Природные источники углеводородов 
Для изомеризации неразветвленных алканов может также применяться
каталитический риформинг. Например, бутан можно изомеризовать, превращая
его в 2-метил-пропан, с помощью катализатора из хлорида алюминия при
температуре 100°С или выше:
[pic]
Эта реакция имеет ионный механизм, который осуществляется с участием
карбка-тионов.
Алкилирование. В этом процессе алканы и алкены, которые образовались в
результате крекинга, воссоединяются с образованием высокосортных бензинов.
Такие алканы и алкены обычно имеют от двух до четырех атомов углерода.
Процесс проводится при низкой температуре с использованием сильнокислотного
катализатора, например серной кислоты:
[pic]
Эта реакция протекает по ионному механизму с участием карбкатиона
(СН3)3С+.
Циклизация и ароматизация. При пропускании бензиновой и лигроиновой
фракций, полученных в результате первичной перегонки сырой нефти, над
поверхностью таких катализаторов, как платина или оксид молибдена(VI), на
подложке из оксида алюминия, при температуре 500°С и под давлением 10-20
атм происходит циклизация с последующей ароматизацией гексана и других
алканов с более длинными неразветвленными цепями:
[pic]
Отщепление водорода от гексана, а затем от циклогексана называется
дегидрированием. Риформинг этого типа в сущности представляет собой один из
процессов крекинга. Его называют платформингом, каталитическим риформингом
или просто риформингом. В некоторых случаях в реакционную систему вводят
водород, чтобы предотвратить полное разложение алкана до углерода и
поддержать активность катализатора. В этом случае процесс называется
гидроформингом.
§ 4. Очистка от серы
Сырая нефть содержит сероводород и другие соединения, содержащие серу.
Содержание серы в нефти зависит от месторождения. Нефть, которую получают
из континентального шельфа Северного моря, имеет низкое содержание серы.
При перегонке сырой нефти органические соединения, содержащие серу,
расщепляются, и в результате образуется дополнительное количество
сероводорода. Сероводород попадает в нефтезаводской газ или во фракцию
сжиженного нефтяного газа. Поскольку сероводород обладает свойствами слабой
кислоты, его можно удалить, обрабатывая нефтепродукты каким-либо слабым
основанием. Из полученного таким образом сероводорода можно извлекать серу,
сжигая сероводород в воздухе и пропуская продукты сгорания над поверхностью
катализатора из оксида алюминия при температуре 400°С. Суммарная реакция
этого процесса описывается уравнением
[pic]
Приблизительно 75% всей элементной серы, используемой в настоящее
время промышленностью несоциалистических стран, извлекают из сырой нефти и
природного газа.
Глава 5. ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ
Приблизительно 90% всей добываемой нефти используют в
качестве топлива. Несмотря на то, что та часть нефти, которая
используется для получения нефтехимических продуктов, мала, эти продукты
имеют очень большое значение. Из продуктов перегонки нефти получают много
тысяч органических соединений (табл. 7). Они в свою очередь используются
для получения тысяч продуктов, которые удовлетворяют не только насущные
потребности современного общества, но и потребности в комфорте (рис. 6).
Таблица 7 Углеводородное сырье для химической промышленности
|Сырье |Химические продукты |
|Алканы | |
|Метан |Метанол, уксусная кислота, хлорометан, этилен |
|Этан |Этилхлорид, тетраэтилсвинец(IV) |
|Пропан |Метаналь, этаналь |
|Алкены | |
|Этилен |Полиэтилен, полихлороэтилен (поливинилхлорид), полиэфиры, |
| |этанол, этаналь (ацетальдегид) |
|Пропен |Полипропилен, пропанон (ацетон), пропеналь, пропан- |
| |1,2,3-триол (глицерин), пропеннитрил (акрилонитрил), |
| |эпоксипропан |
|Бутены |Синтетический каучук |
|Алкины | |
|Ацетилен |Хлороэтилен (винилхлорид), 1,1,2,2-тетрахлороэтан |
|Арены | |
|Бензол |(1-Метил)бензол, фенол, полифенилэтилен |
Хотя различные группы химических продуктов, указанные на рис. 6, в
широком смысле обозначены как нефтехимические продукты, поскольку их
получают из нефти, следует отметить, что многие органические продукты, в
особенности ароматические соединения, в промышленности получают из
каменноугольной смолы и других источников сырья. И все же приблизительно
90% всего сырья для органической промышленности получают из нефти.
Ниже будут рассмотрены некоторые типичные примеры, показывающие
использование углеводородов в качестве сырья для химической промышленности.
[pic]
Рисунок 6 Применения продуктов нефтехимической промышленности.
