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, обучающихся 
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 раз-
витие обеспечивается решением задач по рациональному использова-
нию и обеспечению расширенного воспроизводства сырьевой базы 
нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности; со-
кращению потерь на всех стадиях технологического процесса при под-
готовке, добыче, транспорте, переработке нефти и газа; углублению 
нефтегазопереработки; комплексному извлечению и использованию 
всех ценных попутных и растворенных компонентов, модернизации 
существующих нефтегазоперерабатывающих и нефтехимических про-
изводств, разработке и освоению новых технологий. Ключевую роль в 
эффективном решении этих задач играют каталитические технологии, 
так как более 85 % всех промышленных химико-технологических про-
цессов проводятся с использованием катализаторов.

Большое практическое применение катализаторов в процессах 

нефтегазохимии, нефтегазопереработки, интенсивность развития ката-
литических технологий, постоянное обновление ассортимента катали-
заторов, 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 направле-
нию «Химическая технология».

При подготовке пособия авторами преследовалась цель – сфор-

мировать у будущих инженеров комплексное представление о меха-
низмах действия и видах катализаторов, их использовании в промыш-
ленных процессах. Учитывая высокие темпы развития каталитических 
технологий, здесь представлена информация о перспективах их ис-
пользования в нефтехимии и нефтепереработке.

1. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ 

НЕФТЕГАЗОХИМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Долгосрочные интересы России направлены в сторону создания 

современной экономики инновационного типа, интегрированной в ми-
ровое экономическое пространство. Поэтому сегодня осуществляется 
разработка и реализация среднесрочных и долгосрочных программ раз-
вития отраслей, имеющих прорывное значение для экономики страны. 
В их числе топливно-энергетический комплекс, в котором одно из ве-
дущих мест принадлежит нефтегазохимическому сектору, являюще-
муся базой для реализации приоритетного направления экономическо-
го 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 ока-
зывают определяющее влияние на развитие многих жизненно важных 
отраслей – от медицинской и пищевой до машиностроительной и кос-
мической. Нефтехимический комплекс обеспечивает России сильные 
позиции на мировом рынке и перспективен для построения нацио-
нальной инновационной экономики. 

Официальным отражением темпов экономического развития 

страны является динамика валового внутреннего продукта. Именно к 
этому показателю апеллируют большинство экономических и полити-
ческих аналитиков. В докладе Всемирного банка о состоянии россий-
ской 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, про-
слеживается 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 Северо-
Кавказском (10,4 %) .

Основные направления инновационного развития нефтегазохи-

мического комплекса определены в Энергетической стратегии России 
на период до 2035 г. (ЭС-2035): рациональное использование разве-
данных запасов нефти, обеспечение расширенного воспроизводства 
сырьевой базы нефтедобывающей промышленности; ресурсо- и энер-
госбережение, 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 га-
за, в первую очередь в восточных районах России и на шельфе аркти-
ческих 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 (мазу-
та), а также более умеренными темпами роста внутреннего потребле-
ния моторного топлива по сравнению с ЭС-2030. Но вместе с тем, в 
ЭС-2035 сохраняется ориентация на существенное повышение глуби-
ны переработки нефти.

В экспорте нефти и газа ожидается существенно более высокая 

доля стран Азиатско-Тихоокеанского региона (АТР). Также в настоя-
щей стратегии в экспорте газа ожидается значительно более высокая 
доля сжиженного природного газа (СПГ). Эти изменения связаны с 
пересмотром ключевых трендов и направлений развития мировой эко-
номики и энергетики. В мире ожидается значительный рост производ-
ства СПГ и его роли в международной торговле энергоресурсами. 
В перспективе появление новых крупных игроков на рынке СПГ до-
статочно сильно перекроит направления поставок традиционных про-
изводителей, 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 высококонку-
рентных мировых рынках СПГ представляют для России значитель-
ный 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 ве-
дущих игроков на рынке углеводородов, будет активно участвовать в 
развитии рынков электроэнергии и угля, упрочит свои позиции в ми-
ровой 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 по-
требления 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 продолжаю-
щимся 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 до-
бычи (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 использова-
ния 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 частно-
государственными 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 ком-
плекса России – развитие нефтегазохимии с целью большей монетиза-
ции ресурсов углеводородов. 

Стратегической целью внешней энергетической политики явля-

ется укрепление позиций России на внешних рынках за счет повыше-
ния конкурентоспособности российской энергетики, географической и 
продуктовой диверсификации экспорта и повышения качества экс-
портных продуктов. Первой важнейшей задачей в этой связи является 
ускоренный выход на рынок АТР, доля которого в российском экспор-
те 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 рос-
сийского 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 умень-
шится 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 сни-
зится 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 соста-
вить 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 сто-
имости отечественного импорта, далее следуют США – 5,8 %. Это 
свидетельствует о значительных потребностях внутреннего рынка в 
продукции нефтегазохимии. При этом Китай и Германия не распола-
гают в достаточном объеме сырьевыми ресурсами (углеводородным 
сырьем), в то же время Сингапур по объемам выпуска нефтегазохими-
ческой продукции опережает РФ, абсолютно не имея никаких сырье-
вых ресурсов, создавая производства на насыпных островах из-за де-
фицита 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 сравне-
нию с 2014 г. (18,3 млрд долл), импорт сократился на 25,7 % 
(табл. 1.1).

