Нефтехимия

Нефть состоит из различных углеводородов (алканы, циклоалканы, арены) и соединений, содержащих, кроме углерода и водорода, гетероатомы: кислород, серу, азот и некоторые металлы (ванадий, никель и др.). Из недр нефть извлекают посредством буровых скважин, отделяют попутный газ, пластовую воду с минеральными солями.

Головным процессом переработки нефти (кроме обезвоживания, обессоливания, стабилизации) является перегонка. Отбираются фракции бензина, реактивного топлива, осветительного керосина, дизельного топлива, мазута. Мазут используется в качестве сырья для получения дистиллятных масел, парафина, битумов, для крекинга или в качестве жидкого котельного топлива. Остаток (гудрон) после отгонки от мазута масляных дистиллятов служит для получения остаточных масел или как сырье для вторичной переработки нефти – термического, термоконтактного коксования; дистиллятные фракции являются сырьем для термокаталитических процессов (термический и каталитический крекинг, гидрокрекинг, риформинг, алкилирование, изомеризация, пиролиз), которые связаны с изменением структуры углеводородов, а также с образованием функциональных производных, содержащих кислород, азот, хлор и другие элементы. В результате вторичных процессов из нефти получают исходные вещества для производства синтетических каучуков, волокон, пластических масс, моющих средств, пластификаторов, красителей и т. д.

Нефть, битум, асфальт (см. Асфальтиты) и углеводородные газы известны с древних времен. Уже в 3 тысячелетии до нашей эры в государствах Двуречья и в Древнем Египте асфальт и битум использовались как вяжущие и гидроизоляционные материалы при строительстве дорог и различных сооружений. Нефть применялась в военном деле (вместе с селитрой, серой и смолой как воспламеняющееся вещество для изготовления «огненных стрел» и «огненных горшков»), в медицине, для бытовых нужд (освещения помещений). Первые научные труды по результатам исследования нефти и асфальта были опубликованы греческим ученым Эйрини де Эйринис (1721).

Во второй половине XIX в. начались промышленная добыча и широкое использование нефти, возникла необходимость изучения ее состава и свойств.

В России академик Ф.Ф.Бейльштейн одним из первых исследовал кавказскую нефть (1870-е гг.) и доказал наличие в ней гексагидроароматических соединений. Основы нефтехимии как самостоятельной науки заложил В.В.Марковников, он выделил (1880-е гг.) из кавказской нефти ароматические углеводороды, обнаружил их способность организовывать с углеводородами других классов азеотропные смеси; открыл и изучил новый класс углеводородов – нафтены и их превращения в ароматические углеводороды. Гипотезу о происхождении нефти из карбидов тяжелых металлов высказал Д.И.Менделеев и предложил принцип дробной перегонки нефтей.

В конце XIX в. основными продуктами нефтеперерабатывающей промышленности в России являлись керосин и мазут. Бензин получали путем прямой перегонки нефти. К началу ХХ в. были изучены процессы переработки нефти, сопровождающиеся разложением исходных углеводородов под влиянием высокой температуры и давления.

Академик Н.Д.Зелинский выполнил работы по «бензинизации» крекинга (1920–1922), путем каталитического ацилирования нефтяных цикланов получил алициклические кетоны (1924), осуществил процессы каталитической и пирогенетической ароматизации нефтей (1931–1937). Значительный вклад в исследование химии и технологии нефти внес С.С.Намёткин.

Увеличение добычи нефти в 1930–1960-х гг. способствовало возникновению нефтехимической промышленности, дальнейшему ее развитию послужила разработка академиком С.В.Лебедевым промышленного способа синтеза каучука (с использованием в качестве первичного сырья газов пиролиза нефти). Исследования В.Н.Ипатьева в области гетерогенного катализа при высоких давлениях и температурах имели важное значение для развития каталитических процессов в нефтехимии.

В Татарстане систематические исследования состава нефтей были начаты в конце 1940-х гг. (Е.А.Робинзон). Проведены исследования по геохимии нефтей различных тектонических зон, по химии и геохимии природных битумов Татарстана (Г.П.Курбский). Разработаны методы исследования высоковязких нефтей, продуктов нефтепереработки и нефтехимии (И.Н.Дияров, М.С.Вигдергауз), группового химического состава фракций нефти, изучено влияние этого состава на свойства нефтепродуктов (Р.А.Виробянц). Заложены основы научного направления – химия остаточных нефтей (Г.В.Романов).

Развитию нефтехимической промышленности в Татарстане способствовали значительные запасы нефти и попутного газа, крупные залежи природных битумов и высоковязких нефтей, строительство нефтехимических предприятий (завод синтетического каучука, «Казаньоргсинтез», «Нижнекамскнефтехим», «Нижнекамскшина»), а также организация научно-исследовательских работ.

Сформировалось научное направление по интенсификации процессов жидкофазного окисления парафиновых и алкилароматических углеводородов (В.В.Несмелов). Разработаны: технологии очистки нефти и газа от сернистых соединений (А.М.Мазгаров); каталитические процессы изомеризации, гидрирования, дегидрирования углеводородов (Р.И.Измайлов); каталитическое окисление углеводородов и сернистых соединений (Н.М.Лебедева, Х.Э.Харлампиди); каталитические процессы гидрирования ацетиленовых и олефиновых углеводородов, эпоксидирования, дегидрирования этилбензола, гидратации изобутилена (Б.Р.Серебряков, А.Ш.Зиятдинов, Х.Э.Харлампиди); способы предотвращения побочных реакций, ингибирования полимеризации, термополимеризации, самопроизвольной полимеризации (А.Г.Лиакумович, Н.П.Борейко, Б.Е.Иванов, Я.А.Левин); технологии и аппараты переработки природных битумов, технологии по производству модификаторов битумов и битумполимерных материалов (И.Н.Дияров, А.Ф.Кемалов). Предложены каталитические системы в производстве мономеров синтетического каучука (П.А.Кирпичников, Б.Р.Серебряков, А.А.Петухов, В.А.Курбатов, А.Ш.Зиятдинов); процессы переработки и рационального использования многотоннажных побочных продуктов нефтехимического производства (Т.И.Лонщакова).

Фундаментальные и прикладные исследования по нефтехимии проводятся в институте органической и физической химии Казанского научного центра Российской академии наук, Казанском технологическом университете, Волжском научно-исследовательском институте углеводородного сырья, Научно-исследовательском институте нефтепромысловой химии, Научно-технологическом центре акционерного общества «Нижнекамскнефтехим», Казанском университете, акционерном обществе «Казаньоргсинтез».

Научные разработки внедрены в акционерных обществах «Нижнекамскнефтехим», «Нижнекамскшина», «Казаньоргсинтез», на заводе синтетического каучука и других предприятиях РТ и РФ.

Петрова А.А., Лифшиц И.М., Цитрина Л.Н. Большая химия Татарии. Казань, 1967.

Далин М.А. Пути развития нефтехимии. Баку, 1989.

Якушев И.Я. Основные направления развития нефтехимической промышленности Республики Татарстан. Казань, 2003.

Автор – И.Н.Дияров, Г.В.Романов.