Лекция1. Сырье и продукция нефтехимических производств

План лекции:

1. Современный уровень развития нефтехимии

2. Сырье для нефтехимических производств

3. Продукция нефтехимических производств

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

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.

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.

ПОЛИМЕРОВ

Гибкость цепей полимеров.

Физические свойства вещества зависят от их химического строения. Взаимосвязь между физическими свойствами полимеров и их химическим строением очень сложна и проявляется, в том числе, через гибкость макромолекул, определяемую их химическим строением и длиной макроцепи. Макромолекула приобретает гибкость, когда ее ММ становится равной или превышает значение сегмента Куна (М к). При ММ < М к - макромолекула выступает в качестве жесткого стрежня; при ММ >> М к - макромолекула становится гибкой. Она способна к изменениям своей геометрической формы, способна сворачиваться или складываться. Это качество характерно для абсолютного большинства термопластов.

Гибкость полимерной цепи связана не с изменением валентных углов или расстояний между составляющими ее атомами, а определяется способностью атомов или атомных групп вращаться вокруг соединяющих их химических связей. В реальных цепных молекулах полимеров вращение атомов или атомных групп не свободно, так кад положение каждого последующего звена в основной цепи оказывается зависимым от положения предыдущего. Такая заторможенность вращения приводит к тому, что непрерывно меняется потенциальная энергия макромолекулы, и каждому ее значению отвечает определенная форма макромолекулы.

Энергию, необходимую для перехода молекулы из положения с минимальным запасом потенциальной энергии в положение с максимальным ее значением, называют потенциальным барьером внутреннего вращения.

Изменение формы молекул под влиянием теплового движения (или под действием внешнего поля), не сопровождающееся разрывом химических связей, называют конформационным превращением, сами же новые формы молекулы - конформациями.

Тепловое движение, повороты вокруг связей в полимерах совершают не только атомы и атомные группы, но и отдельные участки макромолекул без изменения при этом расположения более отдаленных участков цепей. Таким образом, макромолекулы способны изменять свою геометрическую форму, изгибаясь, скручиваясь и разворачиваясь, в соответствии со случайными тепловыми импульсами, действующими на отдельные участки макромолекулы. Такие движения происходят, как правило, в расплавах и растворах. Размеры подвижных участков макроцепей ие являются строго определенными. Схематически показана часть гибкой макромолекулы, к разным участкам которой приложены неодинаковые тепловые импульсы. Они вызывают перемещение участков различной длины. Среднестатистический участок макромолекулы, перемещающийся как единое целое в элементарном акте теплового движения, называют сегментом.

Очень небольшие внутримолекулярные взаимодействия и энергии конформационных переходов (4,2-25,1 кДж/моль) позволяют отнести неполярные полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен к гибким полимерам, статистический сегмент которых составляет 10-40 элементарных звеньев. Введение в макромолекулы полярных заместителей приводит к увеличению внутри- и межмолекулярного взаимодействия, поэтому поливинилхлорид и поливиниловый спирт являются жесткоцепньши полимерами. Статистический сегмент таких полимеров может достигать 100 и более повторяющихся звеньев. Жесткоцепными являются полиэфиры и полиамиды, а также полиимиды, целлюлоза и полисахара, содержащие атомы, способные к образованию сильных межмолекулярных водородных связей. Жесткость цепей возрастает, если в макромолекулах содержатся большие по объему и массе заместители. Конформаци-онные переходы в таких макромолекулах требуют значительной энергии и длительны. При невысоких температурах они практически отсутствуют, а при высоких - проявляются благодаря увеличению общей кинетической гибкости цепей.

Наличие химических связей между макромолекулами существенно ограничивает их гибкость. В сетчатых и густосетчатых полимерах с развитой пространственной структурой гибкость цепей вырождается.

Полимеризация

Полимеризация - это процесс получения полимеров, при котором построение макромолекул происходит путем последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) к активному центру, находящемуся на конце растущей цепи. Для полимеризации обязательными являются стадии инициирования и роста цепи.

Инициирование - это превращение небольшой доли молекул мономера М в активные центры AM*, способные присоединять к себе новые молекулы мономера. С этой целью в систему вводят возбудители (инициаторы I или катализаторы) полимеризации. Инициирование полимеризации можно представить таким образом:

Если в полимеризации участвует один мономер, то получают гомополимеры, если два или более - то сополимеры. В зависимости от природы активного центра различают радикальную и ионную полимеризацию исополимеризацию.

Радикальная полимеризация

Радикальная полимеризация всегда протекает по цепному механизму. Функции активных промежуточных продуктов при радикальной полимеризации выполняют свободные радикалы. К числу распространенных мономеров, вступающих в радикальную полимеризацию, относятся винильные мономеры: этилен, винилхлорид, винилацетат, винилиденхлорид, тетрафторэтилен, акрилонитрил, метакрилонитрил, метилакрилат, метилметакрилат, стирол и диеновые мономеры (бутадиен, изопрен, хлоропренидр.).

Радикальной полимеризации свойственны все признаки цепных реакций, известных в химии низкомолекулярных соединений (например, взаимодействие на свету хлора и водорода). Такими признаками являются: резкое влияние незначительного количества примесей на скорость процесса, наличие индукционного периода и протекание процесса через последовательность трех зависящих друг от друга стадий - образование активного центра (свободного радикала), рост цепи и обрыв цепи. Принципиальное отличие полимеризации от простых цепных реакций заключается в том, что на стадии роста кинетическая цепь воплощается в материальную цепь растущего макрорадикала, и эта цепь растет до образования макромолекулы полимера.

