Сырье – исходный материал для производства химического продукта, обладающий стоимостью.

Классификация сырья

По происхождению сырье бывает природное и синтетическое.

Растительное и животное сырье обычно подразделяют на пищевое и техническое.

По запасам сырье бывает возобновляемое (вода, воздух, растительное и животное сырье) и не возобновляемое (руды, горячие ископаемые).

По химическому составу сырье бывает неорганическое (руды, минералы) и органическое (нефть, уголь, природный газ).

По агрегатному состоянию сырье бывает твердое (руды, уголь, древесина), жидкое (вода, нефть) и газообразное (воздух, природный газ).

Сырье для промышленности органического синтеза

Это углеводороды, получаемые из горючих ископаемых (нефти, угля, природного газа).

Нефть

Это тяжелая маслянистая жидкость, содержащая:

1) парафиновые углеводороды (алканы) газообразные С 1 – С 4 , жидкие С 5 – С 15 и твердые >С 15 .;

2) нафтеновые углеводороды (циклоалканы) – моно-, би- и полициклические структуры с боковыми цепями;

3) ароматические углеводороды (арены) – моноциклические (бензол, толуол, ксилолы) и полициклические (нафталин, фенантрен, антрацен и др.);

4) кислородсодержащие соединения (нафтеновые кислоты, фенолы, крезолы и др.);

5) сернистые соединения (сероводород, сульфиды, дисульфиды, меркаптаны, тиофены и др.);

6) азотистые соединения (пиридин, хинолин и их производные);

7) соли минеральных кислот;

8) органические комплексы ванадия, никеля и других металлов;

9) другие соединения.

Переработка нефти осуществляется с использованием физических и химических методов в следующей технологической последовательности:

Промысловая подготовка нефти заключается в удалении из нее минеральных примесей (вода, песок, соли), растворенных газов (попутного газа) и легколетучих жидкостей (газового бензина). Нефть освобождается от примесей в ходе следующих операций:

Прямая перегонка нефти предназначена для разделения нефти на отдельные фракции, отличающиеся по температурам выкипания. В зависимости от направления использования полученных дистиллятов различают топливный и топливно-масляный варианты прямой гонки. Нефтеперерабатывающие заводы топливного профиля ориентированы только на производство топлив и используют установки прямой гонки АТ (атмосферная трубчатка). При этом получают следующие фракции:

Прямогонный бензин, t начала кип. = 140С;

Лигроин, t кип. = 140-180С;

Керосин, t кип. = 180-240С;

Дизельное топливо, t кип. =180-350С;

Мазут – свыше 350С.

Прямогонный бензин имеет низкое октановое число и может быть использван в качестве топлива для автомобильных двигателей внутреннего сгорания (карбюраторное топливо) только после добавки соединений, повышающих детонационную стойкость (тетраэтилсвинца, алкилатов, метил-трет-бутилового эфира и др.). Бензин, содержащий тетраэтилсвинец, называется этилированным; он является экологически опасным и запрещен к применению в странах Европы (в настоящее время запрещается и в России). До недавнего времени большая часть отечественного бензина А-76 содержала тетраэтилсвинец. Бензины АИ-95, АИ-98 относятся к не этилированным (около 60% от общего количества отечественного бензина). Кроме автомобильных бензинов нефтеперерабатывающая промышленность выпускает также бензины-растворители и бензины - экстрагенты. Лишь незначительная часть бензиновой фракции используется в качестве нефтехимического сырья.

Керосин применяют в качестве топлива для авиационных двигателей (реактивное топливо). Дизельное топливо используют для двигателей с воспламенением от сжатия (дизели). Мазут применяют в качестве топлива для паровых котлов, промышленных печей и газовых турбин (котельное топливо, газотурбинное топливо); большая часть его идет на вторичную переработку.

