3. Область применения
- •различных видов транспорта
- •12.1. Развитие нефтепроводного транспорта в России
- •12.3. Классификация нефтепроводов
- •12.4. Основные объекты и сооружения магистрального нефтепровода
- •12.5. Трубы для магистральных нефтепроводов
- •12.8. Насосно-силовое оборудование
- •12.9. Резервуары и резервуарные парки
- •12.10. Оборудование резервуаров
- •12.11. Системы перекачки
- •12.12. Перекачка высоковязких
- •13.1. Развитие нефтепродуктопроводного транспорта в России
- •13.3. Краткая характеристика нефтепродуктопроводов
- •13.4. Особенности трубопроводного транспорта нефтепродуктов
- •14. Хранение и распределение нефтепродуктов
- •14.1. Краткая история развития нефтебаз
- •14.2. Классификация нефтебаз
- •14.3. Операции, проводимые на нефтебазах
- •14.4. Объекты нефтебаз и их размещение
- •14.5. Резервуары нефтебаз
- •14.6. Насосы и насосные станции нефтебаз
- •14.8. Нефтяные гавани, причалы и пирсы
- •14.9. Установки налива автомобильных цистерн
- •14.10. Подземное хранение нефтепродуктов
- •14.11. Автозаправочные станции
- •15. Трубопроводный транспорт газа
- •15.1. Развитие трубопроводного транспорта газа
- •15.2. Свойства газов, влияющие на технологию их транспорта
- •15.3. Классификация магистральных газопроводов
- •15.4. Основные объекты и сооружения магистрального газопровода
- •15.5. Газоперекачивающие агрегаты
- •15.6. Аппараты для охлаждения газа
- •15.7. Особенности трубопроводного транспорта сжиженных газов
- •16. Хранение и распределение
- •16.1. Неравномерность газопотребления и методы ее компенсации
- •16.2. Хранение газа в газгольдерах
- •16.3. Подземные газохранилища
- •16.4. Газораспределительные сети
- •16.5. Газорегуляторные пункты
- •16.6. Автомобильные газонаполнительные компрессорные станции
- •16.7. Использование сжиженных углеводородных газов в системе газоснабжения
- •16.8. Хранилища сжиженных углеводородных газов
- •17. Трубопроводный транспорт твердых и сыпучих материалов
- •17.1. Пневмотранспорт
- •17.2. Контейнерный транспорт
- •17.3. Гидротранспорт
- •18.1. Проектирование магистральных трубопроводов
- •18.2. Особенности проектирования нефтебаз
- •18.3. Использование ЭВМ при проектировании трубопроводов и хранилищ
- •19. Сооружение трубопроводов
- •19.2. Состав работ, выполняемых при строительстве линейной части трубопроводов
- •19.3. Сооружение линейной части трубопроводов
- •19.5. Строительство морских трубопроводов
- •20.1. Состав работ, выполняемых при сооружении насосных и компрессорных станций
- •20.2. Общестроительные работы на перекачивающих станциях
- •20.3. Специальные строительные работы при сооружении НС и КС
- •Основные понятия и определения
- •Список литературы
- •Предметно-алфавитный указатель
- •Указатель рисунков
- •Указатель таблиц
- •Приложение.
Ю. Химическая переработка углеводородного сырья
10.1.Краткие сведения
онефтехимических производствах
Нефтехимической промышленностью принято называть производство химических продуктов на основе нефти и газа. К нефтехи мическим производствам относятся:
1)производство сырья—олефинов, диенов, ароматических и нафтеновых углеводородов;
2)производство полупродуктов—спиртов, альдегидов, кетонов, ангидридов, кислот и др.;
3)производство поверхностно-активных веществ;
4)производство высокомолекулярных соединений—полимеров.
Производство |
Нефтяные фракции и газы не могут быть |
нефтехимического сырья |
прямо переработаны в товарные химичес |
|
кие продукты. Для такой переработки нуж |
но предварительно получить химически активные углеводороды, к ко торым относятся в первую очередь непредельные углеводороды (олефи ны): этилен С2Н4) пропилен С3Н6, бутилен С4Н8, и др. Основным промыш ленным методом получения олефинов является пиролиз различного газо образного и жидкого нефтяного сырья.
Еще одним видом сырья для нефтехимического производства явля ется ацетилен С2Н2, получаемый при высокой температуре путем элсктрокрскинга (в условиях вольтовой дуги) метана. Ацетилен является од ним из исходных материалов для производства синтетических волокон и пластмасс.