Инициирование радикальной полимеризации сводится к созданию в реакционной среде свободных радикалов, способных начать реакционные цепи. Стадия инициирования включает две реакции: возникновение первичных свободных радикалов инициатора R* (1а) и взаимодействие свободного радикала с молекулой мономера (16) с образованием радикала М*:

Реакция (1б) протекает во много раз быстрее, чем реакция (1а). Поэтому скорость инициирования полимеризации определяет реакция (1а), в результате которой генерируются свободные радикалы R*. Свободные радикалы, представляющие собой частицы с неспаренным электроном, могут образовываться из молекул под влиянием физического воздействия - теплоты, света, проникающей радиации, когда в них накапливается энергия, достаточная для разрыва π-связи. В зависимости от вида физического воздействия на мономер при инициировании (образование первичного радикала М*) радикальную полимеризацию подразделяют на термическую, радиационную и фотополимеризацию. Кроме того, инициирование может осуществляться за счет распада на радикалы специально вводимых в систему веществ - инициаторов. Этот способ называется вещественным инициированием.

Термическое инициирование заключается в самоинициировании при высоких температурах полимеризации чистых мономеров без введения в реакционную среду специальных инициаторов. В этом случае образование радикала происходит, как правило, вследствие разложения небольших количеств пероксидных примесей, которые могут возникать при взаимодействии мономера с кислородом воздуха. На практике таким путем получают так называемый блочный полистирол. Однако широкого распространения метод термического инициирования полимеризации не нашел, поскольку он требует больших затрат тепловой энергии, а скорость полимеризации в большинстве случаев невелика. Ее можно увеличить, повышая температуру, но при этом снижается молекулярная масса образующегося полимера.

Фотоинициирование полимеризации происходит при освещении мономера светом ртутной лампы, при котором молекула мономера поглощает квант света и переходит в возбужденное энергетическое состояние. Соударяясь с другой молекулой мономера, она дезактивируется, передавая последней часть своей энергии, при этом обе молекулы превращаются в свободные радикалы. Скорость фотополимеризации растет с увеличением интенсивности облучения и, в отличие от термической полимеризации, не зависит от температуры.

Радиационное инициирование полимеризации в принципе аналогично фотохимическому. Радиационное инициирование состоит в воздействии на мономеры излучений высокой энергии(γ -лучи, быстрые электроны,α- частицы, нейтроны и др.). Преимуществом фото- и радиационно-химического способов инициирования является возможность мгновенного «включения и выключения» излучения, а также проведение полимеризации при низких температурах.

Однако все эти способы технологически сложны и могут сопровождаться протеканием в получаемых полимерах побочных нежелательных реакций, например деструкции. Поэтому на практике чаще всего используют химическое (вещественное) инициирование полимеризации.

Химическое инициирование осуществляется введением в среду мономера низкомолекулярных нестойких веществ, имеющих в своем составе связи с низкой энергией - инициаторов, легко распадающихся на свободные радикалы под влиянием теплоты или света. Наиболее распространенными инициаторами радикальной полимеризации являются пероксиды и гидропероксиды (пероксид водорода, перок- сид бензоила, гидропероксидыmpem -бутила и изопропилбензола и др.), азо- и диазосоединения (динитрил азобисизомасляной кислоты, диазоаминобензол и др.), персульфаты калия и аммония. Ниже представлены реакции распада некоторых инициаторов.

Пероксид трет-бутила (алкилпероксид):

Активность и возможность применения инициаторов радикальной полимеризации определяется скоростью их разложения, которая зависит от температуры. Выбор конкретного инициатора обусловливается той температурой, которая необходима для проведения синтеза полимера. Так, динитрил азобисизомасляной кислоты применяют при 50-70 °С, пероксид бензоила - при 80-95°С, а пероксид трет- бутила - при 120-140°С.

Эффективными инициаторами, позволяющими проводить процесс радикальной полимеризации при комнатной и пониженной температурах, являются окислительно-восстановительные системы. В качестве окислителей используют обычно пероксиды, гидропероксиды, персульфаты и др. Восстановителями являются соли металлов переменной валентности (Fe, Со, Сu) в низшей степени окисления, сульфиты, амины и др.

Вопросы для самопроверки:

1. Какие вещества являются инициаторами радикальной полимеризации?

2. К чему сводится инициирование радикальной полимеризации?

3. Виды инициирования.

4. Что такое полимеризация?

Лекция 6. Сополимеризация.

План лекции:

1.Сополимеризация

2. Технические способы проведения гомо- и сополимеризации.

Сополимеризация

Сополимеризация заключается в получении высокомолекулярных веществ из смеси двух или более мономеров, которые называются сомономерами, а само вещество - сополимером. Макромолекулы сополимеров состоят из элементарных звеньев всех мономеров, присутствующих в исходной реакционной смеси. Каждый сомономер придает сополимеру, в состав которого он входит, свои свойства, при этом свойства сополимера не являются простой суммой свойств отдельных гомополимеров. Так, содержание небольшого количества стирола в цепях поливинилацетата повышает температуру стеклования последнего, устраняет свойство хладотекучести и увеличивает его поверхностную твердость.

Закономерности сополимеризации значительно сложнее, чем закономерности гомополимеризации. Если при гомополимеризации имеется один тип растущего радикала и один мономер, то при бинарной сополимеризации, в которой участвует всего два мономера, существует по крайней мере четыре типа растущих радикалов. Действительно, если два мономера А и В взаимодействуют со свободными радикалаи R", возникшими при распаде инициатора, образуются первичные радикалы, один из которых имеет концевое звено А, а второй - В:

Каждый первичный радикал может реагировать как с мономером А, так и с мономером В:

Отношение константы скорости реакции каждого радикала со «своим» мономером к константе скорости реакции с «чужим» мономером называют константами сополимеризации или относительными активностями мономеров:

Величины r А и r в определяют состав макромолекул сополимера в большей мере, чем соотношение мономеров в исходной реакционной смеси. Например, в паре винилацетат (А)-стирол (В) константы сополимеризации составляют r А = 0,01, r в = 55. Это означает, что при получении сополимера полимеризацией в массе и растворителе макромолекулы содержат существенно больше звеньев стирола, чем винилацетата. Если относительные активности сомономеров близки к единице, то каждый радикал с равной вероятностью взаимодействует как со «своим», так и с «чужим» мономером. Включение мономеров в цепь при этом носит случайный характер, и образуется статистический сополимер. Такую сополимеризацию называют идеальной. Примером системы, близкой к идеальной, является пара бутадиен-стирол.

