Современный уровень развития нефтехимии

При рассмотрении конкретных технологических производств следует обращать внимание на научные основы изучаемого процесса, пути оптимизации условий его проведения с минимальными затратами сырья, энергии и с учетом проблем защиты окружающей среды.

В процессе изучения дисциплины следует формировать у студента навыки не только технологического, но и экономического и экологического мышления.

Следует обращать внимание студентов на то, что успешное освоение предлагаемого материала предполагает знание предыдущих дисциплин, таких как «Общая и неорганическая химия», «Органическая химия», «Химия нефти», «Физическая и коллоидная химия», «Общая химическая технология», «Процессы и аппараты нефтепереработки и нефтехимии», «Технология переработки нефти и газа».

Рассмотрение конкретных химических производств целесообразно проводить в следующем порядке:

- Народно-хозяйственное значение производств. Промышленные способы их реализации. Структура производства и потребления продукта в РФ и за рубежом, перспективы развития производств.

- Химизм процесса и механизмы протекания основных и побочных реакций, термодинамические и кинетические особенности реакций.

- Сырье для получения продукта, технологические условия и показатели процесса. Способы разделения реакционных смесей и выделения целевых и побочных продуктов реакции.

- Построение поточной и/или принципиальной технологической схем процесса.

- Аппаратурное оформление отдельных узлов в рассматриваемом производстве.

- Решение проблем экологической безопасности производства.

- Технико-экономические показатели производства.

Сегодня в экономически развитых странах доля химической промышленно­сти составляет 12-16%, а в РФ - 7,5% от объема промышленного производства. В РФ производится всего 1,1% мировой химической промышленности (это 20-е место в мире). США - 25,0%, Япония - 10,9%, страны европейского содружест­ва-26,9%.

Коэффициент опережения темпов развития химической промышленности находится в пределах 1,4-1,6 от промышленности в целом. Объем химической промышленности (2015 г.- прогноз) составил 2,364 млрд.$ (мировой).

Развитие экономики определяется инновациями, т.е. расходы на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы сопоставимы с производ­ственными капитальными вложениями, при этом они вдвое выше в химической промышленности, чем в промышленности в целом.

Пример: США: научно-исследовательские и опытно-конструкторские рабо­ты в химической промышленности - 12-13 млрд.$/год, а отраслевые инвести­ции - 15-17 млрд.$/год.

Итог: каждый 8-ой патент США —» в области химия

Концерн «Дюпон» ежегодно 300-400 патентов

Компания «Байер» (ФРГ) - 4-я в мире химическая компания за годы суще­ствования (с 1863г) получила свыше 100 000 патентов.

Компания Dow Chemical ежедневно использует 850 тыс. барр. неф­ти, больше чем потребляют такие страны как Нидерланды или Австралия.

В 2007г в странах европейского содружества принят закон по экологической безопасности REACH (Registation, Evalution and Authorization of Chemicals) - сложный и затратный закон.

Суть: производить и ввозить в страны европейского содружества химпродукцию можно, если социально-экономические выгоды их применения превышают связанный с ними риск.

Слияние и поглощение компаний дает быстрый экономический результат (пример: BASF купила компанию Ciba за 5,5 млрд.$; Dow Chemical купила компанию Rohin and Haas за 18,8млрд.$), (это №№1 и 2 в мире по объемам выпуска химической продукции.

Движение капиталов «по вертикали». Нефтяные компании и нефтеперерабатывающие компании продвигаются в нефтехимию.

На долю нефтяных компаний приходится свыше 50% мирового выпуска низших олефинов и ароматики, треть производства стирола. Прибыль растет на 20-25% за счет углубления переработки сырья и увеличения добавленной стоимости.

Речь идет о национально-значимых проектах (целевое финансирование). Основной путь - создавать институциональную среду, стимулировать, по­ощрять и направлять усилия бизнеса. Но: есть также национальные программы, например, продвижения нанотехнологии, в РФ — «Роснано».

Какие факторы определяют развитие химической промышленности?

