Заключение

ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ РАЗВИТИЯ ХИМИИ НЕФТИ

Химия нефти позволяет научно обеспечить нефтеперерабатываю­щее производство, что заключается в приобретении все более глубо­кого познания структуры и физико-химических свойств соединений нефти и методов концентрирования, выделения и переработки отдель­ных ее фракций и классов. В то же время глубокая переработка неф­тяного сырья в конечные синтетические продукты является задачей основного (тяжелого) органического и нефтехимического синтеза. Химия нефти и нефтехимия настолько тесно связаны между собой и постепенно переходят одна в другую, что только крайние точки этой линии связи четко принадлежат химии нефти, а с другой стороны — нефтехимии. Разделение задач дополняющих друг друга наук может быть принято лишь условно. Для краткости ниже нами сделана по­пытка выделения задач лишь химии нефти по переработке нефти в про­дукты, исходные для нефтехимии, без упоминания дальнейших превра­щений этих продуктов в конечные соединения, являющиеся предметом собственно нефтехимии как самостоятельной области промышленного производства.

Нефть прежде всего представляет интерес для промышленности в связи с наличием в ее составе углеводородов. Гетероатомные органи­ческие соединения нефти, соединения . с кислородсодержащими и иными функциональными группами не нашли широкого практического применения, если не считать использования нефтяных карбоновых кислот, объем производства которых невелик. Это обстоятельство по­зволяет нам ограничиться суждениями о путях развития химии и хи­мической переработки углеводородов нефти природных и попутных газов.

Следует отметить, что в последние десятилетия огромное значение в определении путей развития химической промышленности приобре­тает организованный постоянный международный обмен опытом, не только путем публикации статей в периодической печати, но и через постоянно действующий Совет международных нефтяных'конгрессов. Совет имеет Исполнительное Правление, постоянный Секретариат и Комитет по научной программе. В Совет входят представители 16 го­сударств, в том числе из социалистических стран СССР и Румыния. Постоянный Совет подготавливает очередные мировые нефтяные кон­грессы, которые проводятся через каждые четыре года. На VII Миро­вом нефтяном конгрессе, который проходил в Мехико в апреле 1967 года, было много уделено внимания химии нефти и нефтехими­ческой промышленности. Чтобы избежать частных суждений в важном вопросе прогнозирования, нам представляется правильным следовать отечественным публикациям, сделанным по материалам Мирового конгресса.

По мере накопления знаний о химической природе нефти выдели­лась самостоятельная наука — химия нефти. Начиная с 50-х годов, наряду с переработкой нефти на моторные топлива и смазочные масла, появились процессы, главной задачей которых стало получение ис­ходных продуктов для химической промышленности.

Наряду с процессами термической переработки (термическим кре­кингом, висбрекингом, коксованием) или вместо них быстро разви­ваются каталитические процессы глубокого преобразования углево­дородов нефти. Эти процессы очень скоро стали самыми многотоннаж­ными каталитическими процессами.

Голод, существовавший из-за отсутствия газообразного водорода, был ликвидирован в результате применения каталитического рифор-минга, который наряду с прямой задачей циклизации и изомериза­ции нефтяных углеводородов одновременно высвобождал водород, который начали использовать в процессах гидроочистки и обессери-вания как самих бензинов и средних фракций нефти, так и (при необ­ходимости) для обессеривания тяжелых мазутных остатков нефти.

В качестве принципиальной схемы современного нефтеперерабаты­вающего производства была предложена (США) схема, представлен­ная на рис. 7. Комбинированное производство, кроме применения перспективных каталитических процессов с участием водорода, вы­годно отличается от прежних профилированных заводов тем, что по­следние требовали больших капиталовложений, чем современный ком­бинат, обходящийся без парка промежуточного хранения нефтепро­дуктов, их промежуточного транспортирования, не нуждающийся в промежуточном охлаждении и последующем нагреве нефтепродук­тов, имеющий единый пульт управления и контроля технологическим процессом. Комбинирование производства газообразного водорода с его потреблением внутри одного комбината не нуждается в дорого­стоящем и сложном хранении водорода. При этом центром, обеспечи­вающим комбинирование, является процесс каталитического рифор-минга.

В обзорной статье по материалам VII Мирового нефтяного кон­гресса В. В. Камзолкин, И. В. Колечиц и Н. А. Ханмурзина заме­чают: «В настоящее время в химии больше всего потребуются олефины С₂—С₄, диолефины С₄—С₆, ароматические углеводороды C_e—Q, наф­талин, фракции парафинов. Из-за роста потребности в сырье этих ви­дов, которую уже не могут покрыть углеводороды, получаемые в ка­честве побочных продуктов при переработке нефти на топливо (ката­литический и термический крекинг, коксование, риформинг бензи­нов и др.) потребовалось разработать такие процессы, как пиролиз малоценных нефтяных фракций на олефиновые, диолефиновые и аро­матические углеводороды . . . демитилирование толуола в бензол и алкилнафталинов в нафталин. Перечисленные процессы целиком на­правлены на получение сырья для химии и число их, несомненно, бу­дет возрастать».

В предисловии к русскому сборнику материалов VII Международ­ного нефтяного конгресса («Нефтехимические процессы и перспективы развития нефтехимии», изд-во «Химия», М., 1970) следующим образом сформулированы тенденции развития и указано соотношение между процессами переработки нефти.

I. На ближайшие 10 лет ведущими процессами нефтепереработки будут, как и сейчас, каталитический крекинг, гидроочистка и ката­литический риформинг, но их значение будет различно в разных зо­нах земного шара и изменится соотношение между ними. Каталитиче­ский крекинг занимает сейчас первое место по суммарной мощности установок среди каталитических процессов только в Западном полу­шарии в связи со специфическим топливным балансом США, Канады и стран Латинской Америки.

