Каталитические процессы нефтехимии и нефтепереработки

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский

технологический университет»

КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 

НЕФТЕХИМИИ 

И НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ

Учебное пособие

Рекомендовано 
федеральным 

учебно-методическим объединением по укрупненной группе 
специальностей и направлений 
подготовки 18.00.00 Химические технологии в качестве 
учебного пособия для студентов высших учебных заведений 
обучающихся по направлению 
подготовки «Химическая технология»

Казань

Издательство КНИТУ

2019

УДК 665.64(075)
ББК 35.544я7

К29

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. МТУ Б. В. Пешнев
ст. науч. сотр. ХГН  ИОФХ КНЦ РАН

д-р хим. наук В. Ф. Николаев

 
К29 

М. В. Журавлева, Г. Ю. Климентова, О. В. Зиннурова, 
И. Н. Гончарова, А. А. Фирсин 
Каталитические процессы нефтехимии и нефтепереработки : учебное 
пособие / М. В. Журавлева [и др.]; Минобрнауки России, Казан. нац. 
исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2019. – 316 с. 
 
ISBN 978-5-7882-2551-7 

Изложены теоретические основы катализа процессов органического и 

нефтехимического синтеза. Рассмотрены технико-технологические аспекты 
выбора, производства и эксплуатации катализаторов процессов нефтехимии и 
нефтепереработки. Приведены промышленные каталитические технологии 
получения ряда органических соединений и нефтепереработки. Представлен 
обзор перспективных направлений развития катализа и современных промышленных катализаторов процессов нефтепереработки, органического и 
нефтехимического синтеза.

Предназначено для бакалавров старших курсов и магистров, обучаю
щихся по направлению «Химическая технология», а также может быть полезно для аспирантов, инженеров, работающих в сфере каталитических технологий процессов нефтехимии и нефтепереработки.

Подготовлено на кафедре технологии основного органического и 

нефтехимического синтеза».

ISBN 978-5-7882-2551-7
© Журавлева М. В., Климентова Г. Ю., 

Зиннурова О. В., Гончарова И. Н., 
Фирсин А. А., 2019

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2019

УДК 665.64(075)
ББК 35.544я7

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................ 5
1. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ 
НЕФТЕГАЗОХИМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ................................. 6
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КАТАЛИЗА ПРОЦЕССОВ 
НЕФТЕХИМИИ И НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ......................................23
2.1. Классификация каталитических процессов 
и катализаторов.................................................................................25
2.2. Гомогенные каталитические процессы .......................................30
2.3. Гетерогенные каталитические процессы.....................................74
2.4. Ферментативный катализ..........................................................121
3. ИНЖЕНЕРНЫЕ ОСНОВЫ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 
ОРГАНИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ НЕФТЕХИМИИ И 
НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ ..................................................................132
3.1. Аппаратурное оформление каталитических процессов.............132
3.2. Технологические основы производства катализаторов .............141
3.3. Производство контактных масс ................................................150
3.4. Осажденные контактные массы ................................................154
3.5. Производство катализаторов на носителях ...............................168
3.6. Производство контактных масс, получаемых механическим 
смешением компонентов.................................................................173
3.7. Производство плавленых и скелетных контактных масс...........176
3.8. Производство катализаторов на основе природных глин, 
цеолитов, ионообменных смол ........................................................179
4. ТЕХНОЛОГИИ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 
НЕФТЕХИМИИ И НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ....................................193
4.1. Производство этилацетата ........................................................193
4.2. Производство уксусной кислоты...............................................196
4.3. Производство бутадиена ...........................................................199
4.4. Производство метиламинов ......................................................201
4.5. Производство этилбензола (изопропилбензола)........................204
4.6. Производство винилацетата из ацетилена.................................206
4.7. Производство оксида этилена ...................................................207
4.8. Совместное производство уксусной  кислоты и уксусного
ангидрида ........................................................................................210
4.9. Производство уксусного ангидрида дегидратацией уксусной 
кислоты ...........................................................................................212

