Что такое нефтехимия

Вполне вероятно, что  этот метод со временем полностью  заменит хлоргидринный процесс. Оксид пропилена используется для синтеза пропиленгликоля, из которого далее получают взаимодействием с многоатомными спиртами (например, глицерином) пенополиуретаны, находящие применение в качестве амортизирующих материалов (коврики, мебель, упаковка), теплоизоляторов в строительстве, фильтрующих и сорбирующих жидкости материалов.^[1]

Изопропиловый спирт и ацетон. Важнейшее применение пропилена связано с синтезом изопропилового спирта и ацетона. Как уже упоминалось, изопропиловый спирт, который используется как ценный растворитель, можно считать первым продуктом нефтехимии. Интересно, что большие количества его все еще получают, как в 1920 году, сернокислотным процессом:

Изопропиловый спирт  также получают прямой гидратацией  пропилена в присутствии кислых катализаторов:

Почти 50% производимого  изопропилового спирта расходуется  на получение ацетона дегидрированием  на медно-цинковом катализаторе или  оксиде цинка при 380°С:

Гидроформилирование. Особо хотелось обратить внимание на использование пропилена для синтеза альдегидов с помощью замечательной реакции гидроформилирования, или оксосинтеза, которая была открыта в 1938 году и стала одной из важнейших в нефтехимии.

При взаимодействии пропилена (и других алкенов) с монооксидом углерода и водорода (такая смесь называется синтез-газом) в присутствии карбонилов кобальта Со2(СО)8 при температуре 150 - 180°С и давлении 200 - 250 атм образуются два альдегида - нормального и изостроения:

С момента открытия эта  реакция являлась предметом интенсивных  исследований ученых: необходимо было смягчить условия реакции, по возможности  уменьшить долю менее ценных разветвленных  альдегидов и избежать возможной  реакции гидрирования двойной связи. Были разработаны более экономичные  процессы, например, с использованием родиевых катализаторов, стабилизированных трифенилфосфином. В последнем случае удалось снизить температуру до 100°С, давление - до 20 атм и повысить выходы альдегидов нормального строения.

Акриловая кислота и акрилонитрил. Теперь перейдем к продуктам, получаемым в результате реакций метильной группы пропилена. В этом ряду основное место без сомнения занимают процессы получения акриловой кислоты CH2=CH-COOH и акрилонитрила СH2=CH-CN.

В 50-е годы эфиры акриловой  кислоты стали широко использовать в промышленности в качестве ценных сополимеров.^[3] Первоначально производство акриловой кислоты базировалось на реакции ацетилена и монооксида углерода:

К началу 70-х годов  в качестве сырья стал использоваться дешевый пропилен, который окисляли до акролеина и далее до акриловой  кислоты. В качестве катализаторов  используется смесь оксидов меди, ванадия, молибдена, висмута:

Примерно 15% нефтехимического пропилена используется в качестве исходного продукта для производства акрилонитрила, из которого получают ценное волокно (нитрон), пластические массы (сополимер  со стиролом), синтетические каучуки (сополимер с бутадиеном). Первоначально  акрилонитрил также производили  из ацетилена:

Но в конце 50-х годов  был разработан гораздо более  дешевый способ - окислительный аммонолиз пропилена. Суть реакции заключается в окислении пропилена в присутствии аммиака:

И в этой реакции, проводимой при 400 - 500°С и давлении до 20 атм, используются многокомпонентные катализаторы, например, содержащие висмут-фосфор-молибден.

Бутадиен

Мы уже отмечали, что  при проведении пиролиза жидких фракций  нефти, помимо основных продуктов - этилена  и пропилена, образуются значительные количества (до 30 - 40%) ценных непредельных углеводородов состава С4 - бутены и бутадиен (дивинил). Значительные количества предельных и непредельных углеводородов состава С4 получаются также при каталитическом крекинге (так называемые газы крекинга).

Бутадиен получают также  при дегидрировании н-бутана и н-бутенов:

Реакция проводится при 650°С в присутствии оксидов хрома, алюминия.

Бутадиен является основным мономером для производства синтетических  каучуков, которые широко используются для изготовления автомобильных  покрышек, камер, обуви и множества  других изделий. Сополимер бутадиена  и акрилонитрила, так называемый бутадиен-нитрильный каучук, обладает высокой стойкостью к органическим растворителям.

Ароматические углеводороды

Ароматические углеводороды находят широкое применение в  органическом синтезе благодаря  высокой реакционной способности  бензольного кольца. По свой ценности они приближаются к олефинам, на их основе получают огромный ассортимент самых необходимых продуктов.

До 1950 года основным источником ароматических углеводородов служил метод коксования углей - нагревание углей без доступа воздуха  до 1000°С. В последние 40 лет в связи  с огромной потребностью в ароматических  углеводородах были внедрены методы каталитического реформинга и пиролиза нефтяных фракций. При реформинге ароматические углеводороды образуются в результате трех основных реакций.

1. Дегидрогенизация циклогексана и его гомологов:

2. Дегидроизомеризация гомологов циклопентана, в этом случае имеет место реакция расширения цикла:

3. Дегидроциклизация алканов:

Бензол и продукты на его основе

Важнейшим из ароматических  углеводородов является бензол, на его основе получают многие ценные продукты. Рассмотрим главные из них.

