Пластмассы и природные полимеры. Полимеры из нефти


Сырье полимерной промышленности из нефти. - 17 Апреля 2016

    Первоначально нефть использовали преимущественно как топливо, сегодня наблюдается тенденция к использованию всей нефти лишь в качестве сырья. Одним из основных направлений переработки нефти является синтез полимеров.     Большую часть полимеров получают полимеризацией непредельных углеводородов по радикальному или по ионному механизму. Получение непредельных углеводородов из сырой нефти включает несколько основных стадий:     - очистка сырой нефти от воды, солей, взвесей, кислот и пр.,     - разгонка в ректификационных колоннах на первоначальные фракции,     - ректификация для получения фракций приемлемой чистоты,     - крекинг для деструкции и/или дегидрирования молекул,     - выделение и очистка полученных непредельных углеводородов.     Одним из первых методов переработки алканов в более легкие непредельные углеводороды, стал крекинг при температуре 450-550*С и давлении порядка 6-15 атм. Давление необходимо для поддержания углеводородов в жидком состоянии, это дает возможность вести процесс в аппаратах меньшего размера, чем в случае деструкции в газовой фазе. Высокая температура обуславливает радикальный механизм процесса. В связи с хаотичным образованием и взаимодействием радикалов, среди продуктов могут присутствовать даже углеводороды с большей молекулярной массой, чем исходные. Например, при крекинге пропана получается смесь, включающая этилен, метан, водород, пропилен, и даже пентан:        В таблице представлен состав продуктов парофазного и жидкофазного крекинга битумной фракции нефти, а так же, пиролиза (600-700*С) битума.

         Парофазный крекинг протекает при меньшем давлении и/или большей температуре, что уменьшает вероятность столкновения образующихся радикальных частиц, что приводит к снижению доли продуктов с большей молекулярной массой. При жидкофазном крекинге (450-490*С) образуется всего 4-7% газообразных продуктов, при парофазном крекинге (500-550*С) выход газообразных продуктов до 25-30%.     Ниже представлен состав продуктов пиролиза петролейного эфира (гексаново-гептановая фракция нефти, с примесями более тяжелых углеводородов), так же известного как “бензин-калоша”. Крекинг углеводородов основа на разнице в энергии связей углерод-углерод и углерод-водород. Энергия связи С-С составляет 62,8 ккал/моль, энергия связей С-Н: первичный – 87,0, вторичный – 85,5, третичный – 83 ккал/моль.          Кроме непредельных углеводородов для получения пластиков и каучуков, продукты крекинга нефти широко используются в качестве сырья химпрома для получения растворителей, БВВ, лаков, красок, лекарственных препаратов, красителей и пр.     Среди катализаторов, повышающих эффективность процесса дегидрирования, следует отметить платину и палладий, нанесенные на микропористые силикагели или на спеченный оксид алюминия (корундовая керамика). Использование катализаторов позволяет поднять выход целевого продукта до 90-95% при температуре 500-550*С, скорость процесса при этом заметно выше, чем без катализатора.     С целью повышения эффективности катализаторов и повышения их долговечности, необходимо очистить сырье от примесей: кислорода, воды, ацетилена, соединений серы, мышьяка, селена и пр. Наиболее сложно удалить кислород, ацетилен и воду. Удаление воды важно и по причине образования твердых гидратов при высоком давлении (СН4*7Н2О, С6Н6*7Н2О и пр.). Твердые гидраты могут откладываться на стенках трубопроводов и аппаратов, что нарушает ход процесса.     Самый экономически целесообразный метод удаления кислорода и ацетилена заключается в каталитическом гидрировании на соединениях кобальта и хрома. Чаще всего используют оксид трехвалентного хрома с мелкодисперсным никелем (95% Cr2O3 + 5% Ni), или никель, нанесенный на оксид алюминия. В ходе процесса происходит гидрирование ацетилена до этилена, и перевод кислорода в воду. Оптимальная температура процесса 200-250*С.     Для удаления воды (а так же, ряда кислотных оксидов) применяют гидроксид натрия или оксид кальция, помещенные в гранулированном виде в специальные кассеты.     Полученные в ходе крекинга продукты разгоняют в ректификационных колоннах на фракции: метан-водородную, этан-этиленовую, пропан-пропиленовую, бутан-бутиленовую и пр. Ректификация производится при высоком давлении и сравнительно низкой температуре (-30 – 0*С). Дальнейшее тонкое разделение фракций осуществляется путем избирательной абсорбции (в зависимости от полярности молекул), или адсорбции при низкой температуре (в зависимости от геометрии и размеров молекул). Иногда фракции подвергают галогенированию (например, если дальнейшая переработка подразумевает соответствующие реакции), с последующей ректификацией. Так как, разница в температурах кипения галогенированных компонентов отличается более существенно, относительно исходных алканов.     Важнейшие характеристики некоторых широко применяющихся в промышленности углеводородов приведены в таблице.      Одна из общих схем установки для разделения продуктов крекинга приведена на рисунке.           Для охлаждения паров часто используют жидкие более низкокипящие газы под давлением. При подогреве легкокипящих газов могут применять тепло с радиатора компрессора, в котором сжимается под давлением газ. В таблице указаны параметры процессов ректификации в колоннах приведенной схемы.

