Середа Н.Г. Основы нефтегазового дела. Основы нефтяного и газового дела
 Скачать 12.41 Mb.
|
Г л а в а VХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА НЕФТЯНОГО И ГАЗОВОГО СЫРЬЯДля целей нефтехимического производства используют нефтяные и жидкие продукты переработки нефти в виде низкооктановых бензинов прямой перегонки, побочных продуктов, получающихся при производстве бензола, толуола и др., а также сами ароматические углеводороды и прежде всего бензол. Нефтяное сырье в виде нефтяного газа и жидких нефтепродуктов не может быть прямо переработано в товарные химические продукты. Для такой переработки нужно предварительно получить химически активные, реакционно-способные углеводороды, к которым в первую очередь относятся непредельные углеводороды (олефины). Особое значение для многих химических процессов имеют простейшие олефины: этилен СгН4, пропилен С3Н6 и бутилен С4Н8. Основным промышленным методом получения олефиновых углеводородов является пиролиз различного газообразного и жидкого нефтяного сырья. Для получения отдельных индивидуальных олефинов (этилена и пропилена) продукты пиролиза разделяют на специальных установках. Разделение проводят методами ректификации с применением охлаждения до —100° С и давления до 3—4 МПа. Непредельные углеводороды для химической переработки получают также и на нефтеперерабатывающих заводах при производстве топливных продуктов. Они образуются в результате вторичной переработки нефтяного сырья на установках термического, каталитического крекинга в результате коксования тяжелых нефтяных остатков и других процессов. Газообразные продукты от этих процессов разделяют на газофракционирующих установках с выделением отдельных углеводородов, которые поступают на химическую переработку. Сущность основных технологических процессов при химической переработке нефтяных газов и жидких углеводородов состоит в следующем. Полимеризация — процесс соединения разных или одинаковых простых молекул (мономеров) в одну гигантскую молекулу. Каталитическая полимеризация — тот же процесс соединения мономеров, но при воздействии катализатора. Полученные в результате полимеризации вещества называют полимерами. Обычно легко полимеризуются молекулы, имеющие двойную или тройную связь, т. е. ненасыщенные. Например, в определенных условиях молекулы газа этилена соединяются и образуют твердое вещество — полиэтилен. Химическую реакцию полимеризации в данном случае можно записать следующим образом:  где п — число, которое может изменяться от двух до тысячи и более. Дегидрирование — реакция, при которой от молекулы исходного углеводорода отрывается один или несколько водородных атомов. При помощи дегидрирования можно превращать насыщенные углеводороды в более реакционно-способные ненасыщенные (олефины). Так, этан можно превратить в этилен, а бутан в бутилен:  Дальнейшим дегидрированием олефинов получают диоле-фины (соединения с двумя двойными связями, например бутадиен):  Гидрирование — реакция, обратная дегидрированию, заключающаяся в присоединении водорода к углеводородам. Гидрирование широко применяется при переработке нефти. Гидрируя, например, олефины, получают парафины, а из ароматических углеводородов — предельные циклические углеводороды. Окисление — непосредственное воздействие на углеводороды кислорода или воздуха. Путем окисления получают кисло-тосодержащие соединения: кислоты, спирты, альдегиды, кетоны, окиси олефинов и т. п. Гидратация — реакция присоединения воды к непредельным углеводородам. В результате гидратации получают спирты. Ал кил и р ов а н и е — процесс взаимодействия преимущественно низкомолекулярных олефинов (этилена, пропилена, бутилена) с парафиновыми или ароматическими углеводородами. Так, в процессе реакции алкилирования бензола этиленом и пропиленом получают этилбензол и изопропилбензол. Первый необходим в производстве синтетического каучука и пластмасс; из второго вырабатывают фенол и ацетон. Алкилированием в нефтеперерабатывающей промышленности получают высокооктановые компоненты моторных топлив. Сульфирование — реакция взаимодействия ароматических углеводородов с серной кислотой. В результате такой реакции получают сульфокислоты, служащие исходным веществом для многих синтезов. § 1. ОСНОВНЫЕ ПРОДУКТЫ НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА(Синтетический каучук (СК)—высокополимерный продукт, состоящий в основном из углеводородов. В состав некоторых СК входят также хлор, азот, сера, кислород. Основным свойством каучука является способность в результате вулканизации переходить в резину — высокоэластичный продукт, сохраняющий эти свойства в достаточно широких температурных пределах. Резина, как и каучук, водонепроницаема и обладает прекрасными электроизоляционными свойствами. В простейшем случае технологический процесс получения СК сводится к следующему. Из этилена путем гидратации получают этиловый спирт. В герметически закрытых сосудах спирт испаряют. Затем температуру паров спирта, перекачанных в реактор, доводят до нескольких сотен градусов в присутствии специального катализатора. Под действием высокой температуры , происходит расщепление молекулы спирта на молекулу