Технология нефтехимического синтеза

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 

Г. Ю. Климентова, Ф. Р. Гариева 

ТЕХНОЛОГИЯ 
НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА 

Учебно-методическое пособие 

Казань 
Издательство КНИТУ 
2019 

УДК 665.6(075) 
ББК 35.514я7

К49

Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 

Рецензенты: 
канд. хим. наук М. М. Латыпова 
канд. хим. наук Р. З. Мусин 

К49 

Климентова Г. Ю. 
Технология нефтехимического синтеза : учебно-методическое пособие / Г. Ю. Климентова, Ф. Р. Гариева; Минобрнауки России, Казан. 
нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2019. – 172 с. 

ISBN 978-5-7882-2697-2

Рассмотрены основные химические процессы, используемые в нефтехимической промышленности для производства ряда целевых продуктов, приведены принципиальные технологические схемы и лабораторные методики их 
получения.  
Предназначено для магистров, обучающихся по направлению 18.04.01 
«Химическая технология». Может быть использовано при выполнении 
научно-исследовательских работ. 
Подготовлено на кафедре технологии основного органического и 
нефтехимического синтеза. 

ISBN 978-5-7882-2697-2
© Климентова Г. Ю., Гариева Ф. Р., 2019
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2019

УДК 665.6(075) 
ББК 35.514я7

ВВЕДЕНИЕ 

Основной органический и нефтехимический синтез – это мощная 
отрасль химической технологии, которая на базе простейшего парафинового и ароматического сырья, олефинов, ацетилена и оксида углерода производит органические вещества различного назначения. Синтетические углеводороды, галогенсодержащие соединения, спирты, фенолы, альдегиды, кетоны, простые эфиры, карбоновые кислоты и их 
производные – далеко не полный перечень продуктов, производимых 
промышленностью нефтехимического синтеза. По своему назначению 
продукция отрасли – это исходное сырье для промышленности тонкого 
органического синтеза, мономеры и вспомогательные вещества для 
синтеза и переработки полимеров, растворители, экстрагенты, синтетическое топливо, масла, поверхностно-активные вещества и биологически активные средства, пестициды и химические средства защиты растений. 
В данном пособии представлены теоретические основы основных процессов органического синтеза: конденсации по карбонильной 
группе , дегидратация спиртов, процессов алкилирования ароматических углеводородов, хлорирования ароматических соединений, изомеризация насыщенных углеводородов, дегидрирования и производства 
жидкокристаллических полимеров. В каждой главе представлены описания лабораторных работ и контрольные вопросы по теме.  

1. ПРОЦЕСС РЕКТИФИКАЦИИ 

Производство органического и нефтехимического синтеза – это 

функциональная система, в которой осуществляются химико-технологические процессы, протекающие в определенных аппаратах. Химикотехнологический процесс включает в себя следующие этапы:  

– подготовка исходных реагентов, которая заключается в очистке 

сырья от присутствия различных примесей, так как некоторые примеси 
могут быть «ядом» для катализатора или вызывать прохождение дополнительных побочных процессов; 

– химическая реакция между исходными реагентами;  
– выделение продуктов реакций, которое заключается в разделе
нии смесей продуктов, получающихся в результате синтеза в химическом реакторе.   

Для осуществления этапов подготовки реагентов и выделения 

продуктов реакций широко используются массообменные процессы: 

– абсорбция; 
– адсорбция; 
– экстракция; 
– дистилляция и ректификация. 
Все процессы массопередачи характеризуются переходом одного 

или нескольких веществ из одной фазы в другую.  

Абсорбция – процесс поглощения компонента из паровой или га
зовой фазы жидким поглотителем (абсорбентом). Чаще всего используется для очистки технологических газов и газовых выбросов. 

Адсорбция – процесс поглощения компонента из паровой, газо
вой либо жидкой фаз твердым пористым поглотителем (адсорбентом). 
Процесс обратный абсорбции, применяется при извлечении вещества 
небольшой концентрации из смеси. 

Экстракция – процесс извлечения одного или нескольких компо
нентов из растворов или твердых тел с помощью избирательных растворителей – экстрагентов. Раствор извлеченного вещества в экстрагенте называется экстрактом. 

Существует два вида перегонки: простая перегонка – дистилля
ция и ректификация. Разделение перегонкой основано на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре. Получаемый пар содержит низкокипящий компонент, а неиспарившаяся жидкость – высококипящий компонент.  

