НЕФТЕХИМИЯ, область химии. изучающая состав, свойства и хим. превращения компонентов нефти и прир. газа, а также процессы их переработки.
Историческая справка. Начало исследований по нефтехимия относят к последней четверти 19 в. (примерно 1880), когда пром. добыча нефти в мире (в оснефтехимия Россия и США) достигла 4-5 млнефтехимият/год. Трудами Д. И. Менделеева, Ф. Ф. Бейльштейна, В. В. Марковникова, К. Энглера были развернуты исследования углеводородного состава нефтей разл. месторождений, главным образом кавказских, разработка приборов и методов для анализа нефтей, синтез модельных углеводородов. В конефтехимия 19-нач. 20 вв. были выполнены первые работы по хлорированию и гидрохлорированию углеводородовнефти (Марковников), их нитрованию (М. И. Коновалов, С. С. Наметкин) и жидкофазному окислению (К. В. Харичков, Энг-лер), а также по каталитич. превращениям высококипящих углеводородов (В. нефтехимия Ипатьев, нефтехимия Д. Зелинский).
Первым пром. нефтехим. продуктом был изопропиловый спирт. синтезированный из отходящих газов термич. крекинганефти (1920, США). Массовый переход пром. орг. синтеза с угольного сырья на нефтегазовое, происшедший в 1950-60-е гг., стимулировал выделение нефтехимия в самостоят. направление научных исследований в химии.
В научно-технефтехимия литературе термин "нефтехимия" начал появляться в 1934-40, а после 1960 стал применяться для обозначения научного направления и дисциплины. Предшествующий термин "химия нефти" с этого времени употребляется только в узком значении-для обозначения направления нефтехимия, занимающегося изучением состава и свойств нефти.
Основные задачи и направления. Главная задача нефтехимия -изучение и разработка методов и процессов переработки компонентов нефти и прир. газа, главным образом углеводородов, в крупнотоннажные орг. продукты, используемые преим. в качестве сырья для послед. выпуска на их основе товарных хим. продуктов с определенными потребит. свойствами (разл. топлива. смазочные масла, мономеры. растворители, ПАВ и др.). Для достижения этой цели нефтехимия изучает свойства углеводородов нефти, исследует состав, строение и превращения смесей углеводородов и гетероатомных соед., содержащихся в нефти, а также образующихся при переработке нефти и прир. газа. нефтехимия оперирует преим. многокомпонентными смесями углеводородов и их функцией, производных, решает задачи управления реакциями таких смесей и осуществляет целенаправленное использование компонентов нефти.
Задача поисковых исследований - изыскание принципиально новых реакций и методов, которые при послед. реализации в виде технол. процессов могут качественно изменить технефтехимия уровень нефтехим. произ-в.
Конкретные задачи прикладных исследований и разработок определяются требованиями нефтехим. и нефтеперерабатывающей промышленности, а также диктуются логикой развития всей хим. науки.
Для решения своих задач нефтехимия комплексно использует методы и достижения орг. и физ. химии. математики, теплотехники, кибернетики и др. наук. В связи с четко выраженной прикладной направленностью исследований при разработке нефтехим. процессов широко практикуется моделирование и проверка их на опытных установках разл. масштаба (см. Масштабный переход). Научные исследования в нефтехимия развиваются по след. оснефтехимия направлениям: изучение хим. состава нефтей, взаимопревращения углеводородов нефти, синтез функционефтехимия производных углеводородов из нефтяного и газового сырья.
И з у ч е н и е х и м. с о с т а в а нефтей выявляет закономерности распределения углеводородов, гетероатомных и металлсодержащих соед. в нефтях и их фракциях в зависимости от месторождения, глубины залегания и условий добычи нефти (см. Нефть). Знание таких закономерностей дает возможность создавать банки данных по нефтям, рекомендовать наиб. рационефтехимия пути переработки и использования нефти, нефтяных фракций и компонентов. Для более глубокого изучения состава нефти интенсифицируют существующие методы анализа и разрабатывают новые, используя комплексные хим. и физ.-хим. методы анализа (хроматография, оптич. спектроскопия. ЯМР и др.).
