VmireNeftx - Томский политехнический университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В мире продуктов нефтехимии
Научно-популярные материалы
Томск – 2012
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 3
ЭТИЛЕН ................................................................................................................... 5
ПРОПИЛЕН ............................................................................................................. 8
АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ ........................................................... 10
БЕНЗОЛ............................................................................................................... 11
ТОЛУОЛ ............................................................................................................. 12
КСИЛОЛЫ .......................................................................................................... 13
БУТАДИЕН............................................................................................................ 13
2
ВВЕДЕНИЕ
Нефтехимическая промышленность является частью химического
комплекса. В состав нефтехимической промышленности входят производства
базовых полупродуктов (этилена, пропилена, бензола, ксилолов, бутадиена,
метанола), полимеризационных пластмасс (полиэтилена, полипропилена,
полистирола и сополимеров стирола, поливинилхлорида и сополимеров
винил- хлорида), полупродуктов для получения синтетических волокон,
синтетических моющих средств и лакокрасочных материалов, синтетических
каучуков и латексов, а также разнообразных спиртов, окисей и гликолей,
альдегидов, кетонов и еще многих других видов продукции.
Условно нефтехимическую промышленность и ее сырьевую базу
можно разбить на четыре группы: углеводородное сырье, базовые
полупродукты, нефтехимикаты, конечные нефтехимические продукты. Если
брать только наиболее крупнотоннажные виды сырья, полупродуктов и
конечных продуктов, то можно отметить, что при переходе от группы к
группе число продуктов увеличивается примерно на порядок. Соотношение
количества продуктов каждой группы приведено в табл. 1. Как видно из
табл., основных видов углеводородного сырья не более 10, базовых
полупродуктов - порядка 10, крупнотоннажных нефтехимикатов до 100, а конечных нефтехимических и химических продуктов, если учитывать их
основные виды и марки - более 1000 [1].
Таблица 1. - Основные виды сырья, полупродуктов и конечных
продуктов нефтехимической промышленности.
Сырье
Базовый продукт
Нефтехимикаты
Конечный
продукт
Природный газ,
Этан,
Этилен,
Спирты, оксиды, Синтетические
пропан, пропилен, бензол, гликоли,
смолы,
3
бутаны,
толуол, ксилолы, альдегиды,
пластмассы,
прямогонные
суммарные орто- ангидриды,
синтетические
бензиновые
ксилолы и пара- кислоты, кетоны волокна,
фракции нефти и ксилолы,
и т.д.
синтетический
газового
бутадиен,
каучук,
конденсата
изопрен, метанол
синтетические
моющие
средства,
лакокрасочные
материалы и т.д.
Не
более
10
Около 10 видов
До 100 видов
До 1000 видов
видов
В настоящее время в мире насчитывается свыше 100 нефтехимических
процессов, реализованных в промышленности, на которые приходится 9598% продукции органического синтеза.
Немногочисленные виды нефтехимического сырья взаимозаменяемы и
дают возможность получать множество видов полупродуктов и конечных
продуктов, используя различные виды сырья. В свою очередь из-за
взаимозаменяемости сырья, полупродуктов, многообразия технологических
способов их получения создается возможность выбрать оптимальные схемы
производства, а также приспособиться к изменениям конъюнктуры рынка.
Нефтехимики имеют возможность получать химические продукты с заранее
заданными
свойствами,
что
определяет
многофункциональность
их
применения. Внутри самой нефтехимической отрасли потребляется не менее
половины
ее
продукции.
В
нефтехимической
промышленности
производительность труда на 30-40% выше, чем в нефтегазодобывающих
отраслях [2].
В настоящее время в передовых технически развитых странах
нефтехимическая промышленность потребляет 8-10% ресурсов нефти, в
4
развивающихся странах - 2,5-5%, а в целом в мире на долю нефтехимии
приходится 6,5-7,0% добываемой в мире нефти. Суммарная выручка от
реализации произведенной в мире в 2005 г. нефтехимической продукции
составила порядка 1,5 трлн долл.; при этом 39% приходилось на США, 35% на Западную Европу. Потребление нефтехимической продукции на душу
составило в США 1300 долл., западноевропейских странах - 1000, в странах
Восточной Европы и бывш. СССР - 160 долл.