www.chemfive.info

Продукты из нефти

Удивительно, но когда начинаешь разбираться в том, что сегодня делают из нефти, оказывается, что чуть ли не все товары, которыми мы пользуемся в повседневной жизни, имеют в своем составе продукты переработки нефти. Таких продуктов насчитывается порядка 6000, а может даже и больше. И ниже только некоторые из них.

Все мы знаем, что нефть является сырьем для получения топлива для наших средств передвижения (бензина и дизельного топлива для автомобилей, авиационного керосина для реактивных двигателей самолетов). Топливо является одним из основных продуктов, которые получают из нефти. Но помимо топлива из нефти получают массу других полезных компонентов, которые используются в совершенно неожиданных вещах. Этими продуктами переработки нефти мы пользуемся в нашей повседневной жизни, даже не задумываясь об их происхождении.

Губная помадаОдним из наиболее распространенных продуктов переработки нефти являются полиэтилен или пластик. Пластик играет чрезвычайно важную роль в современном мире. Миллионы тонн полиэтиленового пластика расходуются для изготовления пластиковых мешков, пищевых контейнеров и других потребительских товаров. Использование пластика удобно тем, что он может принимать любую необходимую форму. Кроме того, свойства изделий из пластика также можно изменять в соответствии с заданными условиями.

Вазелин – также хорошо известный и широко распространенный продукт. Вазелин изобретен английским химиком Робертом Чезбро, который благодаря своему любопытству и наблюдательности смог разглядеть полезные свойства этого продукта в остатках переработки нефти еще в конце 19 века. Вазелин сегодня используется в медицинских целях, в косметике и даже как пищевая добавка.

Губная помада. Косметику в целом и губную помаду в частности женщины используют на протяжении тысячелетий. Раньше в составе губной помады часто присутствовали вредные компоненты. Сегодня губная помада благодаря развитию химии имеет не только эстетический эффект, но также увлажняющий, питательный, противовоспалительный эффекты. Одним из компонентов губной помады являются углеводороды: жидкий и твердый парафин, церезин и другие

Жевательная резинкаАспирин. Аспирин уже давно зарекомендовал себя в качестве одного из самых надежных и безопасных препаратов. Ежегодно употребляется несколько миллиардов таблеток аспирина для того, чтобы избавиться от головной боли, от жара. Препарат также принимается в качестве профилактического метода борьбы с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Ацетилсалициловая кислота в сочетании с химическим салицином и дают эффект избавления от боли. Однако, производство аспирина начинается с бензола и углеводорода, которые являются производными нефтепродуктов.

Еще одним распространенным продуктом, имеющем в своем составе углеводороды, является жевательная резинка. Основа жевательной резинки изготавливается как из природных компонентов, так и из полиэтиленовых и парафиновых смол. Из-за того, что в жвачке используются полученные из нефти полимеры, ее разложение происходит очень длительное время. Поэтому не стоит выбрасывать жвачку на улице, иначе она, как и полиэтиленовые пакеты, пролежит в земле долгие и долгие годы.

Немнущаяся одежда, которая обретает свои свойства благодаря добавлению в ткань волокон полиэстера. Полиэстер является полимером, получаемым в результате переработки нефти. Он производится в виде волокон, пленки или пластмассы. Благодаря добавлению полиэстера ткани обретают полезные в применении свойства. Они не мнутся, легко стираются, не растягиваются и не садятся после стирки.

