CC BY
115
УДК 665.738, 62-631.3
А. А. Тюрин (асп.), Б. А. Еременко (студ.), Е. А. Удалова (д.т.н., проф.)
Особенности современного состояния производства и перспективы использования бензола и этилена в качестве основного сырья для промышленного органического синтеза
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра физической и органической химии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1, тел. (347) 2798443, e-mail: [email protected]
А. А. Tyurin, B. A. Yeryomenko, Е. А. Udalova
Features of a current state of manufacture of benzene and ethyleneand prospects of their use as the basic raw materials
for industrial organic synthesis
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov st., Ufa, 450062, Russia; ph. (347)2798443, e-mail: [email protected]
Рассмотрены возможности использования бензола, извлекаемого из смеси ароматических углеводородов и широкой бензиновой фракции, в условиях ужесточения требований к химическому составу автомобильных бензинов, дизельного и авиационного топлив. Обоснована необходимость расширения сети трубопроводного транспорта этилена и пропилена для обеспечения непрерывной связи источников и потребителей нефтеперерабатывающих производств, что позволит вовлекать в нефтехимическое производство дополнительные объемы сырья — бензола и этилена и повысить его экономическую эффективность.
Ключевые слова: извлечение бензола из моторных топлив; сырье для нефтехимического синтеза; этилен.
Possibilities of use of the benzene from a mix of aromatic hydrocarbons and wide petrol fraction in the conditions of toughening of requirements to a chemical compound of automobile gasolines, diesel and aviation fuel are considered. Necessity of expansion of pipeline network of ethylene and propylene for maintenance of continuous communication of sources and consumers of oil refining manufactures is proved, that will allow to involve additional volumes of benzene and ethylene in petrochemical manufacture and to raise economic efficiency.
Key words: extraction of benzene from motor Ton^HB; raw materials for petrochemical synthesis; ethylene.
В результате развития процессов нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности исторически сложилось, что алкены и ароматические углеводороды, получаемые в качестве продуктов нефтеперерабатывающей промышленности, вовлекаются в качестве сырьевых компонентов в процессы нефтехимического и органического синтеза.
Алкены, благодаря наличию в молекуле двойной связи, обладают высокой реакционной способностью и являются важнейшими исходными соединениями для получения разнообразных органических веществ 1. При этом алкены, используемые в качестве сырья для основного органического и нефтехимического синтеза, ус-
Дата поступления 05.02.13
ловно разделены на две группы: низшие алкены ряда С2—С5 и высшие — ряда С6—С18 2.
В настоящее время наиболее востребованными для промышленности являются этилен и
1
пропилен 1.
Как сырьевой компонент, этилен охватывает 30% всех процессов органического синтеза. Первыми промышленными источниками этилена были процессы гидрирования ацетилена, дегидрирования этанола или выделения из газов коксохимической промышленности. Широкомасштабное использование пропилена в промышленности стало возможным с началом его выделения при переработке нефтяных фракций и природного газа 3. Основные схемы переработки и использования этилена и пропилена приведены в 4.