Реакции сополимеризации могут протекать как по радикальному, так и по ионному механизму. При ионной сополимеризации на константы сополимеризации оказывает влияние природа катализатора и растворителя. Поэтому сополимеры, получаемые из одних и тех же сомономеров при одинаковом исходном соотношении в присутствии разных катализаторов, имеют разный химический состав. Так, сополимер стирола и акрилонитрила, синтезированный из эквимолярной смеси мономеров в присутствии пероксида бензоила, содержит 58 % стирольных звеньев. Вместе с тем при анионной сополимеризации на катализаторе C 6 H 5 MgBr содержание в макромолекулах звеньев стирола составляет 1 %, а при катионной полимеризации в присутствии SnCl 4 - 99 %.

В практическом отношении интересны блок- и привитые сополимеры. В макромолекулах этих сополимеров существуют участки большой протяженности из звеньев каждого сомономера.

Блок-сополимеры получают разными методами. Во-первых, при анионной полимеризации одного мономера возникающие «живые» цепи, то есть макроанионы, могут инициировать полимеризацию другого мономера:

Во-вторых, при интенсивном механическом воздействии на смесь разных полимеров происходит деструкция цепей и образование макрорадикалов. Макрорадикалы, взаимодействуя между собой, формируют блок-сополимер.

Блок-сополимеры могут образовываться также из олигомеров за счет взаимодействия концевых групп.

Привитые сополимеры получают, как правило, взаимодействием мономера с полимером и реже взаимодействием двух разных полимеров между собой. Так как в этих процессах используется реакция передачи цепи с превращением полимерных молекул в макрорадикалы, в состав макромолекул часто вводят атомы или группы с повышенной подвижностью (например, бром), что ускоряет реакцию передачи цени. Так, если в реакционной среде находится полимер на основе мономера СН 2 =СНХ, мономер СН 2 =CHY и инициатор, процесс образования привитого сополимера протекает следующим образом. Сначала возникает серединный макрорадикал:

Затем этот макрорадикал инициирует полимеризацию мономера с образованием боковых ветвей:

Получение блок- и привитых сополимеров почти всегда сопровождается образованием томополимера из присутствующего в зоне реакции мономера.

Лекция 7. Поликонденсация.

План лекции:

1. Поликонденсация.

2. Влияние различных факторов на скорость поликонденсации и молекулярную массу.

3. Совместная поликонденсация.

4. Технические способы проведения поликонденсации.

Поликонденсация

Поликонденсация наряду с полимеризацией является одним из основных методов получения полимеров. Поликонденсацией называется ступенчатый процесс образования полимеров из двух- или полифункциональных соединений, сопровождающийся в большинстве случаев выделением низкомолекулярного вещества (воды, спиртов, галогенводородов и др.). Необходимым условием поликонденсации является участие в реакции молекул, каждая из которых содержит две или более функциональные группы, способные взаимодействовать между собой. В общем виде процесс поликонденсации может быть представлен следующим образом:

где А и В - остатки реагирующих молекул; а и b - функциональные группы; ab - низкомолекулярный продукт.

Приведенная схема показывает ступенчатость образования полимера при поликонденсации: сначала взаимодействуют между собой молекулы мономеров с образованием димеров, затем димеры превращаются в тримеры, тримеры - в тетрамеры и т. д., то есть в олигомеры. Благодаря наличию функциональных групп, олигомеры могут взаимодействовать и между собой, и с мономерами. Такое взаимодействие определяет рост полимерной цепи. Если молекулы исходных мономеров содержат по две функциональных группы, рост полимерной цепи происходит в одном направлении и образуются линейные макромолекулы. Наличие в молекулах исходных мономеров более чем двух функциональных групп приводит к образованию разветвленных макромолекул или сшитых (трехмерных) структур. Бифункциональные вещества могут обладать функциональными группами одинакового или различного строения. В результате каждого акта взаимодействия образуется продукт с концевыми функциональными группами, способными к дальнейшему взаимодействию. Например, полиамиды можно получать из диаминов и дикарбоновых кислот или из аминокислот. На первой стадии реакции образуются димеры, которые далее превращаются в более высокомолекулярные продукты:

Можно указать несколько отличий поликонденсации от полимеризации.

1. Полимеризация - цепной процесс, идущий по механизму присоединения; поликонденсация - ступенчатый процесс, идущий по механизму замещения. Промежуточные продукты на отдельных стадиях процесса поликонденсации могут быть выделены и охарактеризованы.

2. Полимеризация не сопровождается выделением низкомолекулярных продуктов; при поликонденсации это происходит в большинстве случаев.

3. Выделение низкомолекулярного продукта приводи к двум особенностям: во- первых, химическая структура повторяющегося звена молекулярной цепи полимера, полученного поликонденсацией, не соответствует составу исходных мономеров; во-вторых, выделяющийся низкомолекулярный продукт реакции может взаимодействовать с возникающей полимерной молекулой с образованием при этом исходных веществ. Это означает нарушение установившегося равновесия реакции. Сместить его в сторону образования полимера можно, удаляя из сферы реакции низкомолекулярный продукт.

4. При полимеризации молекулярная масса полимера, как правило, не зависит от продолжительности реакции; при поликонденсации она увеличивается по мере протекания реакции.

Три- и тетрафункциональные вещества, а также их смеси с бифункциональными соединениями образуют при поликонденсации разветвленные или трехмерные продукты.

В зависимости от природы функциональных групп исходных веществ поликонденсацию разделяют на гомофункциоиальную и гетерофупкциопальную. Процесс, который происходит в результате взаимодействия функциональных групп одинаковой химической природы, является гомополикопдепсацией. Гомополиконденсацией получают, например, полиэфиры из гликолей:

Гетерополиконденсация представляет собой процесс взаимодействия функциональных групп разной химической природы. Примером гетерополиконденсации может служить взаимодействие диаминов с дихлорангидридами:

В зависимости от строения исходных веществ поликонденсация может быть представлена химическими процессами различных типов: этерификацией, аминированием, амидированием, циклизацией и т. д. Поликонденсация является основным методом получения гетероцепных полимеров.

