Ассортимент получаемых продуктов и их применение

Нефтеперерабатывающая промышленность обеспечивает потребность народного хозяйства в горючих и смазочных материалах. Кроме того, нефть расходуется на производство битумов, электродного кокса, парафинов и нефтехимического сырья. Продукты переработки нефти могут быть условно разбиты на следующие группы, различающиеся по составу, свойствам и областям применения.

Классификация нефтепродуктов. До настоящего времени не существует общепринятой и стандартной классификации всех продуктов переработки нефти. Поиском других видов сырья пришлось заняться, когда области применения углеродных волокон и производство на их основе различных изделий значительно расширились. Особое внимание привлекли продукты переработки нефти и угля, и в частности, образующиеся в процессе высокотемпературного пиролиза так называемые пеки. Пек, как исходное сырье для получения углеродного волокна, выгодно отличается от ПАН и ГЦ высоким содержанием углерода и, соответственно, большим выходом (более 75%) готового волокна. Быстрые темпы роста автомобильного и тракторного парков, перевод на тепловозную тягу железнодорожного транспорта, интенсивное развитие гражданской авиации, рост речного и морского транспорта требуют не менее быстрых темпов роста производства моторных нефтяных топлив. Самое широкое применение имеют различные виды масел и смазок, без чего невозможна нормальная эксплуатация машинного и станочного парков в различных отраслях народного хозяйства. Природный и попутный газы, а также продукты переработки нефти являются сырьем для получения синтетического каучука, высших спиртов, искусственных волокон, пластических масс, органических кислот, высокоэффективных моющих средств и т. д. Жилищное и дорожное строительство потребляют больше асфальтов и битумов. Углеводороды, входящие в состав автомобильных бензинов, полученных из продуктов переработки нефти, имеют весьма низкие температуры застывания [29]. Вследствие этого такие бензины застывают при температурах ниже — 60 °C. Эти бензины отличаются пологими вязкостно температурными характеристиками [47], т. е. незначительным возрастанием вязкости даже при понижении температуры до минус 50−60 °С. Поэтому для оценки прокачиваемости нефтяных автомобильных бензинов в условиях их применения при низких температурах на наземной технике нет необходимости определять их температуры застывания, помутнения или начала кристаллизации. Нефть как топливо получила широкое применение с тех пор, как в конце XIX века был изобретен двигатель внутреннего сгорания, работающий на продуктах переработки нефти. Чистые газообразные алканы Сг, Сз и С4 служат химическим сырьем, в частности, для получения алкенов, бутадиена, гало-генои нитропроизводных, кислородных соединений. Жидкие алканы, входящие в состав нефти, имеют ограниченное применение в органическом синтезе. Эти углеводороды, входят в состав бензина, керосина и других продуктов переработки нефти, используются, в первую очередь, как топливо. В последнее время в связи с дефицитом каменноугольного пека и его канцерогенностью ведут обширные исследовательские работы по изысканию новых видов связующих материалов. На основании анализа результатов различных исследований по применению связующих веществ для производства окускованного топлива, в качестве объектов исследования выбраны следующие продукты переработки нефти. В связи с широким применением углеводородов, содержащихся в газообразных и жидких продуктах переработки нефти, в промышленности органического синтеза особое значение приобретают методы детального исследования этих продуктов, в первую очередь метод газовой хроматографии. В их составе используются растительные масла и такие ценные для кожи природные продукты, как элеутерокок, женьшень облепиховое масло, прополис и ряд других, многие из которых за рубежом не нашли столь широкого применения. Ведутся работы по расширению ассортимента группы изделий в результате создания новых фотозащитных средств, увлажняющих препаратов, средств по уходу за телом, средств для мужчин. В отличие от зарубежных средств ухода за кожей, в составе которых используются преимущественно синтетические вещества, продукты переработки нефти, в нашей стране предусмотрено дальнейшее расширение использования ценнейшего природного сырья, липидов и восков растительного и животного происхождения, биологически активных веществ, источником получения которых может служить вторичное сырье, получаемое в производстве зерно-масличной промышленности при переработке древесной зелени, морских водорослей, отходов плодоовощного хозяйства и т. д. Метод хромато масс спектрометрии играет значительно меньшую роль в анализе нефтей, продуктов переработки нефти и нефтехимии по сравнению с методами молекулярной масс спектрометрии, которая обеспечивает наиболее полную информацию о структурно групповом составе и молекулярно массовом распределений групп соединений в сложных смесях [Однако, уже сейчас намечается сдвиг в сторону более углубленного анализа состава нефтей и нефтепродуктов с применением ХМС анализаЧетвертая группа включает топлива для газовых турбин. Газовые турбины находят все более широкое применение в технике как для транспортных средств (силовые установки кораблей, железнодорожных локомотивов и т. д.), так и для стационарных установок (привод крупных насосных агрегатов). Для их эксплуатации необходимы дешевые топлива, обеспеченные широкими ресурсами. Такими топливами являются тяжелые дистиллярные фракции прямой перегонки нефти и вторичных процессов, перспективно использование остаточных продуктов переработки нефти.