На сегодняшний день использование этилена и пропилена сопровождается также высоким потреблением основных продуктов на их основе — полиэтилена и полипропилена. Основными методами промышленного производства этилена и пропилена являются: пиролиз фракций легких углеводородов, в результате которого также образуется смола пиролиза с высоким содержанием ароматических углеводородов, и процессы каталитического крекинга. Первым каталитическим процессом в органическом синтезе этилена и пропилена является процесс каталитического крекинга 5. Процессы пиролиза являются целевыми процессами для получения низших алкенов, а крекинг-процессы чаще всего входят в технологическую инфраструктуру большинства со-времен- ных нефтеперерабатывающих заводов и используются для производства моторных топлив, при этом низшие алкены являются побочными продуктами. В связи с этим имеется необходимость в непрерывной транспортной связи нефтеперерабатывающих и химических производств, которая важна для обеспечения постоянной и стабильной загрузки мощностей данных производств. Оптимальным в данном случае является трубопроводный транспорт. Так, в Западной Европе большинство химических производств связано транспортными трубопроводами этилена и пропилена с основными нефтеперерабатывающими и нефтехимическими предприятиями, то есть источниками низших алкенов. Анализ трубопроводной транспортной сети этилена и пропилена в странах Бенилюкса (рис. 1) показывает, что разветвленная трубопроводная сеть охватывает не только источники и потребителей этилена и пропилена, но также и крупные транспортные терминалы. Данная сеть позволяет размещать производства полиэтилена, полипропилена и конечных продуктов на их основе, а также промышленные производства глубокого органического синтеза за пределами нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, то есть ближе к их потенциальным потребителям. Трубопроводная транспортировка существенно снижает загрузку железнодорожных терминалов вместе со сложностью железнодорожной перевозки. Этилен и пропилен по железной дороге транспортируются в основном в жидком виде, а для обеспечения поддержания их в жидкой фазе необходимо высокое давление и низкая температура, что существенно усложняет и удорожает конструкцию железнодорожных цистерн, предназначенных для их пере-
возки. Запуск в эксплуатацию Ираном самого длинного в мире трубопровода этилена в конце 2012 г. свидетельствует о постоянном развитии транспортных сетей этилена во всем мире 6.
Более развитая транспортная сеть этилена по сравнению с транспортной сетью пропилена указывает на уровень востребованности этилена не только как сырья для собственного органического синтеза, но и как сырья органического синтеза с вовлечением ароматических углеводородов.
Дальнейшее развитие мировой трубопроводной транспортной инфраструктуры этилена и пропилена будет стимулировать развитие нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, обеспечивая непрерывную связь его источников и потребителей.
В России транспортная трубопроводная сеть этилена развита существенно меньше и охватывает города: Салават—Стерлитамак— Уфа—Нижнекамск—Казань, а также Нижний Новгород—Дзержинск и Ангарск—Зима 7. Транспортная трубопроводная сеть пропилена в России отсутствует. На наш взгляд, расширение транспортной сети этилена и формирование транспортной сети пропилена в России могло бы способствовать развитию химической промышленности не только вблизи нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, но и в отдаленных районах с высоким уровнем потребления данных продуктов.
Низшие алкеновые углеводороды С2—С4 и ароматические углеводороды Сб—С10 являются основными источниками сырья для получения пластмасс, синтетических волокон, кау-чуков и других химических продуктов 8. В связи с этим для процессов органического синтеза необходимо обеспечение сырьевой базы, состоящей из низших алкеновых и ароматических углеводородов.
Источников производства ароматических углеводородов, в частности бензола, несколько. Основными из них являются процессы пиролиза, каталитического риформинга, а также некоторые процессы коксохимической промышленности. По данным 2010 г., распределение производства бензола в Западной Европе выглядит следующим образом: пиролиз — 59.6%; каталитический риформинг — 25.4%; коксохимическая промышленность и другие источники — 15% 9 .
Процесс каталитического риформинга предназначен для повышения детонационной стойкости бензинов и получения индивидуальных ароматических углеводородов, главным
Рис. 1. Географическое размещение основных нефтехимических и нефтеперерабатывающих мощностей стран Бенилюкса 7
Таблица 1
Региональное распределение мощностей каталитического риформинга
(по состоянию на 2004 год) 12
Регион Нефтеперерабатывающи е мощности (баррелей в день) Мощности риформинга (баррелей в день) Доля процессов риформинга (%)
Северная Америка 20 030 4075 20.3
Западная Европа 14 505 2135 14.7
Азия - Тихий океан 20 185 2000 10.0
Восточная Европа 10 680 1430 13.4
Средний Восток 6075 570 9.4
Южная Америка 6490 400 6.1
Африка 3200 390 12.1
Всего: 81 165 11 000 13.6
образом бензола, толуола, ксилолов — компонентов нефтехимического сырья 10.
