Основные отрасли химической индустрии
Химическая промышленность представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных производств. Условно её можно разделить на несколько крупных направлений:
- Газоперерабатывающая промышленность – занимается подготовкой и переработкой природного и попутного газа.
- Нефтеперерабатывающая промышленность – основана на переработке сырой нефти в топлива, масла и сырьё для дальнейших химических превращений.
- Нефтехимическая промышленность – использует в качестве сырья фракции нефти и газа для производства широкого спектра химических продуктов.
- Коксохимическая промышленность – базируется на переработке угля.
- Микробиологическая промышленность – применяет биотехнологии для переработки углеводородного и иного сырья.
- Промышленность органического синтеза (тяжёлого и тонкого) – производит сложные органические соединения из нефтяного, газового и угольного сырья.
- Промышленность неорганического синтеза – выпускает неорганические вещества из минерального и органического сырья.
- Химико-фармацевтическая промышленность – фокусируется на создании лекарственных препаратов.
Современные тенденции направлены на создание интегрированных промышленных комплексов, объединяющих, например, газопереработку, нефтепереработку и нефтехимию. Такая кооперация позволяет оптимизировать логистику, использовать побочные продукты и значительно повышать общую рентабельность производства.
Роль и значение нефтехимии
Нефтехимия является фундаментом современного общества, обеспечивая его базовыми материалами. Эта отрасль демонстрирует высокую экономическую эффективность: её рентабельность в развитых странах часто превышает показатели сырьевых секторов и других химических производств, приближаясь к наиболее прибыльным видам бизнеса. Производительность труда в нефтехимии на 30–40% выше, чем в нефтегазодобыче.
Нефтехимические производства в передовых странах достигли высокой технологической зрелости. Это выражается в:
- Высоких выходах целевой продукции из сырья.
- Постоянном улучшении качества и расширении функциональных свойств материалов.
- Внедрении энергосберегающих схем.
- Использовании гибких технологий, адаптированных к разным видам сырья.
Уровень технологического развития страны сегодня во многом определяется долей синтетических материалов: пластмасс среди конструкционных материалов, синтетических волокон в текстильной промышленности, синтетических каучуков среди эластомеров. Без продуктов нефтехимии невозможно представить современные информационные технологии, космическую, ядерную, лазерную и оптическую технику. Именно на основе нефтехимии создаются новые материалы с заранее заданными свойствами: композиционные, керамические, оптические, магнитные, биологически активные.
Динамика рынка впечатляет: с 2002 по 2012 год мировой ВВП вырос в 2.25 раза, а цены на нефть – в 4.2 раза. К 2010 году потребление нефтехимической продукции в Азии превысило суммарный уровень США и Западной Европы. Спрос на базовые полупродукты распределяется так: олефины (этилен, пропилен) – 66%, ароматические соединения (бензол, толуол, ксилолы) – 21%, метанол и прочие – 13%.
Масштабы и особенности нефтехимического производства
В мире с помощью более 100 основных процессов производится 95–98% всей продукции органического синтеза. Из нефти, газового конденсата и углеводородных газов получают свыше 80 тысяч химических продуктов, хотя крупнотоннажных производств среди них лишь несколько десятков. Около половины продукции нефтехимии потребляется внутри самой отрасли для дальнейших превращений. В целом на нужды нефтехимии уходит примерно 10–12% всей добываемой нефти.
Производство является материало- и энергоёмким: на 1 тонну нефтехимической продукции расходуется 1.5–4.0 тонны сырья (этан, пропан, нафта и др.) и около 1.6 тонн условного топлива в виде пара, горячей воды и электроэнергии, что составляет 60–80% себестоимости. Около 60% продукции реализуется в радиусе 1000 км, 15% идёт на межрегиональный обмен и до 25% – на экспорт.
Нефтехимические предприятия – это источники потенциального загрязнения окружающей среды, поэтому в отрасли значительны затраты на природоохранные мероприятия. Не менее 5–10% капиталовложений направляется на создание экологически чистых и безотходных технологий.
Направления научно-технического прогресса в нефтехимии
Достижение технической зрелости только ускоряет темпы научно-технического прогресса. Ключевыми направлениями для отрасли являются:
- Развитие катализа. Катализ – основа современной химической индустрии. Около 60% всех химических производств США и 90% новых процессов основаны на каталитическом синтезе. Создание новых, более эффективных катализаторов и каталитических систем – залог ресурсо- и энергосбережения, а также уменьшения отходов.