Совместная поликонденсация

Совместная поликонденсация представляет собой реакцию взаимодействия по функциональным группам трех и более различных мономеров или полимера и иного мономера. Этот процесс применяют для модификации свойств полимеров, для получения полимерных материалов с заданными свойствами. Например, смешанный полиамид получают при совместной поликонденсации гексаметилендиамина, адипиновой и терефталевой кислот:

В результате совместной поликонденсации получают полимеры смешанного строения.

Совместной поликонденсацией двух или более полимеров (олигомеров) получают блоксополимеры.

Процессы старения полимеров

При хранении и переработке полимерных материалов, а также при эксплуатации изделий из них, полимеры подвергаются воздействию различных факторов - тепла, света, проникающей радиации, кислорода, влаги, агрессивных химических агентов, механических нагрузок. Эти факторы, действуя раздельно или в совокупности, вызывают в полимерах развитие необратимых химических реакций двух типов: деструкции, когда происходит разрыв связей в основной цепи макромолекул, и структурирования, когда происходит сращивание цепей. Изменение молекулярной структуры приводит к изменениям в эксплуатационных свойствах полимерного материала: теряется эластичность, повышается жесткость и хрупкость, снижается механическая прочность, ухудшаются диэлектрические показатели, изменяется цвет, гладкая поверхность становится шероховатой, а иногда в ней появляется налет порошкообразного вещества. Изменения во времени свойств полимеров и изделий из них называют старением.

Нефтехимия, нефтехимический синтез - отрасль химической промышленности, производящая химические продукты из нефти, попутных и природных газов и их отдельных компонентов. На долю нефтехимии приходится свыше четверти всей химической продукции мира. Ориентация экономики развитых стран на нефтяное сырье позволила нефтехимии совершить в середине XX в. качественный скачок и стать одной из самых важных отраслей тяжелой промышленности.

Обычно, рассказывая об истории возникновения нефтехимии, за точку отсчета берут 1918 г., когда в США было освоено первое в мире производство изопропилового спирта из крекинг-газов. Изопропи-ловый спирт СН3СНОНСН3 и сейчас достаточно широко применяют в промышленности (главным образом, для производства ацетона). Но наверное, главными продуктами нефтехимии стали материалы, первоначально не имевшие к ней ни малейшего, казалось, отношения.

О создании синтетических каучуков (СК) рассказано в ст. Каучуки и эластомеры. Первые наши СК делались исключительно из спирта, который получали из пищевого сырья. Сейчас все каучуки синтезируются из нефтехимического сырья. Получаемая из каучука резина идет в основном на шины для автомобилей, самолетов, колесных тракторов.

Из нефтяного сырья производят и многие другие вещества, технология изготовления которых первоначально основывалась на химической переработке пищевых продуктов. Достаточно вспомнить о жирных кислотах и моющих средствах. Нефтехимия экономит не только пищевые продукты, но и значительные средства. Один из важнейших мономеров для каучуков - дивинил - при производстве из бутана обходится примерно вдвое дешевле, чем при его получении из пищевого спирта.

Пять первых представителей насыщенных углеводородов метанового ряда - метан СН4, этан С2Нб, пропан СзН8, бутан С4Ню и пентан С5Н12 - стали важнейшим нефтехимическим сырьем, хотя каждого из них, в том числе и метана, преобладающего в составе природного газа, в нефти немного. В реакции присоединения насыщенные углеводороды не вступают. Поэтому для нефтехимии чрезвычайно важны реакции замещения", хлорирование, фторирование, сульфохлорирование, нитрование, а также неполное окисление. Все эти способы химического воздействия на предельные углеводороды позволяют получить более реакционноспособные соединения.

Пиролизом насыщенных углеводородов можно получить этилен, ацетилен и другие ненасыщенные углеводороды, на основе которых синтезируются многие органические соединения. Особую ценность представляет этилен. Он нужен для получения синтетического спирта, винилхлорида, стирола, одного из самых важных пластиков - полиэтилена и т. д., а также для получения поливинилхлорида, полистирола и ряда других веществ и материалов. В конце 50-х гг. на базе нефтехимического сырья в нашей стране изготавливалось лишь 15% пластмасс и синтетических смол, сейчас - больше 75%.

Нефтехимия производит также ароматические соединения, органические кислоты, гликоли (двухатомные спирты), сырье для производства химических волокон, удобрения. В последние десятилетия на базе нефтехимии родилась группа биотехнологических производств. Это - получение белково-витаминных концентратов методом микробиологической депарафинизации нефти. Концентрат представляет собой клеточное вещество микроорганизмов, способных питаться нефтью или отдельными ее фракциями. После соответствующей очистки эти концентраты пригодны для откорма сельскохозяйственных животных. На нефтеперерабатывающем комбинате в г. Шведте (ГДР) производится белково-дрожжевой концентрат фермозин, технология получения которого разработана совместно учеными СССР и ГДР. В СССР построены несколько крупнотоннажных производств микробного белка, где в качестве сырья используются высокоочищенные парафины.

Сегодня нефтехимия обеспечивает нас множеством необходимых промышленных продуктов.

Нефтехимическая промышленность Российской Федерации развивается прогрессивно и играет важнейшую роль в экономическом развитии государства. Она является одной из наиважнейших, так как благодаря ее развитию другие отрасли промышленности обеспечиваются необходимым сырьем. Так же попутно развиваются новые направления. Развитие нефтехимической промышленности влечет за собой улучшения в производственных процессах других отраслей промышленности, которые напрямую зависят от нее.

Новые разработки в химической отрасли способствуют ускорению процесса утилизации отходов, а так же их переработке.