Чистые газообразные алканы Сг, Сз и С4 служат химическим сырьем, в частности, для получения алкенов, бутадиена, галогено и нитропроизводных, кислородных соединений. Жидкие алканы, входящие в состав нефти, имеют ограниченное применение в органическом синтезе. Эти углеводороды, водят в состав бензина, керосина и других продуктов переработки нефти, используются, в первую очередь, как топливо.

В последнее время в связи с дефицитом каменноугольного пека и его канцерогенностью ведут обширные исследовательские работы по изысканию новых видов связующих материалов. На основании анализа результатов различных исследований по применению связующих веществ для производства окускованного топлива [2—4] в качестве объектов исследования выбраны следующие продукты переработки нефти.

В связи с широким применением углеводородов, содержащихся в газообразных и жидких продуктах переработки нефти, в промышленности органического синтеза особое значение приобретают методы детального исследования этих продуктов, в первую очередь метод газовой хроматографии.

В их составе используются растительные масла и такие ценные для кожи природные продукты, как элеутероккок, женьшень облепиховое масло, прополис и ряд других, многие из которых за рубежом не нашли столь широкого применения. Ведутся работы по расширению ассортиментаэтой группы изделий в результате создания новых фотозащитных средств, увлажняющих препаратов, средств по уходу за телом, средств для мужчин. В отличие от зарубежных средств ухода за кожей, в составе которых используются преимущественно синтетические вещества, продукты переработки нефти, в нашей стране предусмотрено дальнейшее расширение использования ценнейшего природного сырья, липидов и восков растительного и животного происхождения, биологически активных веществ, источником получения которых может служить вторичное сырье, получаемое в производстве зфирно-масличной промышленности при переработке древесной зелени, морских водорослей, отходов плодоовощного хозяйства и т. д.

Метод хромато масс спектрометрии играет значительно меньшую роль в анализе нефтей, продуктов переработки нефти и нефтехимии по сравнению с методами молекулярной масс спектрометрии, которая обеспечивает наиболее полную информацию о структурно групповом составе и молекулярно массовом распределений групп соединений в сложных смесях Однако, уже сейчас намечается сдвиг в сторону более углубленного анализа состава нефтей и нефтепродуктов с применением ХМС анализа Четвертая группа включает топлива для газовых турбин. Газовые турбины находят все более широкое применение в технике как для транспортных средств (силовые установки кораблей, железнодорожных локомотивов и т. д.), так и для стационарных установок (привод крупных насосных агрегатов). Для их эксплуатации необходимы дешевые топлива, обеспеченные широкими ресурсами. Такими топливами являются тяжелые дистилятные фракции прямой перегонки нефти и вторичных процессов, перспективно использование остаточных продуктов переработки нефти.

Наибольшее распространение в промышленности получили изоляционные материалы на основе битума. Эти материалы являются продуктами переработки нефти и каменного угля. В зависимости от вида агрессивной среды для изготовления изоляционных битумных материалов используются различные наполнители — картоны, ткани, сетки и т. п. Наполнители могут быть как органического, так и неорганического происхождения. Ограничением применения битумных материалов является их низкая термоустойчивость. Температура защищаемых битумными материалами объектов не должна превышать 30−50 °С. Битумные материалы нестойки в органических растворителях, жирах и маслах. Битумные материалы принято делить на нефтяные битумы и каменноугольные дегти и пеки.

В настоящее время ацетилен как сырьевая основа органического синтеза все больше вытесняется за счет интенсивного применения продуктов переработки нефти — алканов и алкенов.

Нефть служит сырьем для получения различных видов топлива, смазочных и специальных масел, консистентных смазок, искусственного каучука, различных лекарственных препаратов, взрывчатых веществ, спиртов, красителей и многих других веществ, крайне необходимых для развития многих отраслей народного хозяйства. Продукты переработки нефти находят применение также в пищевой промышленности. Основным инаиболее распространенным процессом переработки нефти является прямая или фракционная перегонка. Каждая фракция содержит в себе смесь углеводородов, более или менее сходных между собой по своим свойствам. Нефтяные продукты разделяют натри основных класса.