Производство поверхностно- |
Для производства синтетических ма- |
активных веществ |
териалов необходимы ароматические |
|
углеводороды —бензол, толуол, ксилол, |
нафталин и др. Бензол применяется главным образом для производства стирола и фенола. При взаимодействии с низкомолекулярными олефи нами (этилен, пропилен, бутилен) из фенола получают промежуточные продукты, необходимые для производства моющих веществ, смол и при садок к маслам. Толуол в основном используется как высокооктановая добавка к моторным топливам и как растворитель. Ксилол применяется при производстве синтетических волокон («лавсан»).
Долгое время единственным промышленным методом получения ароматических углеводородов из нефти был пиролиз. В настоящее вре мя их получают также при каталитическом риформинге узких бензино вых фракций.
Производство спиртов Спирты применяют в производстве синтети ческих полимеров, каучуков, моющих веществ,
вкачестве растворителей, экстрагентов и для других целей. Одним из важ нейших методов производства спиртов является гидратация олефинов,
входе которой вырабатывают этиловый, изопропиловый, изобутиловый и другие спирты. Метиловый спирт получают гидрированием окиси угле рода (соединение СО и водорода в условиях высоких давлений и темпера
тур в присутствии катализатора). Высшие спирты образуются при гидри ровании высших жирных кислот и их эфиров, альдегидов и др.
Производство полимеров К высокомолекулярным соединениям (по лимерам) относят вещества с молекуляр ной массой 5000 и более. Полимеры состоят из многократно повторяю
щихся элементов—остатков мономеров.
Основными методами синтеза полимеров являются полимеризация и поликонденсация. Полимеризацией называется реакция образования высокомолекулярных веществ путем соединения нескольких молекул мономера, которая не сопровождается изменением их состава. При по ликонденсации образование полимеров сопровождается выделением ка кого-либо низкомолекулярного вещества (воды, спирта, аммиака и др.). Поэтому состав элементарного звена полимера в данном случае не соот ветствует элементарному составу исходного мономера.
Многообразие вырабатываемых полимеров обуславливает различ ные технологии их производства.
Простейший технологический процесс производства синтетическо го каучука выглядит следующим образом. Из этилена путем гидратации получают этиловый спирт. Испаряя его в герметически закрытых сосу дах и нагревая пары до нескольких сот градусов в реакторе в присутствии специального катализатора, получают бутадиен. После очистки бутади ен подвергают каталитической полимеризации, вырабатывая каучук-сы рец. Перемешивая его при пониженном давлении, из каучука-сырца уда ляют газы. Из полученного продукта получают полотнища каучука, кото рые в рулонах доставляют на заводы по производству резины для после дующего изготовления различных изделий.
К группе пластмасс относятся винипласт, пенопласт, полиэтилен, тефлон и другие материалы. Винипласт получают в результате химичес кой переработки поливинилхлоридной смолы, образуемой при реакции этилена с хлором. Винипласт используется для производства электро изоляционных материалов, изготовления труб и арматуры для химичес кой промышленности и т. д.
Кроме того, добавляя к винипласту специальное вещество, выделяю щее большое количество газов при нагревании (порофор), получают пе нопласт. Промышленный пенопласт в 7... 10 раз легче воды.
Широкое распространение получил полиэтилен—высокомолекуляр ный продукт полимеризации этилена. Различают полиэтилен высоко го давления и полиэтилен низкого давления. Первый получают при дав лении 100...300 МПа и температуре 100...300*С в присутствии кислорода. Для этого процесса требуется этилен высокой частоты. Полиэтилен низ кого давления получают путем полимеризации этилена при давлении до 1 МПа и температуре 60...80°С в присутствии специального катализатора.
Тефлон (полифторэтилен) получают путем полимеризации мономе ра—тетрафторэтилена. Такие мономеры обычно получают из этилена, за меняя в его молекулах атомы водорода атомами фтора.
Из синтетических волокон в настоящее время наиболее широкое распространение получили капрон, лавсан, нитрон и др.
Исходным материалом для выработки капрона является капролак там. Его получают в результате сложной химической переработки фено ла или бензола. Подвергая капролактам полимеризации при температуре 250 °С в присутствии азота, получают капроновую смолу, из которой впо следствии вырабатывают капроновое волокно.
Лавсан вырабатывают из пара-ксилола, который, в свою очередь, по лучают путем каталитической переработки бензиновых фракций на уста новках каталитического риформинга.
10.2. Основные продукты нефтехимии
Поверхностно-активные |
ПАВ широко применяются в различных |
вещества (ПАВ) |
отраслях промышленности, сельском хо |
|
зяйстве и быту. |
В нефтедобыче ПАВ применяют для разрушения водонефтяных эмуль сий, образующихся в ходе извлечения нефти на поверхность земли и се движения по промысловым трубопроводам. ПАВ добавляют в воду при мойке резервуаров и отсеков танкеров, чтобы ускорить процесс. Одним из способов перекачки высоковязких нефтей является их совместный транс порт с водой, обработанной раствором ПАВ: в этом случае вода хорошо смачивает металл и нефть движется как бы внутри водяного кольца.