водорода, две молекулы воды и молекулы бутадиена (С4Н6). Полученный таким образом бутадиен очищают и затем подвергают следующей химической операции — каталитической полимеризации. При полимеризации молекулы дивинила соединяются между собой в длинную цепь — полимер, которая и является молекулой каучука-сырца. После обработки его в мешалках при пониженном давлении (для удаления газов) и прокатки получают полотнища каучука. Свернутый в рулоны, он поступает на резиновые заводы, где из него изготовляют различные изделия. Синтетический каучук можно получать и из бутана. Для этого из бутана путем отнятия двух атомов водорода (дегидрирования) получают бутилен, а при последующем отнятии от бутилена еще двух атомов водорода получают дивинил. Из дивинила обычным способом вырабатывают каучук. Пластмассы. При реакции соединения этилена с хлором образуется белое порошкообразное вещество, так называемая поливинихлоридная смола. Подвергая ее дальнейшей химической переработке, получают винипласт — твердое кристаллическое вещество светлого цвета. Винипласт негорюч и не имеет запаха, он не растворяется в кислотах и щелочах, на него не действует даже концентрированная азотная кислота. Винипласт легко распиливается и обрабатывается на станках. Его можно резать и сваривать струей нагретого до 200° С воздуха. Из винипласта можно изготовлять детали штамповкой, прессованием и литьем. Винипласт идет на производство вентилей, труб, штуцеров, шлангов, арматуры для химической промышленности, электроизоляционного материала и т. д. Кроме того, винипласт — основа таких пористых материалов, как пенопласты, поропласты и мипора. Легкие, как пробка, они обладают замечательными звуко- и теплоизолирующими свойствами. Для приготовления пено- и поропластов к измельченному в порошок винипласту или другим сходным синтетическим смолам, нагретым до 140—150° С, добавляют порофор — вещество, выделяющее большое количество газов при нагревании. Затем эту смесь тщательно перемешивают, загружают в металлические формы и нагревают до тех пор, пока она не расплавится. Когда из порофора начинает выделяться газ, расплавленная масса пузырится и огромное количество газовых пузырьков стремится подняться на поверхность. Однако вследствие высокой вязкости разогретого винипласта им трудно вырваться из расплава. В результате объем загруженного материала, словно тесто, увеличивается в несколько раз. Пенопласт получается в том случае, если образующиеся из порофора газы лишь частично прорываются сквозь расплавленную массу, а основная часть их остается внутри вещества и каждый пузырек замкнут в маленьком объеме. Если же большая часть газов прорывается наружу, а их место заполняется атмосферным воздухом, то такую пластмассу называют поро-пластом. Легкие материалы получают и без порофора, взбивая специальной мешалкой жидкую пластмассу до густой пены. Затвердев, она превращается в минору — пластмассу с огромным количеством мельчайших пор. Промышленный пенопласт в 7—10 раз легче воды. Одним из наиболее распространенных видов пластмасс является полиэтилен; это высокомолекулярный продукт полимеризации этилена. Различают два основных вида этого материала — полиэтилен высокого давления и,полиэтилен низкого давления. Первый получают путем полимеризации этилена при давлении от 100 до 300 МПа и температуре от 100 до 300° С. Чаще всего применяют давление 150 МПа и температуру 220—280° С. Для этого процесса требуется этилен высокой чистоты. В качестве катализатора используют кислород или соединения, разлагающиеся с выделением кислорода. Полимеризацию этилена осуществляют в трубчатых змеевиках или аппаратах с мешалками. Полиэтилен низкого давления представляет собой порошок белого или желтого цвета. Получают его путем полимеризации этилена непрерывным методом в присутствии специального катализатора. Вместе с этиленом в реактор подают раствор катализатора. Процесс полимеризации протекает при давлении до 1 МПа и температуре 60—80° С. Продукты полимеризации вместе с растворителем из реактора направляются в испаритель, где растворитель отделяется от полимера. Полиэтилен как высокого, так и низкого давления обладает рядом ценных свойств: он легок, гибок, может быть окрашен в самые разнообразные цвета, легко поддается очистке. Благодаря хорошим механическим и диэлектрическим свойствам, высокой химической стойкости и водонепроницаемости его широко применяют во многих отраслях промышленности: в медицине, в сельском хозяйстве и особенно в быту. Трубы из полиэтилена успешно применяют для водопроводов, ирригационных сооружений, для перекачки продуктов на химических заводах. Эти трубы отличаются легкостью и хорошими теплоизоляционными свойствами; на них не образуется известковых отложений, они не лопаются и не выходят из строя при замерзании воды. Прекрасными свойствами обладает другой пластический материал — тетрафторэтилен или тефлон. Эту пластмассу получают путем полимеризации мономеров, в которых атом, углерода соединен с двумя атомами фтора. Такие мономеры обычно получают из этилена, заменяя в его молекулах атомы водорода атомами фтора. Молекула тефлона похожа на молекулу полиэтилена, только в ней