Развитие нефтехимического комплекса важно. В современном мире потребности проживающих в нем людей постоянно растут. Сельское хозяйство, а также повседневный быт требуют производства все новых и новых разновидностей той или иной продукции.

От постоянного процесса развития данного комплекса зависят такие отрасли:

1. Горно-химическая
2. Лако-красочная промышленность
3. Нефтеперерабатывающая
4. Лесохимическая и др

Химические, а также нефтехимические предприятия сосредотачивают в себе около восьми процентов основных фондов всей промышленности Российской Федерации.

Предприятия нефтехимической промышленности играют немалую роль в обеспечении оборонной безопасности государства, выпуске инновационной электроники, лекарственных препаратов, косметических средств и т.д. Все предприятия нефтехимического комплекса поставляют остальным отраслям различные материалы: лаки, краски, пластмассу, удобрения и т.д.

Главной стратегической задачей нефтехимических комплексов государства является полноценное обеспечение необходимыми материалами и сырьем вышеперечисленных отраслей промышленности с целью увеличения конкурентоспособности той продукции, что производится ими. В случае если по скорости развития и по объемам производимой продукции российские предприятия отстанут от мирового уровня, то отечественная продукция в нефтехимической отрасли утратит свою конкурентоспособность по отношению к продукции предприятий других государств. И такой поворот событий может повлечь за собой значительный спад в сфере экономики страны.

Вот почему в нынешний период времени нефтехимическая промышленность России должны максимально эффективно работать и производить необходимые объемы сырья и материалов для других отраслей промышленности, соответствуя мировому уровню производства подобной продукции. Качество и широкий ассортимент - главные правила российского производства.

Для того чтобы успешно выполнить поставленную стратегическую задачу, нефтехимическим предприятиям необходимо выполнить следующие шаги:

1. Осуществить техническое перевооружение.
2. Произвести модернизацию действующих производств, с целью создания новых, более эффективных.
3. Больше производимой продукции пускать на экспорт.
4. Проработать внутригосударственный рынок продукции, получаемой при помощи нефтехимической промышленности.
5. Выпускать продукцию наивысшего качества.
6. Развить новые ресурсно-сырьевые возможности для дальнейшего развития нефтехимических комплексов.

Развитию данного вида промышленности мешает множество проблем. Одной из многих является наличие старого оборудования - большинство техники и оборудования уже давно необходимо было списать, так как основная их часть находится в эксплуатации более двух десятков лет, что для такой сферы деятельности недопустимо. В других же странах максимальный срок службы установленного на нефтехимических предприятиях оборудования не превышает шести-десяти лет. Старое оборудование не позволяет полноценно развивать отрасль и препятствует росту конкурентоспособности российской продукции на мировом рынке.

Российское государство более чем в достаточной степени обеспечено сырьем для того, чтобы развивать нефтехимическую отрасль и занимать лидирующие позиции на мировом рынке. Но пока ситуация складывается иначе. Цены на производимую отечественную продукцию растут, а на мировом рынке, как известно, главным инструментом конкурентоспособности является низкий уровень цен. Многие инвесторы не проявляют желания вкладывать собственные средства в экспортные проекты. Ведь с учетом транспортных и других расходов такие вложения не являются экономически выгодными для них.

Несколько последних лет на территории Российской Федерации на одного проживающего здесь человека производится около пяти килограммов в год продукции химической отрасли. А уровень потребления данной продукции одним человеком ежегодно составляет около тридцати килограммов. Это говорит о том, что отрасль даже не настолько развита, сколько этого требует ситуация внутри страны. Существует явная проблема между процессом развития нефтехимической промышленности и необходимостью рынка.

Причиной ее появления послужило:

1. Необходимость использовать большое количество ресурсов.
2. Ограничения в количестве добываемого в пределах государства сырья.
3. Отсталость от инновационных новшеств в данной отрасли, применяемыми другими государствами.

Несмотря на вышеуказанные проблемы нефтехимические комплексы Российской Федерации все же имеют возможность оказать полноценную конкурентоспособность комплексам других государств, а также занять лидирующие позиции по объемам и качеству выпускаемой продукции относительно других мировых стран.

Такие предпосылки реальны благодаря наличию следующих факторов:

1. Наличие внутреннего рынка, который активно развивается и ищет пути к замещению товаров ввозимых из-за границы.
2. Наличие природных ресурсов, которые необходимы для производства продукции, выпускаемой комплексом.
3. Возможности наладить производственный процесс внедрением новой техники и основных фондов.
4. Наличие научных и технических возможностей.

Нефтехимический комплекс Российской Федерации состоит из пятнадцати отраслей, каждая из которых специализируется на выпуске различного типа продукции. Семьсот шестьдесят предприятий различной мощности пытаются обеспечить потребности внутреннего, а также мирового рынка. Самую значимую роль в развитии данной промышленности играют предприятия: «АК Сибур», «Лукойл-Нефтехим», «Газпром», «Амтел». Каждое из них работает на износ и производит значительную часть той продукции, которая является внутренним валовым продуктом. Вышеуказанные компании обладают необходимым оборудованием и другими возможностями для того, чтобы проводить все необходимые манипуляции для изготовления той или иной продукции на степени от сырья до готовой нефтехимической продукции. Корпорации являются лидерами на химическом рынке России.

Для того, чтобы активно и эффективно развивалась нефтехимическая промышленность на территории государства должно быть задействовано около одной сотни научных, а также экспериментальных центров.

Большинство предприятий, занимающихся производством нефтехимической продукции вкладывают в такие научные центры значительные финансовые средства с целью открытия инноваций в данной сфере и внедрению таковых в производство.

Полноценное обеспечение тех предприятий, которые занимаются производством нефтехимической продукции, углеводородным сырьем играет важную роль в успешной деятельности последних. Большинство компаний отрасли данного вида способны производить свою продукцию лишь при наличии углеводородного сырья, к которому относятся сжиженные газы, природный газ, а так же этан.

Несмотря на то, что по объемам производимой нефтехимической продукции Россия занимает лишь двадцатую позицию относительно других мировых стран, ее шансы на рост позиций постепенно растут. А все благодаря тому, что в пределах российского государства располагается большее количество месторождений.