Кроме того, ПАВ используют при изготовлении синтетических мою щих веществ, косметических препаратов, лосьонов, зубных паст, туалет ного мыла, при дублении кожи, крашении меха, при хлебопечении, по лучении противопожарных пен, изготовлении кондитерских изделий и мороженого, в качестве пенообразователя при производстве бродящих напитков (квас, пиво) и др.
Несмотря на большое многообразие ПАВ, все они могут быть разде лены на две группы: ионогенные ПАВ, которые при растворении в воде диссоциируют на ионы, и неионогенные ПАВ, которые на ионы нс дис социируют.
В зависимости от того, какими ионами обусловлена поверхностная активность ионогенных веществ—анионами или катионами, ионогенные вещества подразделяются на анионоактивные, катионоактивные и амфолитные. Последние отличаются тем, что в кислом растворе ведут себя как катионоактивные ПАВ, а в щелочном растворе—как анионоактивные.
По растворимости в тех или иных средах ПАВ бывают водораствори мые, водомаслорастворимыс и маслорастворимыс.
Синтетические каучуки Термин «каучук» происходит от слова «каучу», которым жители Бразилии обозначали про дукт, получаемый из млечного сока (латекса) гевеи, растущей на берегах
р. Амазонки. Натуральный каучук выделяли из латекса коагуляцией с по мощью муравьиной, щавелевой или уксусной кислоты. Образующийся рыхлый сгусток промывали водой и прокатывали на вальцах для получе ния листов. Затем их сушили и коптили в камерах, наполненных дымом, с целью придания натуральному каучуку устойчивости против окисле ния и микроорганизмов.
ВЕвропе каучук известен с 1738 г., когда французский исследователь
Ш.Кондамин представил в парижской Академии Наук образцы натураль ного каучука и изделия из него. В 1811 г. в Вене открылась первая резино вая фабрика. В 1823 г. шотландский химик Ч. Макинтош придумал способ изготовления непромокаемой ткани. Правда, пальто-макинтош того вре мени имели существенный недостаток: зимой твердели, а летом издава ли такой дурной запах, что их приходилось прятать в прохладные погреба. Но все равно они пользовались спросом, как и каучуковые галоши.
Однако в 1835 г. разразился кризис. Лето этого года оказалось особен но знойным и вся каучуковая продукция от высокой температуры превра тилась в дурнопахнущий кисель... Каучук спас американский изобретатель Чарлз Гудьир. В 1838 г. он изобрел вулканизацию—обработку каучука те плом с добавлением небольшого количества серы. После такой обработки каучук становился совершенно не липким и прочным. Позднее в каучук стали добавлять сажу, краску, окись цинка, различные «мягчители» и «ан тистарители». Такой «обработанный» каучук называется резиной.
Вконце XIX века использование резины в промышленности было сравнительно невелико. Однако в дальнейшем оно резко возросло. В пер вую очередь это было связано с развитием автомобильного транспорта, а затем и авиации. Наступил момент, когда объемы производства нату рального каучука уже не могли удовлетворить спрос на него.
В1914 г. в Европе началась Первая мировая война. В отрезанной от импорта каучука Германии химики немедленно взялись за разработ ку его промышленного синтеза. Им удалось получить синтетический кау чук термической полимеризацией диметилбутадиена. Полученный про дукт получил название «метил-каучук». Однако он стоил в 20 раз дороже натурального, а шины из него выходили из строя при минус 5 *С, а также после пробега 2000 км (шины из натурального каучука успешно «пробе гали» десятки тысяч километров).
Синтез каучука в крупных промышленных масштабах впервые в мире был осуществлен в 1932 г. в СССР по способу, разработанному С. В. Лебе девым и основанному на полимеризации бутадиена. С 1937 г. производство синтетического каучука начало развиваться в Германии, а с 1940 г.—в США. Это было обусловлено, с одной стороны, стремительным развитием авто мобильной промышленности в указанных странах, а с другой—меньшей стоимостью синтетического каучука по сравнению с натуральным.
Вкачестве исходных материалов для производства синтетического каучука в настоящее время используются, в основном, бутадиен, стирол, изопрен и другие мономеры, получаемые из углеводородных газов при родного и промышленного происхождения.
Производятся различные виды синтетического каучука, подразделя емые на две группы: каучуки общего назначения (около 80% общемиро вого производства) и специальные. Первые применяют там, где необхо дима только характерная для каучуков эластичность при обычных тем пературах. Специальные каучуки используются в производстве изделий, которые должны обладать стойкостью к действию растворителей, масел, тепло- и морозостойкостью.