На 1 т нефтехимических полупродуктов и продуктов расходуется от 1,5
до 4,0 т сырья, а также 1,6 т условного топлива в виде пара, горячей воды и
электроэнергии, что составляет 60-80% себестоимости нефтехимикатов.
Производство и реализация продуктов в радиусе до 1000 км охватывает 60%
всей нефтехимической продукции, межрегиональный обмен – 15%, экспорт 25%.
В экологическом плане нефтехимические производства являются
источниками загрязнения окружающей среды за счет отходящих газов,
сточных вод, побочных продуктов производства. В этой связи в отрасли
достаточно высоки затраты на природоохранные мероприятия и, что
особенно важно, на создание безотходных, экологически приемлемых
технологий.
ЭТИЛЕН
Этилен занимает первое место по объему производства среди базовых
нефтехимикатов.
По материалам ежегодных обзоров “Petrochemical Report” в журнале
Oil and Gas Journal динамика мировых мощностей по производству этилена –
демонстрация постоянного роста.
5
120
Производство этилена, млн. т/г
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
1983
1985
1987
1989
1991
1993
1995
1997
1999
2001
2003
Года
Рисунок 1. - Динамика роста мощностей по производству этилена.
Основными
продуктами
–
потребителями
этилена
являются
-
полиэтилен, окись этилена и этиленгликоль, винилхлорид, этилбензол,
альфа-олефины, этиловый спирт, ацетальдегид, винилацетат и др. Структура
потребления этилена в мире в период 1987-2002 г приведена в таблице 2 [1].
Таблица 2. - Структура потребления этилена в мире.
Виды продуктов
1987
1993
1995
2000
2002
Полиэтилен
33
32
32
32
32
20
22
22
25
27
16
16
16
14
13
и 12
12
12
13
13
низкой плотности
Полиэтилен
высокой
плотности
Винилхлорид
Этиленгликоль
этиленоксид
6
Прочие
(этанол, 19
18
18
16
15
этилбензол, альфаолефины,
винилацетат и др.)
Полиэтилен – синтетический термопластичный неполярный полимер,
принадлежащий к классу полиолефинов. Продукт полимеризации этилена.
Твердое вещество белого цвета. Выпускается в двух формах: полиэтилена
низкого давления (полиэтилена высокой плотности) и полиэтилена высокого
давления (полиэтилен низкой плотности). Полиэтилена низкого давления
получается суспензионным методом полимеризации этилена при низком
давлении на комплексных металлоорганических катализаторах в суспензии, а
также газофазным методом полимеризации этилена в газовой фазе на
комплексных металлоорганических катализаторах на носителе. Полиэтилена
высокого давления получается при повышенном давлении полимеризацией
этилена в трубчатых реакторах или реакторах с перемешивающим
устройством с применением инициаторов радикального типа. Как правило,
полиэтилен выпускают в виде стабилизированных гранул диаметром 2-5
миллиметров в окрашенном и неокрашенном виде. Но возможен и
промышленный выпуск полиэтилена в виде порошка.
Применение полиэтилена:
 Полиэтиленовая пленка (скотч, пузырчатая упаковка)
 Тара (бутылки, банки, ящики)
 Полимерные трубы для канализации
 Электроизоляционный материал
 Полиэтиленовый порошок используется как термоклей
 Броня (бронепанели в бронежилетах)
 Корпуса для лодок, вездеходов, деталей технической аппаратуры,
диэлектрических антенн, предметов домашнего обихода
7
ПРОПИЛЕН
Пропилен не может быть хозяином своей судьбы из-за того, что его
производство неразрывно связано с производством этилена, и продукция на
основе пропилена взаимозаменяема с полиэтиленом. В большинстве стран по
уровню мощностей этиленовых установок и составу их сырьевой базы можно
определить мощности по выпуску пропилена. Всего в мире 66% пропилена
получают пиролизом, 32% - на НПЗ, 2% - дегидрированием пропана.
Суммарные мировые мощности по производству пропилена составляли
на 1994 г. – 34 млн.т/г, к 1997 г. мощности возросли до 40 млн.т/г, к 2000 г. –
60 млн.т/г, к 2003 – 66,7 млн.т/г., к 2013 – 87 млн.т/г.
Мощность по производству
пропилена, млн.т/г
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1990
1995
2000
2005
2010
2015
Года
Рисунок 2. - Динамика роста мощностей по производству пропилена.