Стирол. Масштабы использования стирола, главным образом для производства синтетических каучуков, непрерывно растут. Более 50% производимого в мире бензола расходуется на получение стирола. Главный путь получения стирола - каталитическое дегидрирование этилбензола, который, в свою очередь, получается каталитическим алкилированием бензола этиленом:

Циклогексан. Ценность циклогексана определяется прежде всего его превращением в адипиновую кислоту НООС-(СН2)4-СООН и гексаметилендиамин H2N-(CH2)6-NH2 , из которых получают найлон. Циклогексан получается каталитическим гидрированием бензола на никелевых или платиновых катализаторах при 200°С и давлении до 15 атм:

Окислением циклогексана кислородом воздуха при 150°C на кобальтовом  катализаторе получают смесь циклогексанола и циклогексанона, которая далее окисляется при 80°С 50%-ной азотной кислотой в присутствии медно-ванадиевого катализатора в адипиновую кислоту:

Фенол. Это вещество еще в середине 19 века выделяли из каменноугольной смолы. Его применение весьма разнообразно - в производстве красителей, взрывчатых веществ, лекарственных и бактерицидных препаратов, поверхностно-активных веществ и т.д. Наибольшие количества фенола расходуются на производство фенол-формальдегидных смол, эпоксидных полимеров, синтетических волокон. На производство фенола расходуется примерно 15% бензола.

Первым синтетическим  процессом получения фенола из бензола  был сульфонатный способ, который используется и в настоящее время. Сначала сульфируют бензол, далее бензолсульфокислоту сплавляют со щелочью и из фенолята выделяют свободный фенол сернистым ангидридом:

Другой путь получения  фенола может быть представлен схемой

Сейчас эти способы  почти полностью вытеснены так  называемым кумольным процессом. Этот замечательный способ приводит к получению двух ценных продуктов - фенола и ацетона. Несмотря на то что процесс состоит из трех стадий, он является наиболее экономичным:

Примерно 50% производимого  фенола расходуется на получение  фенол-формальдегидных смол реакцией фенола с формальдегидом как в кислой, так и в щелочной среде. Впервые эти смолы в 1910 году получил Лео Бакеланд, отсюда и название смол - бакелиты. В отличие от термопластовбакелиты не размягчаются при нагревании, такие пластмассы называются термореактивными.

Значительное количество фенола расходуется на производство циклогексанона. Сейчас разработан одностадийный способ, позволяющий в присутствии палладированного угля при 150°С и 5 атм получить из фенола в токе водорода циклогексанон с выходом свыше 90%:

Нитробензол, анилин. Промышленное производство этих продуктов началось в середине 19 века. В настоящее время 5% мирового бензола расходуется на это производство. Нитрованием бензола получают нитробензол, который далее в основном (95%) используется на производство анилина:

Восстановление нитросоединений в амины было открыто Н.К. Зининым еще в 1842 году.

Анилин широко используется в самых различных областях: от производства лекарств и красителей до получения пенополиуретанов и других пластмасс.

Толуол и ксилолы. Толуол и ксилолы являются важными полупродуктами в синтезе разнообразных соединений, однако их применение по сравнению с бензолом выглядит скромно.

Толуол используется для получения тринитротолуола - взрывчатого вещества, потребность  в котором меняется в зависимости  от ситуации в мире:

О-ксилол (диметилбензол) служит для получения фталевого ангидрида, из которого, в свою очередь, получают алкидные полимеры поликонденсацией с многоатомными спиртами, а также диалкилфталаты (эфиры фталевой кислоты), служащие в качестве пластификаторов для полимеров (добавление пластификаторов к твердым полимерам позволяет получать мягкие и эластичные материалы). Процесс получения фталевого ангидрида заключается в окислении О-ксилола воздухом при 400°С в присутствии пентаоксида ванадия, нанесенного на силикагель:

Основное применение пара-ксилола - это получение ценной терефталевой кислоты. Терефталевая кислота и ее диметиловый эфир применяются в производстве синтетического волокна лавсан (терилен).

 

Заключение

Благодаря нефтехимии с  давних пор используемые человеком  предметы изменились до неузнаваемости, возникли новые отрасли промышленности, а некоторые исчезли. Нефтехимическая промышленность, или попросту нефтехимия, – одна из важнейших отраслей обрабатывающей индустрии на сегодняшний день.

Продукты данной отрасли  являются одним из ключевых достижений в области химии. Но не следует забывать о том, что интенсивный рост производства, в том числе и химического, сказывается на окружающей среде.

Пользуясь благами химического  прогресса, необходимо трезво оценивать  нежелательные побочные процессы и  свести причиняемый вред к минимуму. Поэтому большое значение имеет  совершенствование известных и  разработка новых процессов, малоотходных и безотходных, создание эффективных  катализаторов, позволяющих проводить  химические превращения с меньшими затратами энергии, с использованием альтернативного сырья и реагентов, экологически более благоприятных.

 

 

Список  использованной литературы

1. Караханов Э.А., Что такое нефтехимия, Соросовский образовательный журнал №2, 1996;
2. Костин А.А., Продукты нефтехимии, глава 3, Популярная нефтехимия, Москва 2011;
3. Костин А.А., Продукты нефтехимии, Глоссарий, Популярная нефтехимия, Москва 2011;
4. Аблесимов Н. Е., Нефтехимия, глава 5.4, Справочно-учебное пособие по общей химии, Хабаровск, 2005г.

Москва, 2012