§ 1. Алканы
Метан является не только одним из важнейших видов топлива, но имеет
еще и множество других применений. Он используется для получения так
называемого синтез-газа, или сингаза. Подобно водяному газу, который
получают из кокса и пара, синтез-газ представляет собой смесь моноксида
углерода и водорода. Синтез-газ получают, нагревая метан или лигроин
приблизительно до 750°С под давлением порядка 30 атм в присутствии
никелевого катализатора:
[pic]
Синтез-газ используется для получения водорода в процессе Габера
(синтез аммиака).
Синтез-газ используется также для получения метанола и других
органических соединений. В процессе получения метанола синтез-газ
пропускают над поверхностью катализатора из оксида цинка и меди при
температуре 250°С и давлении 50-100 атм, что приводит к реакции
[pic]
Синтез-газ, используемый для проведения этого процесса, должен быть
тщательно очищен от примесей.
Метанол нетрудно подвергнуть каталитическому разложению, при котором
из него снова получается синтез-газ. Это очень удобно использовать для
транспортировки синтез-газа. Метанол является одним из важнейших видов
сырья для нефтехимической промышленности. Он используется, например, для
получения уксусной кислоты:
[pic]
Катализатором для этого процесса является растворимый анионный
комплекс родия [Rh(CO)2I2]. Этот способ используется для промышленного
получения уксусной кислоты, потребности в которой превосходят масштабы ее
получения в результате процесса ферментации.
Растворимые соединения родия, возможно, станут использоваться в
будущем в качестве гомогенных катализаторов процесса получения этан-1,2-
диола из синтез-газа:
[pic]
Эта реакция протекает при температуре 300°С и давлении порядка 500-
1000 атм. В настоящее время такой процесс экономически невыгоден. Продукт
этой реакции (его тривиальное название - этиленгликоль) используется в
качестве антифриза и для получения различных полиэфиров, например терилена.
Метан используется также для получения хлорометанов, например трихлоро-
метана (хлороформа). Хлорометаны имеют разнообразные применения. Например,
хлорометан используется в процессе получения силиконов.
Наконец, метан все больше используется для получения ацетилена
[pic]
Эта реакция протекает приблизительно при 1500°С. Чтобы нагреть метан
до такой температуры, его сжигают в условиях ограниченного доступа воздуха.
Этан тоже имеет ряд важных применений. Его используют в процессе
получения хлороэтана (этилхлорида). Как было указано выше, этилхлорид
используется для получения тетраэтилсвинца(IV). В Соединенных Штатах этан
является важным сырьем для получения этилена (табл. 6).
Пропан играет важную роль в промышленном получении альдегидов,
например метаналя (муравьиного альдегида) и этаналя (уксусного альдегида).
Эти вещества имеют особенно важное значение в производстве пластмасс. Бутан
используется для получения бута-1,3-диена, который, как будет описано ниже,
используется для получения синтетического каучука.
§ 2. Алкены
Этилен. Одним из важнейших алкенов и вообще одним из самых важных
продуктов нефтехимической промышленности является этилен. Он представляет
собой сырье для получения многих пластмасс. Перечислим их.
Полиэтилен. Полиэтилен представляет собой продукт полимеризации
этилена:
[pic]
Полихлороэтилен. Этот полимер имеет еще название поливинилхлорид
(ПВХ). Его получают из хлороэтилена (винилхлорида), который в свою очередь
получают из этилена. Суммарная реакция:
[pic]
1,2-Дихлороэтан получают в виде жидкости либо газа, используя в
качестве катализатора хлорид цинка либо хлорид железа(III).
При нагревании 1,2-дихлороэтана до температуры 500°С под давлением 3
атм в присутствии пемзы образуется хлороэтилен (винилхлорид)
[pic]
Другой способ получения хлороэтилена основан на нагревании смеси
этилена, хлоро-водорода и кислорода до 250°С в присутствии хлорида меди(II)
(катализатор):
[pic]
Полиэфирное волокно. Примером такого волокна является терилен. Его
получают из этан-1,2-диола, который в свою очередь синтезируют из
эпоксиэтана (этиленоксида) следующим образом:
[pic]
Этан-1,2-диол (этиленгликоль) используется также в качестве антифриза и для
получения синтетических моющих средств.
Этанол получают гидратацией этилена, используя в качестве
катализатора фосфорную кислоту на носителе из кремнезема:
[pic]
Этанол используется для получения этаналя (ацетальдегида). Кроме того, его
используют в качестве растворителя для лаков и политур, а также в
косметической промышленности.
Наконец, этилен используется еще для получения хлороэтана, который,
как было указано выше, применяется для изготовления тетраэтилсвинца(IV) -
антидетонаторной присадки к бензинам.
Пропен. Пропен (пропилен), как и этилен, используется для синтеза
разнообразных химических продуктов. Многие из них используются в
производстве пластмасс и каучуков.