4.10.  Производство полипропилена кислотной полимеризацией 
пропилена........................................................................................214
4.11. Производство синтез-газа каталитической конверсией 
углеводородов .................................................................................216
4.12. Производство хлористого этила..............................................219
4.13. Производство хлорбензола......................................................219
4.14. Производство хлористого метила............................................222
4.15. Производство изопропилового спирта ....................................222
4.16. Окисление циклогексана со ступенчатой водной 
промывкой.......................................................................................225
4.17. Каталитический крекинг .........................................................227
4.18. Каталитический риформинг со стационарным слоем 
катализатора....................................................................................229
5. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КАТАЛИТИЧЕСКИХ 
ПРОЦЕССОВ В НЕФТЕХИМИИ И НЕФТЕПЕРЕРАБОТКЕ .........232
5.1. Микрогетерогенный катализ.....................................................232
5.2. Бифазный катализ .....................................................................271
5.3. Катализ в сверхкритических растворителях..............................282
5.4. Современные катализаторы процессов нефтехимии 
и нефтепереработки ......................................................................... 295 
ЛИТЕРАТУРА...............................................................................309 

ВВЕДЕНИЕ

В числе приоритетных направлений экономического развития 

России энергоресурсосбережение и рациональное природопользование 
в нефтегазодобыче, нефтегазопереработке и нефтегазохимии. Их развитие обеспечивается решением задач по рациональному использованию и обеспечению расширенного воспроизводства сырьевой базы 
нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности; сокращению потерь на всех стадиях технологического процесса при подготовке, добыче, транспорте, переработке нефти и газа; углублению 
нефтегазопереработки; комплексному извлечению и использованию 
всех ценных попутных и растворенных компонентов, модернизации 
существующих нефтегазоперерабатывающих и нефтехимических производств, разработке и освоению новых технологий. Ключевую роль в 
эффективном решении этих задач играют каталитические технологии, 
так как более 85 % всех промышленных химико-технологических процессов проводятся с использованием катализаторов.

Большое практическое применение катализаторов в процессах 

нефтегазохимии, нефтегазопереработки, интенсивность развития каталитических технологий, постоянное обновление ассортимента катализаторов, применяемых в промышленности, определяют потребность в 
специалистах, обладающих высокоспециализированными знаниями, 
способных к эффективной профессиональной деятельности в условиях 
инновационного развития нефтегазохимического комплекса.

Предлагаемое учебное пособие предназначено для использова
ния в подготовке бакалавров и магистров, обучающихся по направлению «Химическая технология».

При подготовке пособия авторами преследовалась цель – сфор
мировать у будущих инженеров комплексное представление о механизмах действия и видах катализаторов, их использовании в промышленных процессах. Учитывая высокие темпы развития каталитических 
технологий, здесь представлена информация о перспективах их использования в нефтехимии и нефтепереработке.

1. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ 

НЕФТЕГАЗОХИМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Долгосрочные интересы России направлены в сторону создания 

современной экономики инновационного типа, интегрированной в мировое экономическое пространство. Поэтому сегодня осуществляется 
разработка и реализация среднесрочных и долгосрочных программ развития отраслей, имеющих прорывное значение для экономики страны. 
В их числе топливно-энергетический комплекс, в котором одно из ведущих мест принадлежит нефтегазохимическому сектору, являющемуся базой для реализации приоритетного направления экономического развития страны по энергоресурсосбережению и рациональному 
природопользованию в области нефтепереработки и нефтехимии. 

Современный нефтегазохимический комплекс играет решаю
щую роль в обеспечении экономической стабильности страны, так как 
нефтегазодобыча, переработка нефти и газа, нефтегазохимия не только 
имеют важнейшее самостоятельное значение для экономики, но и оказывают определяющее влияние на развитие многих жизненно важных 
отраслей – от медицинской и пищевой до машиностроительной и космической. Нефтехимический комплекс обеспечивает России сильные 
позиции на мировом рынке и перспективен для построения национальной инновационной экономики. 

Официальным отражением темпов экономического развития 

страны является динамика валового внутреннего продукта. Именно к 
этому показателю апеллируют большинство экономических и политических аналитиков. В докладе Всемирного банка о состоянии российской экономики сообщается, что природные ресурсы дают более 80 % 
объема экспорта, а доходы от экспорта нефти и газа равны 20 % ВВП.

Предприятия нефтегазохимического комплекса размещены во 

всех округах Российской Федерации. Однако при этом существует 
разрыв между сырьевыми регионами (Западная Сибирь, Восточная 
Сибирь, Дальний Восток) и центрами переработки, расположенными 
преимущественно в европейской части страны.