В структуре потребление пропилена неуклонно возрастала роль
полипропилена. Практические на одном уровне сохранялась доля нитрил
акриловой кислоты и окиси пропилена. Доля остальных продуктов в
структуре потребления пропилена снижалась.
Таблица 3. - Динамика структуры потребления пропилена.
Производство
1980 г.
1985 г.
1990 г.
1993 г.
2000 г.
8
пропилена
Полипропилен
27
34
39
44
61
Нитрил
17
17
16
12
11
46
39
45
44
20
акриловая
кислота
Др. продукты
Основными производными от пропилена являются полипропилен,
оксоспирты, акрилонитрил, кумол (фенол и ацетон), пропиленоксид и
пропиленгликоль, изопропиловый спирт, триммеры и тетрамеры пропилена,
этилен-пропиленовый каучук и др [1].
Полипропилен.
Это
бесцветный
термопластичный
полимер.
Из
полипропилена литьем под давлением изготовляют детали машин, арматуру,
трубы; около 40% полипропилена перерабатывают в волокна. Большое
значение приобретают наполненные композиции на основе полипропилена
(наполнители - мел, тальк, графит, сажа и др.), в том числе электропроводные
и магнитоактивные. Полипропилен - это материал для производства плёнок
(особенно упаковочных), мешков, тары, предметов домашнего обихода,
нетканых материалов и др. Также его используют как электроизоляционный
материал, в строительстве для вибро- и шумоизоляции межэтажных
перекрытий. При сополимеризации пропилена с этиленом получают
некристаллизующиеся сополимеры, которые проявляют свойства каучука,
отличающиеся повышенной химической стойкостью и сопротивлением
старению. Атактический полипропилен используют для изготовления
строительных клеев, замазок, уплотняющих мастик, дорожных покрытий и
липких пленок.
9
АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
Значение
производства ароматических
углеводородов постоянно
увеличивается, так как применение получаемых на их базе химических
продуктов и синтетических полимеров непрерывно расширяется. Основными
ароматическими углеводородами являются бензол, ксилолы, в том числе
изомеры
ксилола
Конфигурация
(параксилол,
комплекса
ортоксилол,
ароматических
метаксилол),
углеводородов
толуол.
все
время
видоизменяется. Это зависит от вида используемого сырья, соотношения
спроса на отдельные ароматические углеводороды и цен на них.
Ароматические углеводороды получаются на нефтеперерабатывающих
заводах в процессе риформинга, направленного специально на увеличение
содержания бензола, толуола и ксилолов в рафинате. Кроме этого
ароматические углеводороды получаются на нефтехимических предприятиях
в составе пироконденсата при работе этиленовых установок на жидком углеводородном сырье, а также на коксохимических предприятиях из легкого
газойля коксования углей. Ароматические углеводороды извлекаются из
рафинатов или
пироконденсата методами
экстракции, экстрактивной
дистилляции, адсорбции. Кроме этого существуют различные методы
взаимного
превращения
ароматических
углеводородов,
например,
деметилирование толуола в бензол; диспропорционирование смеси толуола и
ксилолов в бензол и изомеры ксилолов; изомеризация ксилолов. Разработаны
также процессы получения ароматических углеводородов из смеси пропана и
бутана.
10
БЕНЗОЛ
Одним из самых важных соединений ароматического ряда, выработка
которых достигла огромных размеров и продолжает увеличиваться, является
бензол. Объем производства бензола составляет 60% общего выпуска
ароматических углеводородов.
Основными процессами производства бензола являются:
 риформинг на ароматику с последующей экстракцией бензола из
риформата;
 деметилирование толуола;
 извлечение из пироконденсата этиленовых установок;
 процесс дегидроциклизации пропан-бутановой фракции;
Мировые мощности по производству бензола стремительно росли.
Динамика роста мировых мощностей за последние 25 лет такова (млн. т):
Мощность по производству бензола,
млн.т/г
1975 г. - 18,8; 1980 г. - 25,0; 1990 г. - 29,4; 1995 г. - 32,1; 2000 г. - 36,0.
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
Года
Рисунок 3. - Динамика роста мощностей по производству бензола.
Основными направлениями использования бензола в нефтехимии
является получение стирола, фенола, капролактам, анилин, алкилбензолы.
11
Стирол используется для получения:
 полистирола (упаковка для пищевых продуктов);
 бутадиен-стирольного
каучука
(шины,
резинотехнические
изделия);
 Сополимеров стирола ( детали для автомобилей, телефонная
аппаратура);
Фенолы используются для получения фенольных смол , которые нашли
свое применение в электроприборах, а также в качестве клея для древесины и
связующего компонента для фанеры.