Экономические факторы:

- освобождение от налогов вновь создаваемых химических компаний в пер­вые годы (Япония);

- снижение сроков амортизации оборудования;

-специальные льготы для компаний, расширяющих затраты на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, внедряющих новые техно­логии;

-особые скидки компаниям, проводящим фундаментальные исследования с Высшими учебными заведениями.

Современная нефтехимия непосредственным т.о. связана прежде всего с нефтепереработкой. Многие крупные нефтеперерабатывающие предприятия не только являются источником углеводородного сырья для нефтехимических производств, но и сами осуществляют разнообразную химическую переработку углеводородов.

Возникновение нефтехимии как промышленного производства можно отнести к 1920 г. – первая установка производства ИПС сернокислотной гидратацией пропилена (США, Union Carbide).

1925 г. – первая установка производства этилена пиролизом этана (США, Union Carbide)

Одним из создателей нефтехимической промышленности США стал русский химик Ипатьев Владимир Николаевич.

Развитие нефтехимии в мире можно условно разделить на следующие этапы:

· 50-е годы – развитие нефтехимии в США, начало строительства НХП в СССР

· 60-е годы – интенсивное развитие нефтехимии в СССР, начало строительства НХП в Западной Европе и Японии

· 70-е годы – интенсивное развитие нефтехимии в промышленно развитых странах

· 80-е – 90-е годы – интенсивное развитие нефтехимии в странах Азии, Ближнего и Среднего Востока, Южной Америки.

Сырье для нефтехимических производств

Основные критерии выбора сырья:

1. Ресурсы сырья данного вида

2. Потребности промышленности в данном виде сырья

3. Стоимость (цена) сырья

Следует принимать во внимание:

1.Мировые тенденции в эволюции сырьевой базы и существующих технологий

2. Экологические проблемы

Источники органического сырья

Нефть (включая газовый конденсат)

Природный и попутный нефтяной газ

Уголь и горючие сланцы

Биомасса растительного происхождения

 

 

Рис.1- Источники органического сырья

Нефть является основным сырьевым источником.

Достоверные мировые запасы 177 млрд.т (на начало XXI века); Объем мировой добычи 3,5 млрд.т; Расход нефти в промышленности НХС в мире около 10 %; нефтехимия в РФ использует 2,5-3 % от объема переработанной нефти;

Стоимость добычи нефти:

РФ – 10 ÷12 $/барр.

Зона Каспия - 3 ÷ 4 $/барр.

Северное море - 12 ÷ 20 $/барр.

Сауд. Аравия, Кувейт, Ирак, Иран – 0,5 ÷ 1,0 $/барр.

США – 18 ÷ 35 $/барр.

Средняя глубина скважин 2800-2900 м.

Проблемы нефтедобычи Естественное сокращение конечной сырьевой базы.

Ухудшение структуры запасов:

• трудноизвлекаемые запасы (60%)

• низкие дебиты скважин (более 70% запасов) (55% скв. с дебитом до 10 т/сут.) (средние дебиты в мире – 80 ÷100 т/сут.)

• высокая обводненность (более 30% разрабатываемых запасов имеют обводненность > 70%)

Вопросы для самопроверки:

1. Какие виды сырья используются для производства полимеров?

2. Каковы ресурсы сырья и производств для получения полимеров?

3. История развития производства полимеров.

 

Лекция 2. Классификация полимерных материалов

План лекции:

1. Групповая классификация полимерных материалов

2. Классификация полимеров по химическому составу и строению.

 

Групповая классификация полимерных материалов

Классификация ПМ может быть основана на различных химических, физических, рецептурных, эксплуатационных, потребительских и иных признаках. Учитывая, что ПМ состоят из полимерного связующего и комплекса гетерофазных или иных по химическому строению относительно полимера компонентов, в дампом учебном пособии используется две группы квалификационных признаков, а именно — для полимеров и для материалов на их основе.