Полипропен. Полипропен представляет собой продукт полимеризации
пропена:
[pic]
Пропанон и пропеналь. Пропанон (ацетон) широко используется в качестве
растворителя, а кроме того, применяется в производстве пластмассы,
известной под названием плексигласа (полиметилметакрилат). Пропанон
получают из (1-метилэтил) бензола или из пропан-2-ола. Последний получают
из пропена следующим образом:
[pic]
Окисление пропена в присутствии катализатора из оксида меди(II) при
температуре 350°С приводит к получению пропеналя (акрилового альдегида):
[pic]
Пропан-1,2,3-триол. Пропан-2-ол, пероксид водорода и пропеналь,
получаемые в описанном выше процессе, могут использоваться для получения
пропан-1,2,3-триола (глицерина):
[pic]
[pic]
Глицерин применяется в производстве целлофановой пленки.
Пропеннитрил (акрилонитрил). Это соединение используется для получения
синтетических волокон, каучуков и пластмасс. Его получают, пропуская смесь
пропена, аммиака и воздуха над поверхностью молибдатного катализатора при
температуре 450°С:
[pic]
Метилбута-1,3-диен (изопрен). Его полимеризацией получают
синтетические каучуки. Изопрен получают с помощью следующего
многостадийного процесса:
[pic]
Эпоксипропан используется для получения полиуретановых пенопластов,
полиэфиров и синтетических моющих средств. Его синтезируют следующим
образом:
[pic]
Бут-1-ен, бут-2-ен и бута-1,2-диен используются для получения
синтетических каучуков. Если в качестве сырья для этого процесса
используются бутены, их сначала превращают в бута-1,3-диен путем
дегидрирования в присутствии катализатора - смеси оксида хрома(Ш) с оксидом
алюминия:
[pic]
§ 3. Алкины
Важнейшим представителем ряда алкинов является этин (ацетилен).
Ацетилен имеет многочисленные применения, например:
- в качестве горючего в кислородно-ацетиленовых горелках для резки и
сварки металлов. При горении ацетилена в чистом кислороде в его
пламени развивается температура до 3000°С;
- для получения хлороэтилена (винилхлорида), хотя в настоящее время
важнейшим сырьем для синтеза хлороэтилена становится этилен (см.
выше).
- для получения растворителя 1,1,2,2-тетрахлороэтана.
§ 4. Арены
Бензол и метилбензол (толуол) получают в больших количествах при
переработке сырой нефти. Поскольку метилбензол получают при этом даже в
бльших количествах, чем необходимо, часть его превращают в бензол. С этой
целью смесь метилбензола с водородом пропускают над поверхностью
платинового катализатора на носителе из оксида алюминия при температуре
600°С под давлением:
[pic]
Этот процесс называется гидроалкилированием.
Бензол используется в качестве исходного сырья для получения ряда
пластмасс.
(1-Метилэтил)бензол (кумол или 2-фенилпропан). Его используют для
получения фенола и пропанона (ацетона). Фенол применяется для синтеза
различных каучуков и пластмасс. Ниже указаны три стадии процесса получения
фенола.
[pic]
Поли(фенилэтилен) (полистирол). Мономером этого полимера является
фенил-этилен (стирол). Его получают из бензола:
[pic]
Глава 6. Анализ состояния нефтяной промышленности .
Доля России в мировой добыче минерального сырья остается высокой и
составляет по нефти 11.6%, по газу — 28.1, углю — 12-14%. По объему
разведанных запасов минерального сырья Россия занимает ведущее положение в
мире. При занимаемой территории в 10% в недрах России сосредоточено 12-13%
мировых запасов нефти, 35% — газа, 12% — угля. В структуре минерально-
сырьевой базы страны более 70% запасов приходится на ресурсы топливно-
энергетического комплекса (нефть, газ, уголь). Общая стоимость разведанного
и оцененного минерального сырья составляет сумму 28.5 трлн долларов, что на
порядок превосходит стоимость всей приватизируемой недвижимости России.
Таблица 8 Топливно-энергетический комплекс Российской Федерации
| |Бензин |Дизельное|Мазут |Смазочные|Битумы |Кокс |
| | |топливо | |масла | | |
|Россия |45.5 |71.4 |96.8 |4.7 |8.1 |0.99 |
|США |300.2 |145.4 |58.4 |9.0 |26.2 |36.2 |
|Япония |28.7 |44.6 |38.8 |2.0 |5.8 |0.4 |
|Германия |20.2 |33.7 |9.0 |1.4 |2.7 |1.4 |
|Франция |15.6 |27.7 |12.5 |1.7 |2.8 |0.9 |
|Великобритания|27.2 |25.4 |16.5 |0.9 |2.1 |1.5 |
|Италия |15.9 |26.2 |24.8 |1.1 |2.4 |0.8 |
В структуре производства и потребления РФ значительно больший удельный
вес занимают тяжелые остаточные нефтепродукты. Выход светлых близок к их
потенциальному содержанию в нефти (48-49%), что указывает на низкое
использование вторичных процессов глубокой переработки нефти в структуре
отечественной нефтепереработки. Средняя глубина переработки нефти
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|