Полный технологический цикл, включающий в себя нефтегазо
добычу, переработку углеводородов и нефтехимический синтез, прослеживается в четырех федеральных округах: в Приволжском (43,5 %), 
Центральном (доля округа в общем объеме производства химического 
комплекса РФ составляет 24,4 %), Сибирском (11,2 %) и СевероКавказском (10,4 %) .

Основные направления инновационного развития нефтегазохи
мического комплекса определены в Энергетической стратегии России 
на период до 2035 г. (ЭС-2035): рациональное использование разведанных запасов нефти, обеспечение расширенного воспроизводства 
сырьевой базы нефтедобывающей промышленности; ресурсо- и энергосбережение, сокращение потерь на всех стадиях технологического 
процесса при подготовке запасов, добыче, транспорте и переработке 
нефти, газа; углубление переработки нефти, комплексное извлечение и 
использование всех ценных попутных и растворенных компонентов; 
формирование и развитие новых крупных центров добычи нефти и газа, в первую очередь в восточных районах России и на шельфе арктических и дальневосточных морей, модернизация существующих 
нефтегазоперерабатывающих и нефтегазохимических производств, 
разработка  и освоение новых технологий. В целом государственная 
энергетическая политика определяет центральную идею ЭС-2035 о 
том, что НГХК является локомотивом развития экономики страны. 

Объем нефтепереработки в ЭС-2035 растет медленнее, чем за
планировано в ранее принятых документах ЭС-2020, ЭС-2030, что 
обусловлено более низким прогнозом экспорта нефтепродуктов (мазута), а также более умеренными темпами роста внутреннего потребления моторного топлива по сравнению с ЭС-2030. Но вместе с тем, в 
ЭС-2035 сохраняется ориентация на существенное повышение глубины переработки нефти.

В экспорте нефти и газа ожидается существенно более высокая 

доля стран Азиатско-Тихоокеанского региона (АТР). Также в настоящей стратегии в экспорте газа ожидается значительно более высокая 
доля сжиженного природного газа (СПГ). Эти изменения связаны с 
пересмотром ключевых трендов и направлений развития мировой экономики и энергетики. В мире ожидается значительный рост производства СПГ и его роли в международной торговле энергоресурсами. 
В перспективе появление новых крупных игроков на рынке СПГ достаточно сильно перекроит направления поставок традиционных производителей, которые все больше будут ориентировать свой экспорт 
на Азию. В связи с этим освоение новых энергетических рынков, и 
прежде всего в АТР, а также укрепление позиций на высококонкурентных мировых рынках СПГ представляют для России значительный интерес.

Энергетическая стратегия России на период до 2035 года  пред
полагает умеренный рост экспорта энергоносителей темпами 0,7 % в 

год в период 2010-2035 гг. Но при этом Россия останется одним из ведущих игроков на рынке углеводородов, будет активно участвовать в 
развитии рынков электроэнергии и угля, упрочит свои позиции в мировой атомной энергетике. Наибольшими темпами будет расти спрос 
на российский газ (в среднем на 1,9 % в год в период до 2035 г.). 

Целевой прогнозный топливно-энергетический баланс России 

на период до 2035 г. предусматривает увеличение производства и потребления первичных энергетических ресурсов на 26–27 % с 2010 по 
2035 г. и следующие изменения его структуры: 

− уменьшение доли нефти и конденсата с 39 до 32–33 % в про
изводстве первичных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) при 
стабилизации объемов добычи и переработки нефти с продолжающимся ростом производства нефтяных моторных топлив в 1,5 раза и 
сырья для нефтехимии за счет увеличения глубины переработки нефти 
до 90 % к 2035 г.;

− рост доли природного и попутного газа с 41 до 47 % в произ
водстве первичных ТЭР с достижением эффективных объемов его добычи (около 935 млрд м3 в год) и потребления (около 585 млрд м3);

− сохранение доли твердого топлива на уровне 11–12 % в про
изводстве первичных ТЭР с ростом добычи угля до 370–380 млн т и 
его потребления на 6-7 %;

− увеличение доли нетопливных источников энергии в произ
водстве первичных ТЭР  с 7 до 9 % при росте размеров их использования в 1,5–1,6 раза, в том числе атомной энергии – в 2–2,2 раза;