Исследование в з а и м о п р е в р а щ е н и й у г л е в о д о р од о в нефти обеспечивает научную основу процессов нефтепереработки-получения моторных топлив. их высокооктановых компонентов (изопарафины С6-С9, ароматич. углеводороды), мономеров и полупродуктов (этилен, пропилен. бутилены. бензол. толуол, изопрен, бутадиен, ацетилен, ксилолы) из др. компонентов нефти, главным образом неразветвленных парафинов и нафтенов. Для этой цели исследуют закономерности и механизм термич. и каталитич. превращений индивидуальных углеводородов и их смесей, осуществляют поиск, разработку и применение новых и модифицир. катализаторов, изучают взаимное влияние компонентов реакц. смеси на направление реакции при крекинге, пиролизе, дегидрировании, изомеризации, циклизации и др. Такое изучение позволяет усовершенствовать существующие и разрабатывать новые процессы нефтепереработки с целью ее углубления до 75-85%, получать высококачеств. нефтепродукты, утилизировать гетероатомные компоненты нефти. Перспективно также изучение и использование новых для нефтехимия био-хим., плазмохим., фотохим. и др. методов стимулирования реакций.
С и н т е з ф у н к ц и о нефтехимия п р о и з в о д н ы х у г л е в о д о р о д о в (нефтехим. синтез)-разработка научных основ эффективных прямых или малостадийных методов получения важнейших функционефтехимия производных (спирты, альдегиды, карбоновые кислоты, эфиры, гликоли, амины, нитрилы, галоген- и серосодержащие производные) на основе углеводородовнефти и прир. газа, полупродуктов и отходов нефтепереработки. Примером может служить создание новых перспективных процессов селективного синтеза кислородсодержащих соед. с использованием одностадийных реакций окисления разл. углеводородов кислородом и карбонилирования оле-финов оксидов углерода.
Нефтехимическое производство. Результаты научных исследований и достижений в области нефтехимия находят практич. применение в произ-ве мнефтехимия крупнотоннажных орг. полупродуктов. Преимущество нефтегазового сырья перед др. видами (уголь, сланцы, торф, растит. и животные жиры и т.п.) состоит в том, что его комплексная переработка дает возможность одновременно получать широкий ассортимент полупродуктов для разл. хим. произ-в.
Нефтехим. производство начинается с получения первичных нефтехим. продуктов, частично поставляемых нефтепереработкой, например прямогонный бензин, высокоароматизир. бензины с установок каталитич. риформинга и пиролиза, низшие фракции парафинов и олефинов, керосин, газойль, мазут и выделяемые из них жидкие и твердые парафины. На основе первичных нефтехим. продуктов (гл. обр. непредельных и ароматич. углеводородов) производятся вторичные продукты, представленные разл. классами орг. соединений (спирты, альдегиды, карбоновые кислоты, амины, нитрилы и др.); на основе вторичных (и частично первичных)-конечные (товарные) продукты (см. схему). Жидкие, твердые или газообразные углеводороды нефти и газа (гл. обр. н-алканы) являются сырьем для микробиол. синтеза кормовых продуктов (см. Микробиологический синтез).
Нефтехим. производство характеризуется выпуском продуктов нетопливного назначения, ограниченным и стабильным ассортиментом продуктов (ок. 50 наименований), крупными масштабами произ-ва. Состояние и развитие нефтехим. произ-ва определяющим образом влияет на темпы и масштабы химизации всего народного хозяйства и, в первую очередь, на производство синтетич. и лакокрасочных материалов, резинотехнефтехимия изделий, кормовых веществ и др. Благодаря этому развитие нефтехимия определяет прогресс мнефтехимия др. отраслей народного хозяйства, где и реализуется в оснефтехимия прибыль и экономия сырья и энергии от вовлеченных в использование нефтепродуктов.