Во-вторых, в качестве топлив для всех видов техники щироко применяют продукты переработки нефти. Действительно, жидкие нефтяные топлива — это ценный универсальный энергоноситель, удобный и при транспортировании и при применении, и потребность в нем всех отраслей народного хозяйства с каждым годом растет. Однако возможности расширения добычи нефти ограничены. Затраты же на извлечение каждой тонны нефти в настоящее время гораздо выше, чем эти затраты были десять лет назад. Растут и расходы на транспортирование и переработку нефти. Поэтому экономное, рациональное использование нефтепродуктов— одно из главных направлений химмотологии.

Детонационная стойкость — это важный показатель, по которому определяют необходимое соотношение компонентов в товарных бензинах. Высокая детонационная стойкость товарных бензинов достигается тремя основными способами. Первый — использование в качестве базовых бензинов наиболее высокооктановых вторичных продуктов переработки нефти или увеличение их доли в товарных бензинах. Второй способ предусматривает широкое использование высокооктановых компонентов, вовлекаемых в товарные бензины. Третий путь состоит в применении антидетонационных присадок. В настоящее время широко используют все три направления повышения детонационной стойкости бензинов.

Применение соответствующей смазки уменьшает трение, замедляет износ трущихся частей компрессора и сокращает расход энергии. Для смазки, компрессоров используют минеральные масла — продукты переработки нефти, которые не должны значительно изменять свои свойства при высокой и низкой температурах. Смазочные масла должны обладать надлежащей кинематической вязкостью, измеряемой при 4- 50° С в сантистоксах или в градусах Энглера. Температура вспышки масел должна быть возможно выше, а температура замерзания — возможно ниже. В маслах не допускается содержание воды, кислот и твердых примесей — песка и окалины, вызывающих повышенный износ деталей компрессора.

Автор надеется, что эта книга окажется полезной для специалистов, имеющих дело с применением топлив и смазочных масел, а также усилит интерес у исследователей, технологов и химиков к вопросам, связанным с извлечением и использованием неуглеводородных соединений, обнаруживаемых в продуктах переработки нефти.

Настоящий стандарт распространяется на нефтяные малосернистые коксы, получаемые методом замедленного коксования из остаточных продуктов переработки нефти и предназначенные для применения в алюминиевой, электродной и абразивной отраслях промышленности.

Хорошие результаты были получены лри применении водомаслорастворимых ингибиторов, например сульфоната натрия. Дешевые массовые и перспективные ингибиторы — нефтяные сульфонаты, нитрованные продукты переработки нефти — должны найти самое широкое применение в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности для защиты от коррозии оборудования.

И других СВОЙСТВ асфальтенов, выделенных из природных битумов разных месторождений и разной химической природы (битум асфальтового основания венесуэльского месторождения Боксан, битум нафтенового основания калифорнийского месторождения Медуэй, битум парафинового основания аравийского месторождения Сафоний) показали, что они резко различаются между собой и по составу, и по свойствам. Значительное различие в соотношении молекул асфальтенов с разными массами сильно сказывалось на их растворимости и реологических свойствах, на температурной зависимости вязкостных свойств. Эти свойства, наряду с адгезией к твердым минеральным материалам и погодостойкостью, имеют важное значение и учитываются в случае применения технических битумов в качестве дорожных покрытий, в производстве кровельных и гидроизоляционных материалов. Различия в элементном составе (прежде всего в отношении С/Н), молекулярных весах, растворимости и других свойствах асфальтенов, выделенных из остаточных продуктов переработки нефти, зависят в сильной степени от продолжительности высокотемпературной обработки нефти и нефтепродуктов и от реакционной среды (окислительной, восстановительной, нейтральной).

Процессы очистки и разделения нефтяных фракций с применением избирательных растворителей широко распространены. В зависимости от химической природы эти растворители растворяют одни и не растворяют другие компоненты очищаемого или разделяемого сырья. Их применяют при производстве топлив, масел и твердых углеводородов, а также при разделении продуктов переработки нефти с целью получения сырья для нефтехимического синтеза, компонентов топлив и других продуктов (извлечения ароматических углеводородов из бензинов платформинга, газоконденсатов, бензинов прямой перегонки и др.). При очистке избирательными растворителями из очищаемого сырья удаляются следующие компоненты асфальтены, смолы, полициклические ароматические и нефте-ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями, непредельные углеводороды, серои азотсодержащие соединения, твердые парафиновые углеводороды.