Дистилляция (простая перегонка) – процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров. 
 Она применима только для разделения смесей, температуры кипения компонентов которой существенно различны.  
Ректификация – это процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации образующихся паров, т. е. процесс разделения гомогенных смесей летучих жидкостей путем двустороннего 
массо- и теплообмена между неравновесными жидкой и паровой фазами, имеющими различную температуру и движущимися относительно друг друга. Разделение осуществляется обычно в колонных аппаратах при многократном и непрерывном контакте фаз. При каждом 
контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий 
компонент (НК), которым обогащаются пары, а из паровой фазы конденсируется преимущественно высококипящий компонент (ВК), переходящий в жидкость. Обмен компонентами между фазами позволяет 
получить, в конечном счете, пары, представляющие собой почти чистый НК. Эти пары, выходящие из верхней части колонны, после их 
конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят, или ректификат 
(верхний продукт) и флегму – жидкость, возвращаемую для орошения 
колонны и взаимодействия с поднимающимися по колонне парами. 
Снизу колонны удаляется жидкость, представляющая собой почти чистый ВК, - остаток. Часть остатка испаряют в нижней части колонны 
для получения восходящего потока пара. 
Высококипящий компонент – компонент, который имеет 
наименьшее давление паров при данной температуре по сравнению 
с давлением паров других компонентов смеси и наибольшую температуру кипения при одинаковом для всех компонентов смеси давлении. 
Низкокипящий компонент – компонент, который имеет наибольшее 
давление паров и наименьшую температуру кипения. 
Различают несколько видов ректификации: 
- Непрерывная ректификация.
- Периодическая ректификация применяется, если разделение
смеси требует определенного времени для накопления продуктов и их 
количество невелико или в условиях часто меняющегося состава исходной смеси. Периодическая ректификация может осуществляться двумя 
способами: при постоянном флегмовом числе или при постоянном составе дистиллята. 

- Экстрактивная ректификация. Применяется для разделения 

бинарной смеси, летучести компонентов которой близки. Для облегчения разделения такой смеси и упрощения устройства ректификационной колонны в смесь добавляется третий компонент – экстрагент. 

- Азеотропная ректификация. Применяется для разделения азео
тропных смесей, т. е. смесей, имеющих точки на фазовых диаграммах, 
в которых составы пара и жидкости равны. Для этого к смеси добавляется другой компонент, образующий с одним из компонентов исходной 
смеси новую более летучую азеотропную смесь. Новая смесь отгоняется в качестве дистиллята, другой чистый компонент выводится в виде 
кубового остатка. 

Принципиальная схема ректификационной установки представ
лена на рис. 1.1. 

 

 

Рис. 1.1. Принципиальная схема процесса ректификации: 

1 – емкость для исходной смеси; 2, 9 – насосы; 3 – теплообменник;  
4 – кипятильник; 5 – ректификационная колонна; 6 – дефлегматор;  

7 – холодильник дистиллята; 8 – емкость для сбора дистиллята;  
10 – холодильник кубовой жидкости; 11 – емкость для кубовой  

жидкости 

 

Исходную смесь из емкости 1 насосом 2 подают в теплообменник 

3, где она подогревается до температуры кипения для того, чтобы 
уменьшить тепловую нагрузку питающей тарелки. Затем смесь подают 
в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, в которой состав 

смеси равен составу хf. Смесь стекает вниз по колонне, взаимодействуя 
с кубовыми парами, образующимися в кипятильнике 4 при кипении кубовой жидкости. Начальный состав пара примерно равен составу жидкости хw, т. е. обеднен легколетучим компонентом. Происходит массообмен жидкости и пара, в ходе которого пар обогащается легколетучим 
компонентом. Для более полного обогащения в верхнюю укрепляющую часть колонны вводят флегму в соответствии с заданным флегмовым числом. Флегма образуется конденсацией дистиллята в дефлегматоре 6 и имеет состав хp. Часть конденсата выводится из дефлегматора 
6 в качестве готового продукта разделения – дистиллята, который далее 
охлаждается в теплообменнике 7 и отправляется в промежуточную емкость. Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость, обогащенная труднолетучим компонентом, и через 
теплообменник 10 направляется в промежуточную емкость 11. 
Необходимо также отметить, что питающая тарелка делит колонну на две части: укрепляющую, которая обеспечивает укрепление 
паров легколетучим компонентом, и исчерпывающую часть, которая 
обогащает жидкость труднолетучим компонентом.  
В промышленности чаще всего применяются насадочные 
(рис. 1.2), тарельчатые и пленочные ректификационные колонны. Виды 
контактных устройств выбираются на основе экономических и технологических параметров. В химической, нефтехимической и газовой 
промышленностях наибольшее применение нашли колонны с тарелками и насадками. Некоторые особенности конструкции колонн рассмотрены далее. 
Факторы, оказывающие влияние на процесс ректификации: 
- разность между рабочими и равновесными концентрациями.
Чем больше разность, тем скорость массообмена выше; 
- разность между температурами кипения кубовой жидкости и
дистиллята. Чем выше разность, тем большее происходит обогащение 
пара низкокипящим компонентом, а стекающей вниз флегмы – высококипящим; 
- физические свойства сред. Иногда возможно существенное изменение физических свойств, сред по высоте колонны, что может повлиять не только на скорость массопереноса, но и на величину поверхности контакта фаз (ухудшение или улучшение смачиваемости 
насадки, изменение размеров пузырьков и т. д.), что может быть связано с изменением поверхностного натяжения жидкости вследствие изменения ее состава и температуры.  