Стимулом к развитию каталитического риформинга является потребность химической промышленности в моноциклических ароматических углеводородах — бензоле, толуоле, ксилолах, этилбензоле. Роль нефтепереработки в
производстве этих углеводородов из года в год
11
возрастает .
Мировое распределение и доля процессов каталитического риформинга в составе основных процессов переработки нефти представлена в табл. 1.
Самая высокая доля процессов каталитического риформинга в Северной Америке делает этот процесс основным источником бензола в данном регионе.
Сырьем каталитического риформинга служит широкая бензиновая фракция процесса первичной переработки нефти. Данную фракцию необходимо предварительно гидрооблаго-родить, то есть исключить из нее соединения серы, азота, кислорода и металлов, затем подвергнуть процессу каталитического риформи-рования, то есть процессу химического формирования, зарождения ароматических соединений на платиносодержащем катализаторе. В результате образуется смесь, содержащая ароматические углеводороды с числом атомов углерода С6—С10. Затем данная смесь разделяется, и из нее выделяются индивидуальные ароматические соединения — бензол, толуол и ксилолы. Дополнительное количество бензола
можно также получить диспропорционирова-
13
нием или гидродеалкилированием толуола .
Антибиотики, компьютеры, телефоны, радио, компакт-диски, автомобили, современные теплоизоляционные материалы, кухонные принадлежности, пластиковая посуда, современная одежда с применением синтетических волокон, предметы личной гигиены, спортивные принадлежности и многое другое — все это вещи, которые являются прямой или косвенной продукцией нефтехимической промышленности, а именно продукцией органического синтеза бензола и его полупродуктов. Так, производство аспирина и пенициллина невозможно без кумола и фенола, фенольные смолы являются связующим при изготовлении колодок и фрикционных накладок тормозов и сцепления автомобилей, сиденья же при этом делаются из пластика на основе стирола, обеспечивая соблюдение всех необходимых требований безопасности, в состав современной одежды входят акриловые волокна и нейлон, в предметах личной гигиены одним из компо-
нентов является стирол-акрилонитрил, а недостающий объем потребления латекса на основе натурального каучука покрывается латексом на основе синтетических каучуков. Поэтому необходимость дальнейшего развития приоритетных отраслей науки и техники является стимулирующим фактором для развития и увеличения объемов производства бензола в мире.
Анализ соотношения производственных мощностей и фактических объемов производства бензола на примере стран Западной Европы (табл. 2) показывает, что производственные мощности практически не меняются из года в год, при этом они превосходят реальные объемы производства с сохранением некоторого производственного запаса и, в случае необходимости, могут компенсировать возникновение резкого роста спроса на бензол как на мировом рынке, так и на рынке стран Западной Европы.
Таблица 2 Производственные мощности и фактические объемы производства бензола в Западной Европе 14
Год 2007 2008 2009 2010 2011
Производственные мощности, тыс. т 10.248 10.453 10.363 10.363 10.201
Фактические объемы1 производства, тыс. т 8.522 7.620 7.161 7.719 7,285
В то же время потребление бензола обуславливается в основном потреблением продуктов органического синтеза на его основе и конечных продуктов. В связи с этим общий экономический спад и наметившаяся рецессия после 2008 г. оказывает влияние не только на уровень общего потребления в странах Западной Европы, но и на уровень потребления продуктов нефтехимической промышленности. Потребление бензола в странах Западной Европы в 2010 г. составило 8.398 тыс. т, что на 11% выше, чем в 2009 г. 15. Анализ динамики мировых цен на бензол показал, что рынок бензола постепенно восстанавливается после глобального экономического спада 2008 г. 16.
Таким образом, перспективы и возможности для роста производства этилена и бензола определяются уровнем мирового потребления продукции на их основе, а модернизация транспортной и производственной инфраструктуры может способствовать дополнительному экономическому росту в период ослабления глобальной экономики.