Данные изменения потребуют реализации ряда стратегических 

инициатив, которые являются комплексными межотраслевыми частногосударственными долгосрочными проектами, требующими особых 
усилий для реализации. Они включают:

− формирование нефтегазовых комплексов в восточных регио
нах страны;

− освоение углеводородного потенциала континентального 

шельфа арктических морей и Севера России;

− развитие технологического энергосбережения; 
− развитие внутренней энергетической инфраструктуры.
Важный аспект ресурсно-инновационного развития и повыше
ния экономической эффективности топливно-энергетического комплекса России – развитие нефтегазохимии с целью большей монетизации ресурсов углеводородов. 

Стратегической целью внешней энергетической политики явля
ется укрепление позиций России на внешних рынках за счет повышения конкурентоспособности российской энергетики, географической и 
продуктовой диверсификации экспорта и повышения качества экспортных продуктов. Первой важнейшей задачей в этой связи является 
ускоренный выход на рынок АТР, доля которого в российском экспорте нефти и нефтепродуктов возрастет к 2035 г. с 12 до 23 % (сырой 
нефти – 32 %), а в экспорте газа – с 6 до 31 %. Энергетические рынки 
Европы и СНГ останутся основными рынками сбыта продукции российского НГХК, но объемы экспорта после 2015 г. будут снижаться и 
к концу периода составят 95 % от уровня 2010 г.

Второй задачей является продуктовая диверсификация экспорта. 

К 2035 г. доля доминирующих ныне нефти и нефтепродуктов уменьшится в 1,3 раза в энергетическом эквиваленте за счет увеличения в 
1,4–1,5 раза доли природного сетевого и особенно сжиженного газа и 
электроэнергии. В экспорте нефтепродуктов ожидается качественный 
сдвиг в пользу высококачественных продуктов: экспорт мазута снизится с 57 млн т в 2010 г. до 20 млн т в 2035 г., а моторного топлива 
возрастет с 44 млн т в 2010 г. до 58 млн т в 2035 г., причем их качество 
значительно улучшится в связи с модернизацией нефтепереработки. 
Объем экспорта СПГ из России к концу первого периода может составить 30 млн т, а к концу третьего периода – достичь 100 млн т. Модернизация НГХК позволит значительно нарастить экспорт ее продукции.

Основными проблемами, замедляющими модернизацию НГХК, 

являются высокая зависимость от импорта, низкая инвестиционная 
привлекательность, увеличение стоимости оборудования из-за снижения курса рубля, инфляция, снижение доходов населения, снижение 
спроса. Среди антистимулов развития НГХК России можно выделить 
также высокие ставки по кредитам (ключевая ставка кредита – 11 %, 
банковская – 22–25 %, тогда как в Китае эта ставка равна 5,6 %, в 
США – 3,3 %, в Европе – 3,4 %), кроме того, неэффективность проводимых изменений в налоговой политике.

Анализ официальных статистических данных показывает, что 

товарную структуру импортных закупок формирует широкий по номенклатуре и ассортименту круг товаров с высокой добавленной стоимостью, которые в 2013 г. на 31,9 % обеспечили спрос на крупнотоннажные полимеры. Главное место в импорте занимают пластмассы, и 
синтетические смолы, доля которых в стоимости импортных закупок 
составляет более 18 %. 

Крупнейшим по значимости поставщиком продукции нефтега
зохимии на рынок России является Китай, доля которого 17,3 % от 
стоимости импорта, второе место за Германией – 15,4% от общей стоимости отечественного импорта, далее следуют США – 5,8 %. Это 
свидетельствует о значительных потребностях внутреннего рынка в 
продукции нефтегазохимии. При этом Китай и Германия не располагают в достаточном объеме сырьевыми ресурсами (углеводородным 
сырьем), в то же время Сингапур по объемам выпуска нефтегазохимической продукции опережает РФ, абсолютно не имея никаких сырьевых ресурсов, создавая производства на насыпных островах из-за дефицита земли (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Доля стран в мировом производстве 

нефтегазохимической продукции

В результате реализации ЭC-2030 удалось сократить импорт 

продукции нефтегазохимии в 2015 году до 13,6 млрд долл. по сравнению с 2014 г. (18,3 млрд долл), импорт сократился на 25,7 % 
(табл. 1.1).