Нефтехим. произ-ва, как правило, являются поточно-непрерывными, осуществляются на агрегатах большой единичной мощности, при повыш. температурах и давлениях и широком использовании разл. катализаторов. Для совр. произ-в типичен высокий уровень автоматизации, применение ЭВМ и анализаторов на потоке для контроля и управления технол. процессом. Для нефтехим. промышленности в целом характерны также специализация и централизация произ-ва, развитые функционефтехимия связи (кооперирование) по сырью и продукции с нефтепереработкой и произ-вом полимеров.
В большинстве своем нефтехим. произ-ва-материале-, ка-питало- и энергоемкие объекты. В пересчете на сырую нефть выпуск 1 т нефтехим. продукта требует затраты от 1,5 до 3 т ее как сырья и еще 1 -3 т как энергоисточника (в сумме от 2,5 до 6 т). В связи с этим доля сырья в себестоимости велика (65-85%), издержки произ-ва и прибыль относительно невысокие. Актуальная задача интенсификации и повышения экономич. эффективности нефтехим. произ-в решается за счет химико-технол. (использование новых, более селективных реакций и катализаторов, оптимизация рабочих условий, привлечение более доступных и дешевых видов сырья и более эффективных способов осуществления операций и т.п.) и организационно-экономич. факторов (концентрация произ-ва и укрупнение агрегатов, кооперирование и комбинирование процессов, установок и произ-в).
Нефтехим. произ-ва обычно сопровождаются образованием побочных продуктов, загрязняющих окружающую среду. Решение экологических вопросов достигается путем повышения селективности процессов, создания малоотходных технологий, комплексной переработки сырья и отходов.
На хим. переработку сейчас тратится во всем мире более 8% добываемой нефти. По отдельным странам эти цифры колеблются и составляют для СССР ок. 7%, для США 12%. В соизмеримых по тоннажу с общим кол-вом нефтепродуктов, расходуемых на нефтехим. цели, используется прир. газ. Доля его добычи, поступающая на хим. переработку, составляет в мире 12%, в СССР 11%, в США 15%.
Общий объем выпуска нефтехим. продуктов в мире м.б. оценен в 300 млнефтехимия т/год (1987-88). В табл. приведены оценочные данные по мировому произ-ву наиб. крупнотоннажных нефтехим. продуктов.
СССР является крупным производителем этилена, метанола, пропилен., фенола, соотв. 3,1, 3,2, 1,42 и 0,5 млнефтехимият (1988). За 1980-88 объем произ-ва нефтехим. продукции в СССР увеличился почти в 1,5 раза.
ОБЪЕМЫ И МОЩНОСТИ МИРОВОГО ПРОИЗВОДСТВА НЕКОТОРЫХ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ (1986-88, МЛнефтехимия Т/ГОД)
Хотя в последние десять лет мировая добыча нефти не растет (с 3,11 млрд.т в 1980 она снизилась до 2,6 млрд.т в 1983, а затем возросла до 3,07 млрд.т в 1989), основной ассортимент нефтехим. продуктов будет сохраняться, а объемы их произ-ва расти на 4-6% в год. В связи с этим следует ожидать значительного (по абс. кол-ву и в процентном отношении) роста расхода нефти на хим. переработку. К конефтехимия 20 в. последний показатель может достичь 20-25%. В обозримый период нефтегазовое сырье сохранит приоритетное значение в орг. синтезе, но будет сталкиваться с конкуренцией более доступного, а иногда и более дешевого альтернативного (ненeфтяного) сырья: уголь, сланцы, биомасса и др.
Лит.: Справочник нефтехимика, под ред. С. К. Огородникова, т. 1-2, Л., 1978; Шелдон Р. А., Химические продукты на основе синтез-газа, пер. с англ., М., 1987; Пэрэушану В., Коробя М., Муска Г., Производство и использование углеводородов, пер. с рум., М., 1987; Лебедев нефтехимиянефтехимия, Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза, 4 изд., М., 1938; "Ж. Всес. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева", 1989, т. 34, № 6.