Литература
1. Юкельсон И. И. Технология основного органи- 1. ческого синтеза.— М.: Химия, 1968.— С. 18.
2. Лебедев Н. Н. Химия и технология органичес- 2. кого и нефтехимического синтеза.— М.: Химия, 1981.- С. 33.
3. Weissermel K., Arpe H.-J. Industrial Organic 3. Chemistry.- Weinheim: WILEY-VCH, 2003.-
C. 63.
4. Doraiswamy L. K. Organic Synthesis Enginee- 4. ring.- New-York: Oxford University Press, 2001.- C. 4.
5. Имашев У. Б. Основы органической химии.- 5. М.: КолосС, 2011.- С. 16-17.
6. http://www.presstv.ir/detail/2012/12/18/ 6. 278701/iran-launches-major-ethylene-pipeline/.
7. http://www.petrochemistry.net/map-refineries- 7. pipelines-and-crackers-benelux.html.
8. Унгер Ф. Г. Синтез на основе продуктов нефте- 8. химии.- Новосибирск: Наука, 1990.- С. 6.
9. http://www.aromaticsonline.net Facts and 9. Figures.
10. Ахметов С. А. Технология и оборудование про- 10. цессов переработки нефти и газа.- СПб.: Недра, 2006.- С. 733.
11. Смидович Е. В. Технология переработки нефти 11. и газа. Часть 2.- М.: Химия, 1980.- С. 186.
12. George J. A., Abdullah M. A. Catalytic naphtha 12. reforming.- New-York: Marcel Dekker Inc., 2004.- C. 478.
13. http://www.petrochemistry.net/flowchart. 13.
14. http://www.petrochemistry.net/capacity-and- 14. production-aromatics.html.
15. http://www.petrochemistry.net/benzene- 15. production-consumption-and-trade-balance.html.
16. http://www.platts.com/NewsFeature/2012/ 16. pgpi/benzene.
Literature
Jukel'son I. I. Tehnologija osnovnogo organiches-kogo sinteza.— Moscow: Himija, 1968.— S. 18.
Lebedev N. N. Himija i tehnologija organiches-kogo i neftehimicheskogo sinteza.— Moscow: Himija, 1981.- S. 33.
Weissermel K., Arpe H.-J. Industrial Organic Chemistry.- Weinheim: WILEY-VCH, 2003.-C. 63.
Doraiswamy L. K. Organic Synthesis Engineering.- New-York: Oxford University Press, 2001.- C. 4.
Imashev U. B. Osnovy organicheskoj himii.-Moscow: KolosS, 2011.- S. 16-17. http://www.presstv.ir/detail/2012/12/18/ 278701/iran-launches-major-ethylene-pipeline/.
http://www.petrochemistry.net/map-refineries-pipelines-and-crackers-benelux.html.
Unger F. G. Sintez na osnove produktov neftehimii.- Novosibirsk: Nauka, 1990.- S. 6.
http://www.aromaticsonline.net Facts and Figures.
Akhmetov S. A. Tehnologija i oborudovanie processov pererabotki nefti i gaza.- Sankt-Peterburg: Nedra, 2006. S. 733. Smidovich E. V. Tehnologija pererabotki nefti i gaza. Chast' 2.- Moscow: Himija, 1980.- S. 186. George J. A., Abdullah M. A. Catalytic naphtha reforming.- New-York: Marcel Dekker Inc., 2004.- C. 478.
http://www.petrochemistry.net/flowchart.
http://www.petrochemistry.net/capacity-and-production-aromatics.html.
http://www.petrochemistry.net/benzene-production-consumption-and-trade-balance.html. http://www.platts.com/NewsFeature/2012/ pgpi/benzene.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ по теме: «Разработка новых подходов к пронозированию развития нефтехимических производств России».
