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 посо-
бие / 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 нефте-
химической промышленности для производства ряда целевых продуктов, при-
ведены 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 парафи-
нового и ароматического сырья, олефинов, ацетилена и оксида угле-
рода производит органические вещества различного назначения. Син-
тетические углеводороды, галогенсодержащие соединения, спирты, фе-
нолы, 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, синтети-
ческое топливо, масла, поверхностно-активные вещества и биологиче-
ски активные средства, пестициды и химические средства защиты рас-
тений. 
В данном пособии представлены теоретические основы основ-
ных процессов органического синтеза: конденсации по карбонильной 
группе , дегидратация спиртов, процессов алкилирования ароматиче-
ских углеводородов, хлорирования ароматических соединений, изоме-
ризация насыщенных углеводородов, дегидрирования и производства 
жидкокристаллических полимеров. В каждой главе представлены опи-
сания лабораторных работ и контрольные вопросы по теме.  

1. ПРОЦЕСС РЕКТИФИКАЦИИ 

Производство органического и нефтехимического синтеза – это 

функциональная система, в которой осуществляются химико-техноло-
гические процессы, протекающие в определенных аппаратах. Химико-
технологический 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 допол-
нительных побочных процессов; 

– химическая реакция между исходными реагентами;  
– выделение продуктов реакций, которое заключается в разделе-

нии смесей продуктов, получающихся в результате синтеза в химиче-
ском 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 использу-
ется 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 рас-
творителей – экстрагентов. Раствор извлеченного вещества в экстра-
генте называется экстрактом. 

Существует два вида перегонки: простая перегонка – дистилля-

ция и ректификация. Разделение перегонкой основано на различной ле-
тучести компонентов смеси при одной и той же температуре. Получае-
мый пар содержит низкокипящий компонент, а неиспарившаяся жид-
кость – высококипящий компонент.  

Дистилляция (простая перегонка) – процесс однократного ча-
стичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров. 
 Она применима только для разделения смесей, температуры ки-
пения компонентов которой существенно различны.  
Ректификация – это процесс многократного частичного испаре-
ния жидкости и конденсации образующихся паров, т. е. процесс разде-
ления гомогенных смесей летучих жидкостей путем двустороннего 
массо- и теплообмена между неравновесными жидкой и паровой фа-
зами, имеющими различную температуру и движущимися относи-
тельно друг друга. Разделение осуществляется обычно в колонных ап-
паратах при многократном и непрерывном контакте фаз. При каждом 
контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий 
компонент (НК), которым обогащаются пары, а из паровой фазы кон-
денсируется преимущественно высококипящий компонент (ВК), пере-
ходящий в жидкость. Обмен компонентами между фазами позволяет 
получить, в конечном счете, пары, представляющие собой почти чи-
стый 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 чи-
стый 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 темпера-
туру 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 исход-
ной смеси. Периодическая ректификация может осуществляться двумя 
способами: при постоянном флегмовом числе или при постоянном со-
ставе дистиллята. 

- Экстрактивная ректификация. Применяется для разделения 

бинарной смеси, летучести компонентов которой близки. Для облегче-
ния разделения такой смеси и упрощения устройства ректификацион-
ной 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 добавля-
ется другой компонент, образующий с одним из компонентов исходной 
смеси новую более летучую азеотропную смесь. Новая смесь отгоня-
ется 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 ку-
бовой жидкости. Начальный состав пара примерно равен составу жид-
кости хw, т. е. обеднен легколетучим компонентом. Происходит массо-
обмен жидкости и пара, в ходе которого пар обогащается легколетучим 
компонентом. Для более полного обогащения в верхнюю укрепляю-
щую часть колонны вводят флегму в соответствии с заданным флегмо-
вым числом. Флегма образуется конденсацией дистиллята в дефлегма-
торе 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 ем-
кость. Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится ку-
бовая жидкость, обогащенная труднолетучим компонентом, и через 
теплообменник 10 направляется в промежуточную емкость 11. 
Необходимо также отметить, что питающая тарелка делит ко-
лонну 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 техно-
логических параметров. В химической, нефтехимической и газовой 
промышленностях наибольшее применение нашли колонны с тарел-
ками и насадками. Некоторые особенности конструкции колонн рас-
смотрены 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 – высоко-
кипящим; 
- физические свойства сред. Иногда возможно существенное из-
менение физических свойств, сред по высоте колонны, что может по-
влиять не только на скорость массопереноса, но и на величину поверх-
ности контакта фаз (ухудшение или улучшение смачиваемости 
насадки, изменение размеров пузырьков и т. д.), что может быть свя-
зано с изменением поверхностного натяжения жидкости вследствие из-
менения 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, кото-
рые 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 диа-
метра и при значительных расходах жидкости с целью обеспечения рав-
номерного уровня жидкости на тарелке и распределения паров по пло-
щади 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 соби-
рают 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 (барбо-
тажные), 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 колпачко-
выми и ситчатыми тарелками. Затем появились различные типы тарелок, 
впоследствии нашедшие широкое применение (клапанные, S-образные, 
струйные и пр.), которые стали превосходить показатели кол-
пачковых 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 некото-
рых 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 рас-
стоянием между тарелками более 200 мм. По производительности та-
кие тарелки уступают другим видам тарелок. Они сравнительно трудо-
емки в изготовлении и монтаже, но так как достаточно универсальны и 
неприхотливы в эксплуатации, данные тарелки широкое применение. 

Рис. 1.4. Колпачок капсульный