Таблица 1.1

Структура внешнеторгового оборота продукции химического ком-

плекса РФ в январе – сентябре 2015 г.

Показатель
Январь – сен-
тябрь 2014 г.,

млрд долл.

Январь – сен-
тябрь 2015 г., 

млрд долл.

Темп ро-

ста, %

Внешнеторговый оборот
35,6
29,5
82,9

Экспорт
17,3
15,9
91,9

Импорт
18,3
13,6
74,3

Следует отметить, что темпы сокращения импорта значительно 

превысили темпы сокращения экспорта. Экспортные поставки Россией 
нефтегазохимической продукции за рубеж снизились по стоимости на 
8,1 %, в то время как снижение импортных закупок составило 25,7 %. 
В то же время в 2015 г. нефтегазохимическая промышленность пока-
зала рост по всей технологической цепочке, в частности полимеры вы-
росли на 8,1 %, каучуки на 9,8 %. Опережающие темпы развития 
нефтегазохимической промышленности от темпов развития россий-
ской промышленности обусловлены вводом новых мощностей в 2013 
и в 2014 гг. (1855 тыс. т мощностей нефтегазохимической продукции). 
Лидером является ПАО «СИБУР Холдинг», который ввел 1530 тыс. т
мощностей. 

Основным нефтедобывающим районом России на всю рассмат-

риваемую перспективу останется Западная Сибирь, хотя ее доля к 
2020 г. снизится до 58–55 % (против 68 % на сегодня). Современное 
положение дел характеризуется масштабной добычей нефти в Тимано-
Печорской провинции, на шельфе Каспийского и северных морей, в 
Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Всего на Дальний Восток 
России к 2020 г. будет приходиться 15–20 % нефтедобычи в стране.

Приоритетами энергетической политики в Северо-Западном фе-

деральном округе остается развитие нефтегазовой промышленности на 
побережье Северного Ледовитого океана и шельфе арктических морей 
с формированием здесь новых портов на Балтике и Баренцовом море, 
пригодных для экспорта нефти и нефтепродуктов.
В Северо-

Кавказском округе с ростом добычи нефти на шельфе Каспийского 
моря планируется дальнейшее развитие нефтегазотранспортной ин-
фраструктуры, наращивание мощностей по переработке нефти.

В Приволжском округе основными направлениями энергетиче-

ской политики остаются модернизация и развитие предприятий нефте-

газового комплекса, включая нефтеперерабатывающие заводы. На со-
временном этапе в этом районе резко ухудшилась структура запасов 
нефти. Высокие темпы развития нефтяной промышленности стали 
причиной истощения запасов высокопродуктивных залежей, вслед-
ствие этого возросла доля трудноизвлекаемых запасов – карбоновой 
(высокосернистой) нефти высокой вязкости. Однако в районе (Респуб-
лика Татарстан) найдены большие запасы природных битумов, явля-
ющихся сырьем для получения, в частности, альтернативного энерго-
носителя, а также нефтехимических продуктов, дорожного и строи-
тельного сырья высокого качества и других ценных продуктов. Их ре-
сурсы оцениваются в 2–7 млрд т. Приволжский округ является уни-
кальным регионом России, в котором прослеживается вся инфраструк-
тура нефтехимического комплекса – от добычи нефти и газа до произ-
водства огромного ассортимента химических продуктов, получаемых 
из них.

В Уральском округе главными направлениями развития нефте-

газохимического комплекса являются добыча нефти и газа, увеличе-
ние мощностей по переработке углеводородов при сохранении за ре-
гионом роли главной базы углеводородного сырья страны, обеспече-
ние крупномасштабного технического перевооружения объектов 
нефтегазопереработки.

В Сибирском округе первостепенное значение придается дивер-

сификации производства в энергетическом секторе, формированию 
нового крупного нефтегазового центра на основе углеводородных ре-
сурсов Иркутской области, Красноярского края и юго-запада Респуб-
лики Саха (Якутия) с соответствующим развитием магистральных 
трубопроводов.

На Дальнем Востоке продолжится формирование новой нефтегазовой 
базы (в том числе и экспортного значения) на основе углеводородных 
ресурсов шельфа острова Сахалин.

Для всех федеральных округов общими направлениями энергетической 
политики являются повышение энергоэффективности, проведение 
активной энергосберегающей политики, а также решение социальных 
проблем.

Достижение поставленных целей предусматривает решение следующих 
основных задач развития нефтегазодобывающей промышленности:

− 
рациональное использование разведанных запасов нефти,