Одной из главнейших задач для улучшения ситуации по развитию нефтехимической промышленности в России, поставленных перед руководством страны, является налаживание путей поступления необходимого сырья на соответствующие предприятия.

материалы по теме

Нефтехимический комплекс

На сегодняшний день нефтехимический комплекс является одной из важнейших опор для экономики страны. Прогрессивное развитие этой отрасли говорит о высоких надеждах, возложенных на переработку нефти. Она является основным сырьём для многих других направлений в промышленности, параллельно принимая участие в освоении неизученных ранее направлений. Целью использования данного комплекса является перспектива улучшения других производственных процессов, где задействованы нефтепродукты. Развитию нефтехимической промышленности способствует внедрение новых технологий, позволяющих снизить затраты и повысить качество в готовых продуктах.

В попытке расширить влияние своего североамериканского бизнеса нефтехимикатов, швейцарский производитель химикатов планирует приобрести две фирмы из Техаса, которые специализируются на производстве нефтепромысловых химических веществ.

Нефтехимической промышленностью принято называть производ­ство химических продуктов на основе нефти и газа. К нефтехимическим производствам относятся:

теновых углеводородов;

гидридов, кислот и др.;

Производство нефтехимического сырья. Нефтяные фракции и

газы не могут быть прямо переработаны в товарные химические про­дукты. Для такой переработки нужно предварительно получить хи­мически активные углеводороды, к которым относятся в первую оче-редь непредельные углеводороды (олефины): этилен С 2 Н 4 , пропилен С3Н6 бутилен С 4 Н 8 и др. Основным промышленным методом получе­ния олефинов является пиролиз различного газообразного и жидко­го нефтяного сырья.

184 Часть I. Основы нефтегазового дела

Еще одним видом сырья для нефтехимического производства слу­жит ацетилен С 2 Н 2 , получаемый при высокой температуре путем элек­трокрекинга (в условиях вольтовой дуги) метана. Ацетилен является одним из исходных материалов для производства синтетических во­локон и пластмасс.

Производство спиртов. Спирты применяют в производстве синте­тических полимеров, каучуков, моющих веществ, в качестве раство­рителей, экстрагентов и для других целей. Одним из важнейших мето­дов производства спиртов является гидратация олефинов, в ходе кото­рой вырабатывают этиловый, изопропиловый, изобутиловый и другие спирты. Метиловый спирт получают гидрированием окиси углерода (соединение СО и водорода в условиях высоких давлений и темпера­тур в присутствии катализатора). Высшие спирты образуются при гид­рировании высших жирных кислот и их эфиров, альдегидов и др.

Производство поверхностно-активных веществ. Для производст­ва синтетических материалов необходимы ароматические углеводо­роды - бензол, толуол, ксилол, нафталин и др. Бензол применяется главным образом для производства стирола и фенола. При взаимо­действии с низкомолекулярными олефинами (этилен, пропилен, бу­тилен) из фенола получают промежуточные продукты, необходимые для производства моющих веществ, смол и присадок к маслам. Толу­ол в основном используется как высокооктановая добавка к моторным топливам и как растворитель. Ксилол применяется при производстве синтетических волокон («лавсан»).

Долгое время единственным промышленным методом получения ароматических углеводородов из нефти был пиролиз. В настоящее время их получают также при каталитическом риформинге узких бен­зиновых фракций.

Производство полимеров. К высокомолекулярным соединениям (полимерам) относят вещества с молекулярной массой 5000 и более. Полимеры состоят из многократно повторяющихся элементов - ос­татков мономеров.

Основными методами синтеза полимеров являются полимериза­ция и поликонденсация. Полимеризацией называется реакция обра­зования высокомолекулярных веществ путем соединения нескольких молекул мономера, которая не сопровождается изменением их соста­ва. При поликонденсации образование полимеров сопровождается выделением какого-либо низкомолекулярного вещества (воды, спир­та, аммиака и др.). Поэтому состав элементарного звена полимера в данном случае не соответствует элементарному составу исходного мономера.

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья 185

Многообразие вырабатываемых полимеров обусловливает различ­ные технологии их производства.

Простейший технологический процесс производства синтетическо­го каучука выглядит следующим образом. Из этилена путем гидрата­ции получают этиловый спирт. Испаряя его в герметически закрытых сосудах и нагревая пары до нескольких сот градусов в реакторе в при­сутствии специального катализатора, получают бутадиен. После очи­стки бутадиен подвергают каталитической полимеризации, вырабаты­вая каучук-сырец. Перемешивая его при пониженном давлении, из каучука-сырца удаляют газы. Из полученного продукта получают по­лотнища каучука, которые в рулонах доставляют на заводы по произ­водству резины для последующего изготовления различных изделий.

К группе пластмасс относятся винипласт, пенопласт, полиэтилен, тефлон и другие материалы. Винипласт получают в результате хими­ческой переработки поливинилхлоридной смолы, образуемой при ре­акции этилена с хлором. Винипласт используется для производства электроизоляционных материалов, изготовления труб и арматуры для химической промышленности и т. д.

Кроме того, добавляя к винипласту специальное вещество, выде­ляющее большое количество газов при нагревании (порофор), полу­чают пенопласт. Промышленный пенопласт в 7... 10 раз легче воды.

Широкое распространение получил полиэтилен - высокомолекуляр­ный продукт полимеризации этилена. Различают полиэтилен высокого давления и полиэтилен низкого давления. Первый получают при давле­нии 100...300 МПа и температуре 100...300 °С в присутствии кислорода. Для этого процесса требуется этилен высокой частоты. Полиэтилен низкого давления получают путем полимеризации этилена при давлении до 1 МПа и температуре 60...80 "С в присутствии специального катализатора.

Тефлон (полифторэтилен) получают путем полимеризации моно­мера - тетрафторэтилена. Такие мономеры обычно получают из эти­лена, заменяя в его молекулах атомы водорода атомами фтора.