Рис. 1.2. Насадочная ректификационная колонна с кипятильником: 

1 – корпус; 2 – насадка; 3 – опорная решетка; 4 – перераспределитесь 
флегмы; 5 – патрубок для слива кубового остатка; 6 – кипятильник; 

7 – ороситель 

 

Контактные устройства. В настоящее время известно множе
ство различных конструкций тарельчатых контактных устройств, которые классифицируют по ряду признаков: 

- по способу организации перелива жидкости с тарелки на та
релку различают тарелки с переточными устройствами и тарелки без 
переточных устройств (провального типа); у тарелок первого типа 
жидкость перетекает с тарелки на тарелку через специальные каналы, 
которые не предназначены для прохода пара; у тарелок второго типа 

пар (газ) и жидкость проходят через одни и те же отверстия, при этом 
места стока жидкости и прохода газа (пара) устанавливаются на тарелке 
случайным образом; 
- по числу потоков жидкости тарелки выполняют одно-, двух- и
многопоточными. Последние применяют в колоннах большого диаметра и при значительных расходах жидкости с целью обеспечения равномерного уровня жидкости на тарелке и распределения паров по площади контактного устройства; 
- в зависимости от диаметра аппарата тарелки выполняют со
сплошным полотном или разборной конструкции. Первые применяют 
при сравнительно небольших диаметрах колонн, причем для ремонта 
на таких тарелках предусматривают люки. Разборные тарелки собирают из отдельных элементов, размеры которых позволяют заносить их 
в колонну через люки; 
- в зависимости от направления движения газовой и жидкой фаз
в зоне контакта различаются тарелки с перекрестным током (барботажные), прямоточные (струйные) и противоточные. Прямоточные 
тарелки наиболее производительны, однако они не обладают достаточно высокой эффективностью. Поэтому на практике стремятся задержать развитие прямоточного движения, устанавливая отбойники или 
вертикальные перегородки в каналах смежных элементов тарелки, изменяя при этом направление ввода пара в смежные элементы; 
- по типу контактных смежных элементов тарелки разделяют:
на колпачковые, клапанные, ситчатые, решетчатые, S-образные, комбинированные и специальные. 
До 1950-х гг. в нефтеперерабатывающей и химической промышленностях в основном находились в эксплуатации колонны с колпачковыми и ситчатыми тарелками. Затем появились различные типы тарелок, впоследствии нашедшие широкое применение (клапанные, S-образные, струйные и пр.), которые стали превосходить показатели колпачковых и ситчатых тарелок. В химической и нефтехимической промышленности нашли применение в основном стандартные конструкции тарелок: ситчатые, колпачковые, клапанные, S-образные, решетчатые, провальные решетчатые, капсульные и др. В настоящее время разработано огромное количество тарелок и насадок. Каждая из них выби-
рается в зависимости от их эффективности, от вида процесса и веществ, 
от технологического процесса. На рис. 1.3 представлены схемы некоторых тарелок. 

Рис. 1.3. Схемы тарелок: а – колпачковая (1 – основания для слоя 
жидкости; 2 – патрубки для входа пара; 3 – колпачки;  
4, 5 – переливные устройства); б – из S-образных элементов; 
в – ситчатая 

Колпачковые тарелки с капсульными колпачками представлены 
на рис. 1.4. Используются в колоннах диаметром более 400 мм и расстоянием между тарелками более 200 мм. По производительности такие тарелки уступают другим видам тарелок. Они сравнительно трудоемки в изготовлении и монтаже, но так как достаточно универсальны и 
неприхотливы в эксплуатации, данные тарелки широкое применение. 

Рис. 1.4. Колпачок капсульный