книги из ГПНТБ / Кожевников А.В. Химия нефти учеб. пособие

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

Соотношение между разведанными и предполагаемыми запасами и добычей нефти всегда и до самого последнего времени было в значи­ тельной мере пессимистичным. Некоторые специалисты предсказы­ вают «нефтяной голод» уже в течение нескольких поколений. Этот го­ лод пока еще не наступил. Скорее можно сказать, что в последние годы он резко отступил в результате массового современного, местами глу­ бокого, бурения на нефть и открытия больших новых месторождений. Однако динамику соотношения разведанных запасов и добычи нефти

Из табл. 3 видим, что цифра реально добытой нефти довольно часто перекрывала цифру запасов ближайших предыдущих лет. Еще недавно прогнозные запасы нефти на нашей планете определялись порядком

В настоящее время применяют коэффициент — отношение разведанных запасов к объему_ годового потребления нефти. Этот коэффициент растет, за последние 20 лет он возрос с 25 : 1 до 42 : 1.

Нефтеносные площади Советского Союза составляют 30% от миро­ вых, а прогнозные ресурсы природного газа — 25—30%, что выводит нашу родину на первое место в мире по запасам природного газа.

Открытием века называют недавно открытую Западно-Сибирскую нефтяную провинцию, расположенную главным образом в Тюменской области. Здесь обнаружено пять нефтяных месторождений первой мировой величины. Там же, на севере Тюменской области, открыто огромное месторождение природных газов. Сделаны новые открытия больших нефтяных и' газовых месторождений на полуострове Ман­ гышлак, в Туркмении, в Белоруссии, на Украине, в Коми АССР и Чечено-Ингушской АССР.

Динамика роста отечественной добычи природного газа такова,

7% от добычи. Стремительный рост наблюдается и в отечественной добыче нефти. Так в год образования СССР .(1922) было добыто

4,7 млн. т, в 1950 — 37,9, в 1960 — 148, в 1970 — 352,6, а в 1972 — 395 млн. т.

8