- Химия метана. Развитие технологий переработки основного компонента природного газа открывает пути к более эффективному получению синтез-газа, метанола, аммиака и даже жидких топлив. Перспективны процессы прямого превращения метана в этилен, бензол и другие ценные продукты, минуя стадию синтез-газа. Широкое внедрение таких технологий может ознаменовать наступление «эры метана».
- Переработка алканов. Новые технологии позволят эффективно превращать, например, этан в винилхлорид, а пропан – в акрилонитрил, расширяя сырьевую базу.
- Биотехнология. Это направление позволяет снижать материало- и энергоёмкость процессов, использовать возобновляемое сырьё (биомассу) и решать экологические проблемы. Биокатализ, в отличие от традиционных процессов, часто протекает в мягких условиях, что вдвое снижает затраты. Уже существуют биотехнологии получения оксида пропилена, ксилита, кормового белка.
Историческая справка и современный контекст
Становление нефтехимии началось около 80 лет назад. Первой промышленной установкой считается производство изопропилового спирта из нефтяного сырья в 1920 году (США). Знаковыми событиями стали запуск первого производства синтетического каучука в СССР в 1931 году, синтез полиэтилена в 1939 году и последующее бурное развитие отрасли в 1950–1970-е годы в США, СССР, Западной Европе и Японии. В 1980–1990-е годы мощные нефтехимические комплексы появились в Южной Корее, Сингапуре, Саудовской Аравии и других странах.
Современный нефтегазохимический комплекс – это не набор изолированных отраслей, а тесно взаимосвязанная система, где успехи в одной области подстёгивают развитие других. Особую роль начинают играть нанотехнологии и нанохимия, работающие на молекулярном уровне. Они позволяют создавать высокоэффективные катализаторы и адсорбенты (например, цеолиты с наноразмерными порами), новые материалы вроде углеродных нанотрубок, ультрадисперсных порошков и наномембран, что открывает новые горизонты для всей индустрии.
Важнейшая продукция химии и нефтехимии
1. Пластические массы (пластмассы). Производятся на основе синтетических полимеров (полиэтилен, полипропилен, ПВХ и др.). Для придания специальных свойств в их состав вводят наполнители, пластификаторы, стабилизаторы. Пластмассы – это не просто заменители традиционных материалов, а принципиально новый класс конструкционных материалов с уникальными, часто недостижимыми в природе свойствами. Их применение практически безгранично, а основной мономер для производства – этилен.
2. Синтетические смолы. Это олигомеры (полимеры с небольшой молекулярной массой), которые при затвердевании образуют неплавкие и нерастворимые продукты. Они используются в производстве пластмасс, лаков, клеев, при отделке тканей и в деревообработке.
3. Синтетические каучуки (СК). Появились как замена дорогому натуральному каучуку. Первое в мире промышленное производство СК было организовано в СССР в 1931 году. Сегодня существует более 200 типов каучуков общего и специального назначения. Основные потребители – шинная промышленность и производство резинотехнических изделий. Ключевые мономеры – бутадиен и изопрен.
4. Синтетические волокна. Производство превышает 45 млн тонн в год. Эти волокна (полиэфирные, полиамидные, полиакрилонитрильные) не только заменяют натуральные и искусственные, но и служат основой для новых материалов, включая высокопрочные композиты. Сырьём являются этилен, пропилен, параксилол.
5. Поверхностно-активные вещества (ПАВ). Основа современных моющих средств. Их молекула состоит из гидрофобной (углеводородной) и гидрофильной частей. ПАВ обладают способностью снижать поверхностное натяжение, что обуславливает их моющее и пенообразующее действие. Помимо бытовой химии, ПАВ широко применяются в текстильной, нефтяной, строительной, металлообрабатывающей промышленности и многих других отраслях.
6. Минеральные удобрения. Мировое производство превышает 200 млн тонн в год, более половины из которых составляют азотные удобрения. Основное сырьё для производства аммиака (ключевого компонента) – природный газ.
Таким образом, химическая и нефтехимическая промышленность, основанная на сложных технологических процессах переработки углеводородного сырья, является критически важной для технологического суверенитета и экономического благополучия любой развитой страны, обеспечивая её материалами настоящего и будущего.