БИИМ-1 (ТУ 38.4 011 004−94) — битумная ингибированная изоляционная мастика, предназначена для защиты от коррозии и механических повреждений трубопроводного транспорта. Мастика имеет широкий температурный диапазон применения — от -20 до +70 °С, аб, влагостойка, обладает высокой защитной эффективностью при воздействии агрессивных сред, электролитов, воды и водяных паров. Расход мастики составляет 1−2 кг/м при толщине защитной изоляционной пленки0,8—1,5 мм. Мастику БИИМ-1 изготовляют на основе продуктов переработки нефти, маслорастворимых ингибиторов коррозии, кальциевых мыл, эластомеров. Наносят на обрабатываемую поверхность из расплава при температуре 120−150°С.

В 1916 г. Бергиус построил первый экспериментальный завод вблизи Маннгейма однако до 1921 г. успехи были сравнительно незначительными. На этой установке угольную пасту гидрировали в горизонтальиы. х реакторах, в которых для предотвращения коррозии стальных стенок водородом при высоких давлениях и подвода необходимого тепла между внешней стенкой реактора и внутренней камерой циркулировал нагретыйазот, сжатый до давления реакции. Полученные на этой установке продукты содержали бензин, дизельное и котельное топливо. Свойства этих продуктов были сходны со свойствами смолы, образовавшейся при полукоксовании того же угля. Пределы кипения свойства масла мoжно было менять только в очень узких пределах, а полученные топлива по своим свойствам уступали продуктам переработки нефти. Присутствие в маслах, полученных гидрогенизацией угля, фенолов и азотистых оснований, являвшееся недостатком при применении их в качестве топлива.

В связи с широким применением в промышленности органического синтеза углеводородов, содержащихся в газообразных и жидких продуктах переработки нефти, особое значение приобретают методы детального исследования этих продуктов и в первую очередь методы газожидкостной хроматографии.

Широкое применение нефти и газа объясняется не только их преимуществами по сравнению с углем, но и их цепами. В большинстве случаев потребитель может выбирать для стационарных установок оборудование, предназначаемое для использования нефти, газа или угля. Технически возможно дан е превращать уголь и газ в жидкие топлива, разумеется, если это оправдывается достаточно низкими ценами получаемых продуктов, обеспечивающими их успешную конкуренцию с продуктами переработки нефти. Следовательно, существуют сравнительно широкие возможности выбора различных топлив. Этот выбор в в каждом конкретном случае определяется такими факторами, как стоимость, различных видов топлив, стоимость оборудования, необходимого при работе на различных топливах, удобства, к. п. д. и рядом особых свойств.

В последние годы в результате исследований, выполненных Институтом автомобильной технологии и Бакинским нефтеперерабатывающим заводом им. А. Джапаридзе, выявлена новая область применения продуктов окисления петролатума, являющегося дешевым и недефицитным продуктом переработки нефти. В частности, разработан метод получения на основе окисленного петролатума безмасляного литейного крепителя Ц, оказавшегося по своим физико-химическим свойствам находящим заменителем растительных масел, которые до этого времени использовали в литейном производстве [6]. Крепитель П представляет собой раствор окисленного петролатума в уайт-спирите, содержание которого составляет 50—60%.

Переработкой природных углеводородных систем производят широкую гамму ценных продуктов, включая ароматические углеводороды, полимеры и высококачественные компоненты топлива. Наибольшее разнообразие полезных продуктов образуется в результате переработки нефти. В настоящее время на предприятиях топливно-нефтехимического профиля получают свыше 800 различных нефтепродуктов. Продукты переработки нефти можно разделить на следующие основные группы, отличающиеся по составу, свойствам и областям применения I — жидкие топлива П — нефтяные масла П1 — пластичные смазки IV — парафины и церезины V — битумы и композиции на их основе VI — технический углерод (сажа) VII —нефтяной кокс, VIII — присадки к топливу.

Учитывая, что производство диалкилалкифосфинатов может быть организовано на основе продуктов переработки нефти, следует считать пх перспективными экстрагентами, которые со временем найдут широкое применение в химии п технологии. Уже сейчас их можно рекомендовать для испытаний в качестве эффективного заменителя трибутилфосфата.

Одним из ведущих направлений современной полимерной химииявляется синтез полимеров на основе этилена, пропилена и других олефино-вых углеводородов продуктов переработки нефти и природного газа. Успехи в синтезе нолиэтилена, полипропилена и других полиолефпнов неразрывно связаны с развитием наших знаний в области металоорганнческих катализаторов, благодаря которым при низких давлениях стало возможным получение полимеров регулярного строения. Такие стереорегулярные полимеры отличаются высокой степенью кристалличности, прочностью, высокими температурами плавления. Применение новых катализаторов, в частности, позволяет производить синтетические каучуки, превосходящие по своему качеству натуральный каучук.