НейлонПанели солнечных батарей. Альтернативные источники энергии, такие как солнечные батареи, призваны заменить собой невозобновляемые источники энергии. Но по иронии судьбы для их изготовления также необходимы продукты переработки нефти. Дело в том, что фотоэлементы, преобразующие солнечную энергию в электрическую, наносятся на панели, изготовляемые из нефтяных смол.

Еще один уникальный материал, который мы получаем из нефти – это нейлон. Миллионы современных женщин носят нейлоновые колготки для комфорта и для того, чтобы соответствовать модным тенденциям. Нейлон - крепкое, легкое синтетическое волокно – имеет широкое применение. Сегодня нейлон используется при изготовлении огромного количества вещей, начиная от средств для мытья посуды и заканчивая парашютами. Также нейлон находит применение в промышленности для изготовления втулок, подшипников и т.п. Изобретен этот полимер в 1935 году в лаборатории компании DuPont.

В детстве многие из нас пользовались цветными парафиновыми карандашами. И это тоже продукт переработки нефти. Такие карандаши изготавливаются из парафиновых смол. Из них же, кстати, делают и свечи.

Все о нефти

russianpulse.ru

19. Вытеснение нефти из пластов водными растворами поверхностно-активных веществ

При вытеснении нефти растворителями и газами при режиме смешивающегося вытеснения Квытеснения приближается к 1. Но существует вещества, которые при обычном заводнении позволяют увеличить Квытеснения за счет снижения поверхностного натяжения на контакте нефть – вода, сделать поверхность зерен пород более смачиваемой водой, т. е. увеличить их гидрофильность.

Снижение сил поверхностного натяжения возможно за счет применения поверхностно – активных веществ (ПАВ).

Идея применения ПАВ в качестве добавок к закачиваемой в пласт воде возникла давно. В 1930 г Де Горт (США) зарегистрировал патент, который описывает использование ПАВ, растворимых в воде, для улучшения извлечения нефти.

В 1958 г Холбрук (США) сделал заявку на патент, в котором для улучшения процесса извлечения нефти предложено использовать растворимые в воде ПАВ (перфторорганические соединения, жирные кислоты, мыла, полигликолевые эфиры, соли сульфоновых кислот).

Механизм процесса основан на том, что при этом снижается поверхностное натяжение между нефтью и водой. Исследования БашНИПИнефти показали, что оптимальной концентрацией ПАВ в воде следует считать 0,05-0,1%.

Эффективность водных растворов ПАВ увеличивает Квытеснения на 2,5-3%.

Недостатки метода:

- Высокая адсорбция ПАВ на породе.

- Высокая чувствительность к качеству воды – содержанию кислорода механических примесей.

- загрязнение окружающей среды.

Будущее метода. Эффективность ПАВ довольна спорна, не очень большой эффект. Результаты лабораторных исследований оказались весьма противоречивыми, а проведенные промысловые испытания не дали однозначного ответа из-за трудности интерпретации полученных данных.

Анализ многочисленных исследований по вытеснению нефти из однородных по проницаемости пластов показывает, что различные ПАВ ведут себя по разному, и что для каждого пласта следует выбирать соответствующее ему вещество.

В будущем применение ПАВ в промышленных масштабах возможно в 3-х направлениях:

1. Обработка призабойных зон нагнетательных скважин с целью увеличения их приемистости.

2. С целью снижения набухаемости глин при освоении плотных глинистых коллекторов.

3. Создание различных композиций на основе ПАВ с целью увеличения коэффициента вытеснения.

20. Технология полимерного заводнения. Сшитые полимерные системы. Критерии наиболее эффективного применения метода

При вытеснении из пластов нефтей различной вязкости обычной водой текущая и конечная нефтеотдача снижается с увеличением отношения вязкости нефти и воды.

Для большинства залежей µ0 = µнефти/µвытесняющего агента> 1.

Такое отношение вязкостей оказывается неблагоприятным, наблюдается прорыв воды на ранних стадиях разработки, что обусловлено резко неоднородным профилем вытеснения. Т.о. примененяя загущающие добавки к воде американские исследователями предложили в качестве загустителя использовать водорастворимый полимер полиакриламид (ПАА). Эта молекула полимера представляет собой цепочку, длина которой соизмерима с размерами пор пласта.

Полиакриламид выпускается в виде геля, твердых гранул или порошка. Обычно применяют следующую концентрацию ПАА в воде: по твердому полимеру (в виде гранул или порошка) 0,08 – 0,4%.

Считается, что водный раствор полиакриламида целесообразно использовать для вытеснения нефти из пластов при ее вязкости – 10 – 30 мПа*сек.