Пластмассы Пластическими массами называют конструкционные материалы, полученные на основе полимера и обладаю щие способностью формироваться и в обычных условиях сохранять при
данную им форму в виде готовых изделий. Кроме полимеров в состав пластмасс входят наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, краси тели и другие добавки.
Наполнители вводят для улучшения физико-механических свойств пластмасс, уменьшения усадки и снижения их стоимости. В качестве на полнителей используют древесную муку, бумагу, хлопчатобумажную ткань, слюду, тальк, каолин, стекловолокно.
Пластификаторы придают пластмассам гибкость и эластичность, уменьшают жесткость и хрупкость. В качестве пластификаторов исполь зуют дибутилфталат, стеарин, камфору, глицерин и др.
Стабилизаторы (противостарители, антиокислители, термостабили заторы и др.) способствуют длительному сохранению пластмассами сво их свойств в условиях эксплуатации.
Красители вводят в пластмассу с целью придания ей нужного цвета. В зависимости от поведения при нагревании пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные. Термопластичные пластмас
сы (термопласты) при нагревании размягчаются и становятся пластич ными, а при охлаждении снова затвердевают. Размягчение и отвержде ние можно производить многократно. К термопластам относятся полиэ тилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, фторопласты и др. Термореактивные пластмассы (реактопласты) в начале термообработки размягчаются, становятся пластичными и принимают заданную форму. Однако при дальнейшем нагревании они теряют пластичность и перехо дят в неплавкое и нерастворимое состояние. К реактопластам относятся фенопласты, аминопласты и др.
Пластические массы известны человечеству с древних времен. Изготовляли их на основе природных смол — канифоли, битумов и др. Старейшим пластическим материалом, приготовленным из искусственно го полимера—нитрата целлюлозы, является целлулоид, производство ко-
торого было начато в США в 1872 г. В 1906...1910 гг. в России и Германии были изготовлены первые реактопласты на основе феноло-формальде- гидной смолы. В 30-х гг. в СССР, Германии и других промышленно раз витых странах было организовано производство термопластов — поли винилхлорида, полистирола и др. Однако бурное развитие промышлен ности пластмасс началось только после 2-й мировой войны. В 50-х гг. во многих странах был начат выпуск «пластика номер один»—полиэтилена.
Сегодня представить нашу жизнь без пластмасс невозможно. В стро ительстве их используют при отделочных работах, в виде стеновых пане лей, оконных переплетов, дверей и т. п. В машиностроении из пластмасс изготовляют зубчатые и червячные колеса, шкивы, подшипники, ролики, трубы и т. д. В авиастроении с использованием реактопластов изготов ляют реактивные двигатели, крылья, фюзеляжи самолетов, несущие вин ты вертолетов, топливные баки и др. В автомобилестроении из пластмасс изготовляют детали двигателя, трансмиссии, шасси, кузова, элементы от делки салона. В медицине используют пластмассовый инструмент, сер дечные клапаны, протезы конечностей, хрусталики глаза и др. Этот пере чень можно было бы продолжить.
Синтетические волокна Все волокна, используемые для бытовых и тех нических целей, делятся на три группы:
натуральные (хлопок, лен, шерсть, пенька и др.);
•искусственные, получаемые путем химической переработки природных полимеров (хлопка или целлюлозы); синтетические, получаемые полимеризацией синтетических мономеров.
Возможность получения химических волокон из различных веществ (клей, смолы) предсказывалась еще в XVII—XVIII вв. Однако их про изводство в промышленных масштабах впервые было организовано во Франции в 1891 г.
Производство синтетических волокон началось с выпуска в 1932 г. поливинилхлоридного волокна (Германия). В 1942 г. в промышленном масштабе было выпущено наиболее известное полиамидное волокно — капрон (СШ А).
В настоящее время кроме полиамидного волокна производят также полиэфирное (лавсан), полиакрилонитрильное (нитрон) поливинилхло ридное и полипропиленовое волокна. Их выпускают в виде текстильных и кордных нитей, а также в виде штапельного волокна.
Синтетические волокна обладают высокой разрывной прочностью, хорошей формоустойчивостыо, несминаемостью, стойкостью к воздей-
ствию света, влаги, плесени, температуры. Разнообразие свойств исход ных синтетических полимеров, а также возможность модификации как исходного сырья (мономера), так и самого волокна позволяет получать продукцию с заданными свойствами и высокого качества. В связи с этим синтетические волокна во многих случаях вытесняют натуральные и ис кусственные.
Ткани из синтетических волокон применяются не только в быту. Они используются как электрооблицовочиые и изоляционные материа лы в автомобилях, железнодорожных вагонах, морских и речных судах. Синтетическим волокнам отдают предпочтение при изготовлении кана тов, рыболовных сетей, парашютов и других изделий, где требуются ма териалы, отличающиеся высокой прочностью на разрыв.