Полимеры

По поведению при нагревании подразделяются на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопласты при нагревании сохраняют химическое строение, при этом вследствие постепенного ослабления физических межмолекулярных связей они размягчаются и расплавляются. При охлаждении межмолекулярные связи восстанавливаются, расплав (размягченный полимер) затвердевает и полимер восстанавливает исходные физические свойства. Такая особенность позволяет многократно расплавлять (размягчать) и охлаждать синтезированные термопласты, что является основой их дальнейшей переработки в изделия.

Реактопласты (отвержденные) в процессе нагревания могут размягчаться, а при дальнейшем увеличении температуры деструктируют в результате разрушения ковалентных химических связей. При этом изменяется химическое строение и состав полимера, который необратимо утрачивает исходные свойства. При получении изделий реактопласты перерабатываются (отверждаются) однократно.

По способу синтеза полимеры подразделяются на:

· получаемые по реакциям цепной полимеризации;

· получаемые по реакциям ступенчатой полимеризации;

· получаемые по реакциям поликонденсации;

· получаемые с использованием химических реакций модификации синтетических или природных полимеров.

По особенностям химизма процесса полимеризации различают полимеры, полученные:

· радикальной полимеризацией;

· ионной полимеризацией; ионно-коордипационной полимеризацией; сополимеризацией; реакцией в цепях.

· способу полимеризации различают полимеры, полученные: газофазной полимеризацией в массе;

· жидкофазной гомогенной или гетерогенной полимеризацией в массе; полимеризацией в суспензии; полимеризацией в эмульсии,

Пластические массы

По виду связующего подразделяются на термопластичные (термопласты) и термореактивныс (реактопласты).

По наличию и содержанию наполнителя подразделяются на; ненаполненные (содержат только добавки);

низконаполненные (до 20 %);

высоконаполненные (до 95 %).

По морфологии наполнителя подразделяются на:

дисперснонаполнснные;

волокнонаполненньге;

армированные.

По назначению подразделяются на ПМ:

общетехнические;

инженерно-технические;

высокопрочные конструкционные;

пластмассы со специальными свойствами.

Основную массу полимеров составляют органические вещества, однако известно немало неорганических и элементоорганических полимеров. Характерной чертой полимера является то, что при образовании его молекулы соединяется большое число одинаковых или разных молекул низкомолекулярных веществ — мономеров. Это приводит к тому, что возникает длинная цепная молекула, которую называют макромолекулой. В макромолекуле составляющие ее низкомолекулярные повторяющиеся структурные единицы, или элементарные (мономерные) звенья, соединены прочными химическими связями. Сами же макромолекулы связаны между собой слабыми физическими межмолекулярными силами.

Цепное строение макромолекул и различная природа связей вдоль и между цепями определяют комплекс особых физико-химических свойств полимерного материала, таких, как, например, одновременное сочетание в нем прочности, легкости и эластичности, способности образовывать пленки и волокна. Цепное строение макромолекул ответственно также за то, что полимеры способны значительно набухать в жидкостях, образовывая при этом ряд систем, промежуточных между твердым телом и жидкостью. Растворы полимеров отличаются повышенной вязкостью.

Соединение мономеров в макромолекулы происходит в результате химических реакций, которые протекают по законам цепных или ступенчатых процессов. Число повторяющихся звеньев в макромолекуле определяет молекулярную массу полимера, которая может составлять десятки, сотни тысяч и миллионы углеродных единиц. Какой бы реакцией ни был получен полимер, он всегда состоит из набора различных по размеру макромолекул. Поэтому молекулярная масса полимера является некоторой средней величиной.

При переработке, которая проводится при повышенных температурах, в полимеры обычно вводят различные необходимые добавки. Два эти фактора в отдельности и совместно воздействуют на полимеры таким образом, что в них возникает определенная надмолекулярная или новая химическая (пространственная, например) структура. Вид этой структуры определяет физико-механические свойства получившегося материала.

Существование связи между структурой и свойствами полимеров позволяет, с одной стороны, направленно осуществлять синтез и выбирать оптимальный режим их переработки для получения комплекса желаемых механических свойств, а с другой — судить о структуре материала, если известны его физико-химические показатели.