Из синтетических волокон в настоящее время наиболее широкое распространение получили капрон, лавсан, нитрон и др.

Исходным материалом для выработки капрона является капролак-там. Его получают в результате сложной химической переработки фе­нола или бензола. Подвергая капролактам полимеризации при тем­пературе 250 °С в присутствии азота, получают капроновую смолу, из которой впоследствии вырабатывают капроновое волокно.

Лавсан вырабатывают из пара-ксилола, который, в свою очередь, получают путем каталитической переработки бензиновых фракций на установках каталитического риформинга.

186 Часть I. Основы нефтегазового дела

4.3.2. Основные продукты нефтехимии

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) широко применяются в различных отраслях промышленности, в сельском хозяйстве и в быту.

В нефтедобыче (см. главу 2) ПАВ применяют для разрушения водо-нефтяных эмульсий, образующихся в ходе извлечения нефти на по­верхность земли и ее движения по промысловым трубопроводам. ПАВ добавляют в воду при мойке резервуаров и отсеков танкеров, чтобы ускорить процесс. Одним из способов перекачки высоковязкой неф­ти является ее совместный транспорт с водой, обработанной раство­ром ПАВ: в этом случае вода хорошо смачивает металл и нефть дви­жется как бы внутри водяного кольца.

Кроме того, ПАВ используют при изготовлении синтетических моющих веществ, косметических препаратов, лосьонов, зубных паст, туалетного мыла, при дублении кожи, крашении меха, при хлебопе­чении, получении противопожарных пен, при изготовлении конди­терских изделий и мороженого, в качестве пенообразователя при про­изводстве бродящих напитков (квас, пиво) и др.

Несмотря на большое многообразие ПАВ, все они могут быть раз­делены на две группы: ионогенные ПАВ, которые при растворении в воде диссоциируют на ионы) и неионогенные ПАВ, которые на ионы не диссоциируют.

В зависимости от того, какими ионами обусловлена поверхност­ная активность ионогенных веществ, - анионами или катионами, ио­ногенные вещества подразделяются на анионоактивные, катионоак-тивные и амфолитные. Последние отличаются тем, что в кислом рас­творе ведут себя как катионоактивные ПАВ, а в щелочном растворе - как анионоактивные.

По растворимости в тех или иных средах ПАВ бывают водораство­римые, водомаслорастворимые и маслорастворимые.

Синтетические каучуки пришли на смену каучуку натуральному. Термин «каучук» происходит от слова «каучу», которым жители Бра­зилии обозначали продукт, получаемый из млечного сока (латекса) ге­веи, растущей на берегах р. Амазонки. Натуральный каучук выделя­ли из латекса коагуляцией с помощью муравьиной, щавелевой или уксусной кислоты. Образующийся рыхлый сгусток промывали водой и прокатывали на вальцах для получения листов. Затем их сушили и коптили в камерах, наполненных дымом, с целью придания натураль­ному каучуку устойчивости против окисления и микроорганизмов.

В качестве исходных материалов для производства синтетическо­го каучука в настоящее время используются, в основном, бутадиен,

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья 187

Стирол, изопрен и другие мономеры, получаемые из углеводородных газов природного и промышленного происхождения.

Производятся различные виды синтетического каучука, подразде­ляемые на две группы: каучуки общего назначения (-80% от общемиро­вого производства) и специальные. Первые применяют там, где необ­ходима только характерная для каучуков эластичность при обычных температурах. Специальные каучуки используются в производстве изделий, которые должны обладать стойкостью к действию раство­рителей, масел, тепло- и морозостойкостью.

Пластическими массами называют конструкционные материалы, полученные на основе полимера и обладающие способностью фор­мироваться и в обычных условиях сохранять приданную им форму в виде готовых изделий. Кроме полимеров, в состав пластмасс входят наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители и другие добавки.

Наполнители вводят для улучшения физико-механических свойств пластмасс, уменьшения усадки и снижения их стоимости. В качестве наполнителей используют древесную муку, бумагу, хлопчатобумаж­ную ткань, слюду, тальк, каолин, стекловолокно.

Пластификаторы придают пластмассам гибкость и эластичность, уменьшают жесткость и хрупкость. В качестве пластификаторов ис­пользуют дибутилфталат, стеарин, камфору, глицерин и др.

Стабилизаторы (противостарители, антиокислители, термостаби­лизаторы и др.) способствуют длительному сохранению пластмасса­ми своих свойств в условиях эксплуатации.

Красители вводят в пластмассу с целью придания ей нужного цвета.

В зависимости от поведения при нагревании пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные. Термопластичные пласт­массы (термопласты) при нагревании размягчаются и становятся пла­стичными, а при охлаждении снова затвердевают. Размягчение и от­верждение можно производить многократно. К термопластам отно­сятся полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, фторопласты и др. Термореактивные пластмассы (реактопласты) в на­чале термообработки размягчаются, становятся пластичными и при­нимают заданную форму. Однако при дальнейшем нагревании они теряют пластичность и переходят в неплавкое и нерастворимое со­стояние. К реактопластам относятся фенопласты, аминопласты и др.

Пластические массы известны человечеству с древних времен. Из­готовляли их на основе природных смол - канифоли, битумов и др. Старейшим пластическим материалом, приготовленным из искусст-

188 Часть I. Основы нефтегазового дела

Венного полимера - нитрата целлюлозы, является целлулоид, произ­водство которого было начато в США в 1872 г. В 1906... 1910 гг. в Рос­сии и Германии были изготовлены первые реактопласты на основе феноло-формальдегидной смолы. В 1930-х гг. в СССР, Германии и дру­гих промышленно развитых странах было организовано производст­во термопластов - поливинилхлорида, полистирола и др. Однако бур­ное развитие промышленности пластмасс началось только после вто­рой мировой войны. В 50-х годах во многих странах был начат выпуск «пластика номер один» - полиэтилена.