Под полимерным заводнением понимается закачка в пласт оторочки раствора полимера. Объем оторочки менялся от 5 до 30% в зависимости от геологического строения пласта и вязкости нефти.

Одним из недостатков метода является адсорбция полимера пористой средой. Адсорбция полимера в пористой среде приводит к уменьшению ее проницаемости. Количество адсорбированного полимера зависит от структуры пористой среды, ее вещественного состава, а также от состава и свойств насыщающих пористую среду жидкостей. Установлено, что увеличение концентрации хлористого натрия в растворе приводит к усилению адсорбции полимера.

Адсорбция зависит также от породы продуктивного пласта. Так, адсорбция на известняке значительно выше, чем на кварцевом пес­чанике.

Водный раствор полимера поступает преимущественно в высокопроницаемые пропластки, причем чем выше проницаемость пропластка, тем больше поступает в него полимера, и тем значительней повышается фильтрационное сопротивление высокопроницаемых слоев.

Широко используется для выравнивания профилей приемистости и отдачи при разработке нефтяных месторождений на любой стадии.

Зависит от минерализации воды: чем выше сорбция - тем выше минерализация.

Наибольший эффект от применения данного метода следует ожидать для резконеоднородных коллекторов, содержащих высоковязкую нефть.

Сшитые полимерные системы

Принцип: при смешивании полимерного раствора с определенными реагентами (сшитых полимеров) образуется малоподвижный гель в порах пласта - выравнивается проницаемость отдельных пропластков, выравнивая тем самым фронт вытеснения и, следовательно, повышать нефтеотдачу пласта в целом. Т.о. высокопроницаемые пропластки закупориваются.

Выравнивание профилей происходит при большой обводнённости продукции.

Существуют технологии совместной закачки полимеров и сшивающих агентов с образованием гелей в самом пласте. Однако наиболее эффективна технология сшивки полимера непосредственно пласте в результате последовательной закачки полимера и сшивателя.

В качестве сшивателя применяют: бихромат калия, треххлористый хром, гидрат алюминия, алюминат натрия и т.д.

Приготовленная композиция закачивается в неоднородные пласты на расстояние 3 - 300 м от нагнетательной скважины.

Глубина проникновения геля в пропластки различной проницаемости будет различной. Большое значение имеет степень неоднородности пласта: Чем больше расчлененность тем на меньшую глубину можно закачивать композицию.

Возможна попеременная закачка сшитого полимера и воды.

К числу новых типов водорастворимых полимеров, которые можно эффективно использовать для увеличения нефтеотдачи относятся экзополисахариды - продукт жизнедеятельности микроорганизмов и получившие название “биополимеры”. Наиболее широкое распространение получил ксантан.

Их ценность определяется большой вязкостью раствора при низкой концентрации более высокая стойкость против механической, термокислотной деструкции и совместимость с высокоминерализованными пластовыми водами, меньшая стоимость.

Критерии наиболее эффективного применения метода на основании лабораторных, теоретических и промысловых испытаний технологии:

1. вязкость пластовой нефти должна находиться в пределах от 3 до 125 мПа•с.

2. проницаемостей пластов от 0,02 до 2,3 мкм2. Температура 60-90 °С.

3. глубина залегания пластов сама по себе не служит лимитирующим фактором.

4. вода для приготовления раствора полимера должна быть пресной или, в крайнем случае, слабоминерализованной (солей не более 10-20 г/л).

5. проектируются активные системы разработки: площадные, одноряд­ные и трехрядные при внутриконтурном заводнении. Законтурная закачка раствора полимера нежелательна ввиду непроизводительных затрат полимера.

studfiles.net

Пластмассы и природные полимеры

Полимеры состоят из небольших молекул, соединенных в длинные цепи. Пластмасса и синтетические волокна. например нейлон, — полимеры, полученные из содержащихся в нефти соединений. Помимо синтетических, существуют природные полимеры — резина, крахмал, шерсть, шелк и даже волосы человека. Пластик может принимать любую форму благодаря формовке.

Как делают пластмассу

Пластмассы — это синтетические полимеры, состоящие из органических соединений, входящих в состав нефти. Множество пластмасс, включая полиэтилен,  поливинилхлорид и полистирол получают из этилена — одного из алканов. Полиэтилен и полистирол можно расплавить и затем делать из них посуду. В тонкие листы полиэтилена упаковывают продукты.