II часть посвящена масс-спектральным методам анализа. В настоящее время масс-спектрометрия стала, пожалуй, самым распространенным и универсальным аналитическим методом, в особенности после сочленения масс-спектрометра с хроматографом и создания хромато-масс-спектрометра с машинной записью и обработкой результатов по заданной программе. Работы, посвященные применению этого метода в том или ином виде, занимают основное место-в сборнике. Описаны методики хромато-масс-спектрометрического исследования индивидуальных соединений и смесей олефиновинафтенов, основанные на использовании микрореактора гидрирования методики качественного и количественного анализа группового состава углеводородных и гетероатомных соединений нефтяных фракций, твердых горючих ископаемых, рассеянного органического вещества осадочного чехла продуктов переработки нефти и др. Рассмотрены конкретные методики анализа указанных продуктов с использованием ЭВМ. Разобран вопрос о точности предлагаемых методик группового-анализа. Приводится подробный разбор конкретных примеров с детальным анализом всех особенностей методов для получения первичной информации о химическом составе и сделаны выводы, демонстрирующие применимость предложенных методов для решения широкого круга химических и геохимических задач.

Газовые турбины могут успешно работать на газообразном топливе. Например, природный газ часто используют в качестве топшива для газовых турбин, установленных в местах получения и перекачки газа, в стационарных энергетических установках. Однако, как правило, газовые турбины работают на жидком углеводородном топливе, полученном при различных процессах переработки нефти. При этом стараются сделать турбину такой, чтобы она работала на самых тяжелых остаточных видах топлив — продуктах вторичных процессов переработки нефти. Применение такихдешевых топлив позволяет снизить стоимость энергии, получаемой на газовой турбине, даже при большом расходе топлива.

Антиокислительная стабилизация нефтепродуктов (интегральные и синтетические смазочные масла, топлива, спецжидкости и другие продукты переработки нефти) способствует сохранению их физико химических свойств при переработке, использовании и хранении. Среди известных направлений повышения антиокислительной стабильности нефтепродуктов перспективный, целесообразны является применение антиокислительных присадок.

Выбор в качестве сырья для такой схемы переработки легкого газойля каталитического крекинга с пределами выкипания от 180 до ЗвО С объясняется, во-первых, тем. что газойль такого фракционного состава является типовым продуктом переработки нефти и после зкстракциокного облагораживания в наибольшей степени удовлетворяет требованиям к дизельным топливам, во-вторых, при применении этого газойля удается практически полностью использовать для получения нафталина потенциал алкил-нафталинов, содержащихся в продуктах каталитического крекинга, а также при необходимости получать в процессе гидродеалкилирования фенантрен и антрацен. Кроме того, как показали исследования НИИ шинной промышленности, тяжелая хвостовая часть ароматического концентрата, получаемого из такого газойля, может с успехом использоваться для производства специальных высокоструктурных активных саж. Сочетание высоких требований, предт. являемых к сырью для производства высокоструктурных саж (легкий и узкий фракционный состав, высокая степень ароматизации), а также качеству сырья для термического гидродеалкилирования, делают целесообразным их получение из легкого газойля каталитического крекинга. Возможность одновременного получения нафталина, фенантрена и сырья для сажи позволяет осуществлять гибкую схему переработки легкого газойля каталитического крекинга путем широкого варьирования выходами этих ароматических продуктов.

Нефть и углеводородные газы являются универсальным сырьем для промышленности органического синтеза. Жидкие продукты переработки нефти в основном потребляются в качестве горючесмазочных материалов для двигателей и машин, область же непосредственного применения нефтяных газов ограничивалась до передаваемого времени их сжиганием в отопительных устройствах различного назначения.

Информация, получаемая при масс-спектральном анализе, достаточно полно характеризует состав продуктов переработки нефти и нефтехимического синтеза с точки зрения содержания в них типов соединений и их гомологического состава. Применение ЭB при обработке спектральных данных позволяет повысить экспрессность анализа и его информативность.

Широкое применение в промышленности органического синтеза углеводородов, содержащихся в газообразных и жидких продуктах переработки нефти, требует все более и более детального исследования этих продуктов. Индивидуальные углеводороды, содержащиеся в газах, получающихся в процессах переработки нефти, в бензинах и прямой гонки и бензинах вторичного происхождения являются прекрасным сырьем для нефтехимического синтеза. Определение углеводородного состава сложных продуктов даже с применением такого эффективного метода, каким является газо-жидкостная хроматография, является достаточно сложной проблемой. Особенно большое значение имеет определение таких компонентов, как изопрен, 2-метилбутен-2 и др.