В табл. 72 приведены мощности (млн т/год) установок каталитиче­ской переработки нефти по четырем важнейшим зонам земного шара.

Из данных табл. 72 видно, что больше всего будут развиваться гидрогенизационные процессы, которые по мощности обгонят в 1975 году каталитический крекинг даже в США и Канаде, а каталитиче^ ский крекинг будет развиваться в наименьшей степени из этих трех доминирующих процессов. В Западной Европе и Азии будут по-преж­нему получать высокооктановые бензины преимущественно на основе продуктов риформинга, в США — на основе каталитического кре­кинга.

2. Технико-экономические показатели установок каталитического крекинга уже в настоящее время улучшены в результате применения более активных катализаторов (замена алюмосиликатного катализа­тора сначала высокоалюминиевым, а затем — цеолитовым), более полного выжига кокса в эрлифте, применения эрозионностойких цик­лонов, рециркуляции сырья, автоматического управления с ЭВМ и др. В настоящее время на 80% установок каталитического крекинга вв США применяют катализаторы на основе цеолитов (дюрабед-5 идю-набед-6), что повысило выход бензина на 10%. Кроме того,, примене­ние цеолитов увеличивает выход изобутана, но уменьшает выход про­пилена. Мощности установок крекинга доведены до 3,2—3,8 млн ml год, эксплуатационные расходы снижены в 4 раза по сравнению с 1946 г. Эти тенденции сохранятся_я в будущем.

3. Среди гидрогенизационных процессов по-прежнему важней­шим будет гидроочистка, но если в 1966 г. 88,3% сырья составляли легкие и средние дистилляты (а в 1961 г. даже 91,5%), то в будущем увеличится доля тяжелого сырья (смазочных масел, газойлей для ка­талитического крекинга и мазутов). В ряде докладов на конгрессе со­общено о принципиальной возможности решения проблемы гидро-очистки нефтяных остатков. Вполне вероятно, что мощности установок гидроочистки мазутов будут измеряться несколькими сотнями лллн. т/год, поэтому ожидается повышение роли процессов гидрокре­кинга.

4. Процессы каталитического риформинга не претерпят качест­венных изменений, но будут совершенствоваться. В настоящее время повышение выхода целевого продукта достигнуто улучшением состава катализаторов и постоянным контролем за его изменением, примене­нием более жестких условий (снижение давления) и регенерацией ка­тализатора. Должны быть созданы катализаторы, длительно сохра­няющие активность и ускоряющие ароматизацию парафиновых угле­водородов так же селективно, как нафтеновых.

5. В области производства сырья для нефтехимии по-прежнему будут в центре внимания низшие олефины, но значение этилена су­щественно возрастет по сравнению с пропиленом. Поэтому процессы

пиролиза будут разрабатывать р двух направлениях — повышения выхода этилена за счет пропилена и высших олефинов. Кроме того, будет разрабатываться процесс перераспределения (диспропорциони-рования) углерода в олефинах. Очень быстро будут расти мощности пиролиза, в его сырьевую базу будут вовлекаться все более тяжелые дистилляты, а также сырая нефть.

Вырастет количество используемых газов в продуктах пиролиза и в попутных газах других видов нефтепереработки, уменьшится доля| пропилена, но возрастет доля этилена и бутадиена, а также доля изо-бутана за счет специфического воздействия новых катализаторов кре кинга и гидрокрекинга. Рост мощностей пиролиза наряду с катали­тическими процессами нефтепереработки увеличит ресурсы аромати­ческих углеводородов. Более того, в будущем встанет задача химиче ского использования тех углеводородов, содержание которых в пиро лизном газе невелико, но при огромных мощностях пиролиза потен циальный рост их повысится до сотен тысяч тонн.

Всемерное развитие каталитических процессов в нефтепереработке требует значительного развития производства катализаторов. А\и нистр нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности В. С. Федоров в статье «Нефтехимия девятой пятилетки» (ж. Хими \ и жизнь, № 12, 1972 г.) следующим образом высказал свое oraouiewi:; к этой проблеме: «В настоящее время просто немыслимо представит; развитие технического прогресса нефтеперерабатывающей и нефтехи мической промышленности без высокоэффективных катализаторов Ла базе более 50 элементов периодической системы наша промышлег ность создала и производит свыше 82 тысяч тонн катализаторов дл ■ большинства известных процессов превращения углеводородов несрт! Однако мы еще не можем сказать сегодня, что в деле катализа испол) зованы все резервы периодической системы элементов ... В насто> щее время промышленность нуждается в теории и практике создание эффективных многофункциональных катализаторов. Создание научно теории и методов подбора таких катализаторов в области гетероген ного катализа является одной из основных задач химиков и физике химиков.

Другая важная задача:.. — проблема замены высокотемпера турных энергоемких процессов гетерогенного катализа на низкотем пературные процессы гомогенного катализа с более высокой селектив ностью по основной реакции».

В качестве ближайшей перспективы дальнейшего развития неф- f техимического синтеза следует отметить ту часть биосинтеза, в ко­торой мягкие парафины нефти применяются для получения синте~ тических, кормовых белков и витаминов. Этот процесс получил уже промышленное развитие: завод такого типа уже строится в Киришах.

Такими представляются основные тенденции развития нефтепере­рабатывающей промышленности в направлении совмещения произ-¹ водства жидких топлив, смазочных масел и многочисленных видов исходных соединений нефтехимии.