Статьи

Оборудование и процессы нефтехимической промышленности  20.12.2019 00:00

Нефтехимическая промышленность тесно переплетена с нефтепереработкой, поскольку продукты нефтеперерабатывающих заводов служат исходным сырьем для нефтехимической промышленности.

Нефтехимическая промышленность производит широкий спектр товаров народного потребления, продуктов, являющихся сырьем для дальнейшей переработки, и занимает значимое место в системе отраслей народного хозяйства. С помощью нефтехимической промышленности достигается глубокая переработка углеводородного сырья.

Основным сырьем для нефтехимической промышленности служит этилен – продукт пиролиза нефтяного сырья. Этилен представляет собой простейший углеводород олефиного ряда, то есть имеет в своем составе одну двойную связь между атомами углерода. Путем взаимодействия этилена с кислородом в определенных условиях и в присутствии катализатора получают этиленоксид, или оксид этилена, из которого производят этиленгликоль – вещество, широко применяемое в качестве антифриза – жидкости, замерзающей при низкой температуре. В народном хозяйстве применяются смеси этиленгликоля с водой в различных соотношениях, имеющие различную температуру замерзания и реализующиеся под наименованием «тосол».  Кроме того, путем прямой гидратации этилена в присутствии катализатора (фосфорная кислота на твердом носителе – алюмосиликате или силикагеле) производят этиловый спирт. Раньше этиловый спирт получали путем брожения различного органического сырья, но в настоящее время этот способ производства признан коммерчески нецелесообразным для производства технического этилового спирта (этанола). Этиловый спирт используют в качестве органического растворителя и в качестве сырья для производства других продуктов – уксусной кислоты, уксусного ангидрида, ацетатного волокна и целлофана. Путем прямого окисления этилена производят ацетальдегид (так называемый уокер-процесс), из ацетальдегида в свою очередь получают уксусную кислоту. Путем полимеризации этилена получают полиэтилен – полимер, обладающий очень ценными свойствами. Полиэтилен является термопластичным веществом, то есть при нагревании он размягчается, что позволяет придать ему нужную форму, а при последующем охлаждении он затвердевает. Это очень ценное качество, позволяющее изготавливать из него большое количество самых разнообразных товаров народного потребления. В нефтехимической промышленности производятся два вида полиэтилена: полиэтилен низкой плотности и полиэтилен высокой плотности. Полиэтилен низкой плотности получают с помощью радикальной полимеризации при повышенной температуре и высоком давлении. Полиэтилен высокой плотности получают методом координационной полимеризации при более низкой температуре и значительно более низком давлении на катализаторе. Полиэтилен низкого давления (высокой плотности) используют для изготовления полиэтиленовой упаковочной пленки, скотча, полиэтиленовых труб, применяемых в качестве безнапорных трубопроводов, а также для прокладки в них кабелей, тары (бутылок, контейнеров, бочек и т.п.), хозяйственных товаров. Полиэтилен высокого давления (низкой плотности) используют для изготовления пленки, в частности полиэтиленовых мешков для покупок и мусора, пластиковой тары, электроизоляционных изделий.

Другим важнейшим сырьем для получения широкого спектра продуктов нефтехимии является пропилен. Пропилен, или пропен, представляет собой углеводород олефинового ряда с тремя атомами углерода. Из пропилена получают изопропиловый спирт, из которого далее синтезируют ацетон – важнейший органический растворитель. Кроме того, из пропилена получают многоатомный спирт – глицерин, широко используемый в народном хозяйстве. Также как из этилена получают оксид этилена, из пропилена производят оксид пропилена, или пропиленоксид, который используют для получения пропиленгликоля. Пропиленгликоль является важнейшим сырьем для получения полиуретанов. Полиуретаны представляют собой большую группу полимеров, включающих в себя уретановую группу и различающихся по своим физико-химическим свойствам. Полиуретаны являются эластомерами и могут быть в зависимости от внутреннего строения молекулы как пластичными резинами, так и твердыми веществами. Полиуретаны находят применение в промышленности в качестве заменителей резины. Их используют при производстве подошвы обуви, спортивного инвентаря, деталей машин (например, втулок). Вспененный полиуретан широко используется в качестве конструкционного материала в строительстве.

Из пропилена также получают акролеин, а из последнего – акриловую кислоту. Акриловая кислота применяется при производстве лакокрасочных материалов, для пропитки тканей и волокон. Значительное количество акриловой кислоты используется для производства полиакрилонитрила – исходного материала для изготовления синтетических волокон.