Сегодня представить нашу жизнь без пластмасс невозможно. В строительстве их используют при отделочных работах, в виде сте­новых панелей, оконных переплетов, дверей и т. п. В машинострое­нии из пластмасс изготовляют зубчатые и червячные колеса, шкивы, подшипники, ролики, трубы и т. д. В авиастроении с использованием реактопластов изготовляют реактивные двигатели, крылья, фюзеля­жи самолетов, несущие винты вертолетов, топливные баки и др. В ав­томобилестроении из пластмасс изготовляют детали двигателя, транс­миссии, шасси, кузова, элементы отделки салона. В медицине исполь­зуют пластмассовый инструмент, сердечные клапаны, протезы конечностей, хрусталики глаза и др. Этот перечень можно было бы продолжить.

Синтетические волокна наряду с натуральными и искусственны­ми широко используются для бытовых и технических целей.

Возможность получения химических волокон из различных ве­ществ (клей, смолы) предсказывалась еще в XVII-XVIII вв. Однако их производство впервые в промышленных масштабах было органи­зовано во Франции в 1891 г.

Производство синтетических волокон началось с выпуска в 1932 г. поливинилхлоридного волокна (Германия). В 1942 г. в промышленном масштабе было выпущено наиболее известное полиамидное волок­но - капрон (США).

В настоящее время, кроме полиамидного волокна, производят так­же полиэфирное (лавсан), полиакрилонитрильное (нитрон), поливи-нилхлоридное и полипропиленовое волокна. Их выпускают в виде тек­стильных и кордных нитей, а также в виде штапельного волокна.

Синтетические волокна обладают высокой разрывной прочностью, хорошей формоустойчивостью, несминаемостью, стойкостью к воз­действию света, влаги, плесени, температуры. Разнообразие свойств исходных синтетических полимеров, а также возможность модифи­кации как исходного сырья (мономера), так и самого волокна позво­ляет получать продукцию с заданными свойствами и высокого каче-

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья 189

Ства. В связи с этим синтетические волокна во многих случаях вытес­няют натуральные и искусственные.

Ткани из синтетических волокон применяются не только в быту. Они используются как электрооблицовочные и изоляционные мате­риалы в автомобилях, железнодорожных вагонах, морских и речных судах. Синтетическим волокнам отдают предпочтение при изготов­лении канатов, рыболовных сетей, парашютов и других изделий, где требуются материалы, отличающиеся высокой прочностью на разрыв.

РЕЗЮМЕ

При переработке нефти в настоящее время получают: 1) топливо; 2) нефтяные масла; 3) парафины, церезины, вазелины; 4) нефтяные битумы; 5) осветительные керосины; 6) растворители; 7) прочие неф­тепродукты (нефтяной кокс, сажу, консистентные смазки и др.). Пе­реработка нефти осуществляется на нефтеперерабатывающих заво­дах.

Природные горючие газы перерабатывают на газоперерабатываю­щих заводах, которые строят вблизи крупных нефтяных и газовых ме­сторождений. Предварительно газы очищают от механических при­месей (частиц пыли, песка, окалины и т. д.), осушают и очищают от сероводорода и углекислого газа. Продуктами первичной переработ­ки природных горючих газов являются газовый бензин, сжиженные и сухие газы, технические углеводороды: этан, пропан, бутаны, пен-таны.

Нефтехимической промышленностью принято называть производ­ство химических продуктов на основе нефти и газа, к которому отно­сятся:

1) производство сырья - олефинов, диенов, ароматических и наф­
теновых углеводородов;

2) производство полупродуктов - спиртов, альдегидов, кетонов, ан­
гидридов, кислот и др.;

3) производство поверхностно-активных веществ;

4) производство высокомолекулярных соединений - полимеров.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Назовите основные продукты переработки нефти.

2. Охарактеризуйте основные этапы переработки нефти.

3. Назовите и охарактеризуйте основные типы нефтеперерабаты­
вающих заводов.

190 Часть I. Основы нефтегазового дела

4. Каковы основные процессы, применяемые на газоперерабаты­
вающих заводах?

5. В чем состоят различия нефтепереработки и нефтехимического
производства?

6. Что является сырьем для нефтехимического производства?

ЛИТЕРАТУРА

1. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и при­
родного газа: Учеб. пособие для студентов вузов. - М.: Химия, 2001.

2. Основы нефтегазового дела: Учебник / А.А. Коршак, А.М. Шам-
мазов. - 2-е изд., доп. и испр. -Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2002.

3. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии:
Учебник для вузов / А.И. Скобло, Ю.К. Молоканов, АИ. Владимиров,
В.А. Щелкунов. -3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 2000.

4. Шарафиев Р.Г. Техника сбора, подготовки и переработки нефти
и газа (конструкция, расчеты и испытания): Учеб. пособие. -Уфа:
Уфим. гос. нефт. техн. ун-т, 1997.

ГЛАВА 5. ХРАНЕНИЕ НЕФТИ, НЕФТЕПРОДУКТОВ И ГАЗА

5.1. Хранение и распределение нефти и нефтепродуктов

5.1.1. Классификация нефтебаз

5.1.2. Операции, проводимые на нефтебазах

5.1.3. Объекты нефтебаз и их размещение

5.1.4. Сливо-наливные устройства для железнодорожных цистерн

5.1.5. Нефтяные гавани, причалы и пирсы

5.1.6. Установки налива автомобильных цистерн

5.1.7. Подземное хранение нефтепродуктов

5.1.8. Автозаправочные станции

5.2. Хранение и распределение газа

5.2.1. Неравномерность газопотребления и методы ее компенсации

5.1.1. Хранение газа в газгольдерах

5.2.1. Подземные газохранилища

5.2.2. Газораспределительные сети

5.2.3. Газорегуляторные пункты

5.2.4. Автомобильные газонаполнительные компрессорные станции

5.2.5. Использование сжиженных углеводородных газов в системе газоснабжения

5.2.6. Хранилища сжиженных углеводородных газов
Резюме

Контрольные вопросы и задания
Литература

5.1. ХРАНЕНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