Алкилбензолы служат источником для получения синтетических
моющих средств и поверхностно-активных веществ [1].
ТОЛУОЛ
Толуол получается в процессе каталитического риформинга на
ароматику
одновременно
перерабатывается
используется
как
в
с
бензолом
бензол
и
ксилолами.
(деметилирование
компонент
Часть
толуола),
высокооктановых
толуола
еще
бензинов,
часть
остальное
применяется в качестве растворителя. Как пример непосредственной
химической можно назвать получение тринитротолуола, бензойной кислоты,
бензальдегида, фенола и др. Наибольшее распространение из химических
производных
толуола
приобрели
диизоцианаты,
которые
являются
полупродуктом при получении полиуретанов. В небольших количествах
толуол применяется для производства сахарина и хлорамина, хлорбензола,
бензальдегида и бензойной кислоты. Толуол может быть использован для
синтеза винилтолуола, заменяя при этом дефицитный бензол.
Полиуретан.
Благодаря
разнообразию
механических
свойств
различных типов полиуретана, полиуретан применяется практически во всех
сферах
промышленности,
для
изготовления
самых
разнообразных
уплотнений, эластичных форм для изготовления декоративных камней,
12
защитных покрытий, лакокрасочных изделий, клеев, герметиков, деталей
маломощных
машин
(валов,
роликов,
пружин
и т. п.),
изоляторов,
имплантатов и прочих изделий.
КСИЛОЛЫ
Ксилолы (диметилбензолы) получаются в процессе риформинга на
ароматику совместно с бензолом и толуолом и выделяются из смеси
ароматических
углеводородов
на
нефтеперерабатывающих
заводах.
Основная часть суммарных ксилолов идет на дальнейшую переработку с
целью извлечения изомеров, в первую очередь параксилола и ортоксилола.
Вторым направлением использования ксилолов является их смешение с
автобензинами для увеличения октановых характеристик бензинов. Еще
одним из направлений использования суммарных ксилолов является
применение их как растворителей. Выделение индивидуальных изомеров и
последующая химическая переработка параксилола в терефталевую кислоту
и диметилтерефталат составляет сырьевую базу пластмасс, синтетических
(полиэфирных) волокон. Переработка ортоксилола во фталевый ангидрид
обеспечивает сырьем производство пластификаторов и алкидных смол.
Переработка метаксилола в изофталевую кислоту обеспечивает сырьем
производство сложных эфиров.
БУТАДИЕН
Бутадиен
является
наиболее
крупнотоннажным
из
мономеров
промышленности синтетического каучука. Три четверти всего бутадиена в
мире расходуется для получения различных видов синтетического каучука
(полибутадиенового,
бутадиен-стирольного,
бутадиеннитрильного,
хлоропренового), остальное количество - для выпуска термоэластопластов,
адипонитрила
и
других
продуктов.
В
свою
очередь,
каучуки,
13
термоэластопласты используются в производстве шин, резино-технических
изделий, резиновой обуви, клеев, технических пластмасс; адипонитрил
является сырьем для выпуска найлона 6.6.
Из новых направлений использования бутадиена можно назвать
процессы его селективного гидрирования в бутилены; производства стирола
из фракции углеводородов С4 путем циклодимеризации бутадиена в 4-винил1-циклогексан с последующим окислением его в стирол [1].
14
Список литературы:
1. Брагинский О.Б. Мировая нефтехимическая промышленность. Москва:
Наука, 2003. – 555 с.
2. Васильев М.Г. Основные тенденции развития зарубежной химической
промышленности // Вестник химической промышленности. 2000. №1(13). –
с.34
3. Иванюков Д. В., Фридман М. Л., Полипропилен, М., 1974; Coordination
polymerization, ed. by J.C. W. Chien, N.Y., 1975; Catalytic polymerization of
defines, ed. by T. Keii, K. Soga, Tokyo-Amst., 1986. Ф. С. Дьячковский.
4. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3704.html
5. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%BF%D
1%80%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D0%BB%D0%B5%D0%BD
6. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D1%82%D
0%B8%D0%BB%D0%B1%D0%B5%D0%BD%D0%B7%D0%BE%D0%BB%D
1%8B
15