Следующий представитель олефинового ряда – бутилен (бутен) – используется для изготовления бутадиена – основного компонента для производства синтетического каучука. Каучуки представляют собой эластичные и водонепроницаемые материалы, характерной особенностью которых является их способность вступать во взаимодействие с серой – вулканизироваться. В процессе вулканизации атомы серы образуют поперечные сшивки между линейными цепочками каучука, в результате чего образуются резины и эбониты. Кроме бутадиенового каучука, который был первым из синтетических каучуков, производство которых началось в промышленных масштабах, в настоящее время в больших масштабах нефтехимическая промышленность производит изопреновый каучук (получаются полимеризацией изопрена), бутилкаучук (сополимер изобутилена и изопрена), бутадиеннитрильный каучук, хлоропреновый каучук, фторкаучук и т.д. Резина применяется при изготовлении автомобильных покрышек, спортивных товаров, уплотнительных материалов, используемых в строительстве и технике.

Еще одним важнейшим продуктом нефтехимии является поливинилхлорид (ПВХ), получаемый из винилхлорида. Винилхлорид в свою очередь синтезируют из дихлорэтана. ПВХ используют при изготовлении труб, электроизоляционных материалов, деталей машин, пленок, натяжных потолков, линолеума, одежды. Из простейшего ароматического углеводорода – бензола – производят стирол, из которого методом полимеризации получают полистирол, широко использующийся при производстве пластмасс. Кроме того, из бензола синтезируют фенол, который используют для производства фенолформальдегидных смол и пластмасс. Также из бензола получают анилин, который применяют при производстве красителей, ускорителей вулканизации, полиуретанов и пестицидов. Из другого ароматического углеводорода – толуола – производят тринитротолуол, или тротил, используемый при изготовлении взрывчатых материалов. Из ксилола производят широкий спектр полимерных покрытий.

Оборудование, применяемое на нефтехимических производствах, очень разнообразно и по типу, и по конструктивному исполнению. В первую очередь, используются различные реактора, в которых происходят превращения одних химических веществ в другие. Часто эти превращения происходят при повышенной температуре, поэтому реактора могут оснащаться системами нагрева – рубашкой или змеевиком. Сами реакции могут проходить с выделением тепла (так называемые экзотермические реакции) и с поглощением тепла (так называемые эндотермические реакции). Особую сложность в нефтехимической технологии представляют реакции, для начала которых реакционную среду необходимо нагреть, но которые затем происходят с выделением тепла. Тогда после нагрева реакционной среды до температуры начала химической реакции тепло нужно отводить. Такие процессы сопровождаются использованием теплоносителя с переменной температурой. Кроме того, большое количество химических реакций в нефтехимии протекает с использованием катализатора. Как правило, это твердый катализатор с большой площадью наружной поверхности. Чем больше площадь поверхности катализатора, тем больше активных центров для протекания химической реакции он имеет, соответственно, тем выше скорость химической реакции. Для увеличения площади контакта реакционной среды с катализатором предусматриваются специальные аппараты, например, широко распространены аппараты с так называемым псевдоожиженным, или кипящим, слоем. В таком аппарате катализатор укладывают на специальные решетки, а по этому аппарату в направлении снизу вверх продувают реакционный газ с большой скоростью, обеспечивающей формирование взвешенного слоя катализатора. Скорость реакционного газа должна быть достаточной для того, чтобы поднять с решетки частицы катализатора, но в то же время не настолько большой, чтобы происходил унос частиц.

Поскольку большое количество процессов протекает при повышенном давлении, для их протекания используют компрессорные установки. Используют различные типы компрессоров: поршневые, винтовые, спиральные, мембранные. Для перекачки жидких сред используют насосы. Для нагрева и охлаждения сред применяют теплообменное оборудование: теплообменники типа «труба в трубе», пластинчатые теплообменники, кожухотрубчатые теплообменники и т.д. Процессы ректификации производят на ректификационных колоннах, процессы адсорбции – в адсорбционных колоннах, процессы абсорбции – в абсорбционных колоннах. Широко применяются аппараты с механическими перемешивающими устройствами (мешалками), циклоны для отделения твердых частиц от газового потока, фильтры (фильтр-прессы, вакуумные фильтры, в том числе барабанного типа), сепараторы, отстойники, конденсатоотводчики. В качестве элементов трубопроводов используются задвижки, вентили, клапаны, температурные компенсаторы, элементы теплоизоляции трубопроводов. Применяются холодильные машины, печи для нагрева и сгорания продуктов и прочее аналогичное оборудование. Для контроля за процессом применяют контрольно-измерительные приборы, автоматизированные системы управления технологическим процессом.

Комментарии

Комментариев пока нет