Этилен — ненасыщенное соединение т.е. в нем есть двойные ковалентные связи, по которым могут присоединяться новые атомы. Термин «двойная связь» оз­начает, что у двух атомов есть две общие пары электронов. В состав молекулы этилена (C2h5) входят два атома углерода, соединенные двойной ковалентной связью. Двойная связь может открыться и присоединить новые атомы. При нагревании, высоком давлении и в присутствии катализатора молекулы этиле­на могут реагировать друг с другом. При этом двойные связи раскрываются, атомы углерода соединяются и образуют длинные цепочки — огромные молекулы по­лиэтилена. Такое соединение молекул называется полимеризацией. Небольшие молекулы, из которых состоит молекула полимера, называются мономерами. Гигантская молекула полиэтилена может содержать до 20 000 атомов углерода.  При замене некоторых атомов в мономерах на другие можно получать разные виды пластмасс. Поливинилхлорид (ПВХ) образуется при замещении атомов водорода в этилене атомами хлора: при этом образует­ся хлорэтилен. Молекула ПВХ состоит из длинной цепочки мономеров – молекул хлорэтилена.

Пластмассы делятся на две группы. Термопластичные пластмассы можно расплавить и использовать вновь, а термореактивные расплавить вновь нельзя. В термопластичных пластмассах полимерные цепочки не связанны между собой. В термореактивных пластмассах полимерные цепи жестко связаны друг с другом. Термопластичные пластмассы – такие, как полиэтилен, полистирол, нейлон, — гибкие, но не термостойкие. Эти пластмассы можно перерабатывать по нескольку раз, но пока это мало применяется. Термореактивные пластмассы используются только один раз. Они имеют жесткую структуру, они тверды и теплостойки. Эбонит, из кото­рого делают посуду, относится к термореактивным пластмассам.

Синтетические волокна

Из некоторых пластмасс, например из нейлона, полистирола и акрила, можно делать волокна. Их можно прясть, как шерсть и хлопок, делать из них одежду ковры, веревки и прочные ткани для парусов и парашютов. Синтетические волокна, например лайкра, гладкие и легкие. Они помогают уменьшить вес и трение, что важно для танцоров и спортсменов. Синтетические волокна прочнее и лег­че натуральных — шерсти, хлопка. К тому же из синтетических волокон, в отличие от натуральных, можно сделать очень длинные нити.

Свойства пластмасс

Здесь вы найдете описание множества ­полезных свойств пластмасс. Некоторые свойства пластмасс создают трудности. Пластмассы не подвержены гниению и коррозии, поэтому их нелегко уничтожить, а некоторые из них при горении выделяют ядовитые газы. Впрочем, сейчас уже разработаны новые сорта пластмасс, поддающихся биологическому разложению. Первые пластмассы были получены более 170 лет назад. Тогда был создан целлулоид, а позднее – бакелит. В начале XX века из бакелита делали корпуса радиоприемников и телефонов. Сейчас телефоны не делают из бакелита, а из значительно более легких материалов. Полиэтилен, полистирол и нейлон появились в 1930 годах. В упаковке из полистирола еда долго не остывает. Пенополистирол —   прекрасный изолятор, к тому же он очень легок. Из него делают упаковки для продуктов и бьющихся приборов. Современные паруса делают из чрезвычайно прочных и легких синтетических волокон, например майлара. Тефлон (политетрафторэтилен) делает поверхность сковородок гладкими, и к ним ничего не прилипает. Компакт-диски делают из поликарбоната. Затем их покрывают тонким слоем алюминия. Пластмассы не проводят электричество, поэтому из них делают вилки и розетки, а также изоляцию для проводов. В аэрокосмической промышленности используются композитные материалы – пластмассы, укрепленные стеклянным волокнами.

Природные полимеры

До изобретения пластмасс в текстильной промышленности использовались природные полимеры – шерсть, хлопок, джут. Молекулы природных полимеров, как и пластмасс, представляют собой длинные цепочки более простых молекул. Белки – тоже природные полимеры. ДНК, вещество, из которого состоят хромосомы, — природный полимер. Хромосомы находятся в составе ядер живых клеток. В них записана генетическая информация организма. Резину делают из природного полимера под названием латекс, млечного сока коры каучуконосных растений. После вулканизации — нагревания в присутствии серы — резина становится прочной. Вулканизация используется при производстве автомобильных шин.

www.polnaja-jenciklopedija.ru