на месте водорода находятся атомы фтора. Прочность тефлона на разрыв почти равна прочности стали. Тефлон не могут растворить ни кипящие щелочи, ни кислоты; смесь азотной и соляной кислот не производит на него никакого действия. Он растворяется лишь в металлическом натрии, газообразном фторе, трехфтористом хлоре, да и то при высокой температуре. Изделия из тефлона не изменяют своих свойств даже при — 100° С и выдерживают нагрев почти до 350° С; они не набухают в воде и не смачиваются ею. Если прокатать тефлон между валками под давлением 10—20 МПа, образуется тонкая, чрезвычайно прочная и эластичная пленка. Свойства этой пластмассы позволяют успешно использовать ее не только в промышленности для изготовления различных прокладок, шлангов, труб, клапанов, для электрической изоляции, но и в хирургии. Синтетические волокна. В настоящее время наиболее широкое распространение получили следующие виды синтетических волокон: капрон, лавсан, нитрон, анид и др. Исходным материалом для выработки капрона является капролактам. Этот продукт получают в результате сложной химической переработки фенола или бензола. Полученный капролактам в расплавленном виде в смеси с водой и стабилизаторами подвергают полимеризации. При этом образуется капроновая смола. Полимеризацию осуществляют при температуре 250° С в присутствии инертного газа — азота, не содержащего примесей кислорода. Капроновую смолу выдавливают из аппарата азотом в холодную воду в виде ленты. Застывшую твердую массу измельчают и после выделения остатков исходного капролактама, не вступившего в реакцию полимеризации, используют для изготовления капронового волокна. Исходным продуктом для выработки лавсана является параксилол, который получают путем каталитической переработки бензиновых фракций на установках каталитического рифор-минга. Лавсан обладает высокой прочностью, устойчивостью к свету, истиранию и непогоде. Он выпускается в виде шелка и штапеля. Штапель - лавсан используют для выработки качественных камвольных тканей для костюмов и пальто. Жирозаменители и моющие вещества. До последнего времени основным моющим средством являлось твердое мыло — хозяйственное и туалетное. Однако исследования показали, что при его растворении в воде выделяется свободная щелочь, которая портит изделия из шерстяных и других тканей. Обычное мыло плохо моет в жесткой и морской воде, расход его при этом возрастает на 30—50%. В настоящее время разработаны и находят широкое применение синтетические моющие средства — стиральные порошки и жидкости. Эти средства обладают высокой моющей способностью в воде самой различной жесткости, включая и морскую воду; они полностью расходуются на стирку и не теряются при взаимодействии с солями, содержащимися в воде. Исходное сырье для получения моющих средств — синтетические жирные кислоты, получаемые при окислении нефтяного парафина. Важными продуктами для получения моющих порошков являются сульфанол и алкилсульфаты, которые образуются из высших жирных спиртов путем их сульфирования. Образующиеся при этом сульфоэфиры. спиртов обрабатывают щелочью (нейтрализуют), в результате чего получается натриевая соль сульфоэфиров — сульфонат. Высшие жирные спирты вырабатывают также из жирных кислот натурального жира и из жирных кислот, образующихся при окислении парафина. . Для получения спиртов жирные кислоты подвергают гидрогенизации в присутствии катализатора. Спирты можно также получать и путем прямого окисления парафина. Описанные продукты химического синтеза различного углеводородного сырья далеко не исчерпывают всех возможностей нефтехимии. В будущем роль химии и особенно нефтехимии в деле общего прогресса промышленного производства будет непрерывно возрастать. Потребность в химических продуктах, особенно в синтетических полимерных материалах для всего народного хозяйства и бытовых нужд еще более повысится. Увеличение масштабов производства химических продуктов обеспечивается строительством новых предприятий, совершенствованием технологии процессов действующих производств, внедрением новых, более прогрессивных методов работы. Николай Гаврилович Середа, Виталий Михайлович Муравьев Основы нефтяного и газового дела Редактор издательства Е А Петрова Переплет художника В У Полякова Технический редактор А В Трофимов Корректор Т С Суворова ИБ № 3343 Сдано в набор 10 04 ЬО Подписано в печать 210880 Т 15176 Формат 60X90Vis Бумага типографская № 2 Печать высокая Гарнитура «Литературная» Уел печ л 180 Уч нзд л 1864 Тираж 7900 экз Заказ 856/7571—6 Цена 1 руб Издательство «Недра*, 103633, Москва К 12 Третьяковский проезд, 1/19 Ленинградская типография N» 4 Ордена Трудового Красного Знамени Ленинградского объединения «Техническая книга» им Евгении Соколовой Союзпопиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли 19П26, Ленинград, Социалистическая ул , 14 1 Направляющим участком называется участок бурильной колонны от долота до первой точки касания колонны со стенкой скважины. 2 Середа Н. Г., Соловьев Е. М. Бурение нефтяных и газовых скважин. М., «Недра», 1974. 3 Комплект испытательных инструментов конструкции Грозненского и Уфимского научно-исследовательских институтов. |