Если нефтеперерабатывающий завод ориентирован на топливно-масляный вариант, то, используя установки АВТ (атмосферно-вакуумная трубчатка), кроме перечисленных продуктов получают вакуумный газойль (t кип. = 350-500С и из мазута под вакуумом отгоняют масляные дистилляты (трансформаторный,t кип. = 300-400С, машинный,t кип. = 400-450С и цилиндровый,t кип. = 450-490С). Эти фракции являются основой для получения высококачественных масел. Нефтяные масла в зависимости от направления использования разделяют на:

Моторные (для карбюраторных, дизельных и авиационных двигателей);

Турбинные;

Компрессорные;

Индустриальные;

Приборные;

Электроизоляционные и др.

Кроме того, на основе масляных дистиллятов изготавливают смазки (консистентные, атифрикционные, фрикционные, протекционные, диспергирующие и др.) и специальные жидкости (охлаждающие, гидравлические, антикоррозионные и др.). Остаток вакуумной перегонки, выкипающий выше 500С– гудрон, используют для получения битумов (дорожных, строительных, изоляционных), а также в качестве сырья в процессах коксования и деасфальтизации. Из дистиллятов прямой гонки нефти получают такие нефтепродукты как парафин, церезин, нафтеновые кислоты, нафталин и др.

Наиболее ценные компоненты нефти – «светлые» нефтепродукты, выкипающие при температуре ниже 350 0 при атмосферном давлении. Они находят наиболее широкое применение. Однако их содержание в нефти невелико, не более 45% (бензин 17%, керосин 10-%, дизельное топливо 17%). Поэтому так называемые «тяжелые» фракции нефти подвергают специальной переработке, заключающейся в уменьшении молекулярной массы и химического состава углеводородов с целью снижения их температур кипения. Применяемые при этом процессы называютвторичными и по своей природе они, в отличие от первичной переработки нефти, являются химическими. В основе всех этих процессов лежат следующие реакции:

Реакции расщепления связи С-С с образованием алканов и алкенов с более короткой цепочкой;

Реакции расщепления связи С-Н с образованием алкенов с той же длиной цепи и молекулярного водорода;

Реакции изомеризации;

Реакции полимеризации, конденсации, алкилирования и др., приводящие к укрупнению молекул.

Все эти реакции являются радикальными; вклад каждого типа реакций зависит от условий проведения процесса и состава нефтяной фракции, подвергающейся переработке. Различают термические и каталитические вторичные процессы.

Наиболее важные вторичные процессы переработки нефти:

Термокрекинг – расщепление тяжелых углеводородов при их нагревании до 450-500С без доступа воздуха, под повышенным давлением. Это наиболее старый метод вторичной переработки; разработан в 1890 г. В.Г. Шуховым. В настоящее время термокрекинг имеет ограниченное применение. Его используют для получения котельного топлива из гудрона (висбрекинг ) и в некоторых других случаях. В промышленности в зависимости от конкретных условий используют жидкофазный и парофазный крекинг, а такжепиролиз как особый вид высокотемпературного крекинга (600-900С), осуществляемого из различных видов сырья с целью получения олефинов, прежде всего, этилена и пропилена.Коксование – высокотемпературное (600-1100С) разложение гудрона и тяжелых нефтяных остатков с целью получения нефтяного кокса (материал для производства электродов и металлургическое топливо). Коксование проводят в таких условиях, при которых происходит реакция конденсации продуктов термического распада углеводородов.

Использование катализатора меняет механизм реакций разложения на ионный, это в сотни и тысячи раз увеличивает скорость некоторых реакций. Применение катализаторов позволяет снизить температуру процессов распада и менять относительный вклад отдельный реакций, т.е. направлять процесс преимущественно в направлении получения требуемых продуктов.

Отраслевой состав комплекса достаточно широк, в него входят: основная химия (производство солей, кислот и щелочей), органический синтез и переработка полимеров основами для которых является сырье горно химической промышленности (апатиты, фосфориты, сера и др.), а также нефтепродукты. Исходный материал для производства может иметь как синтетическое, так и природное происхождение, и классифицируется именно по этому параметру:

1. Минеральное. Включает в себя неорганические составы: руды тяжелых и цветных металлов, нерудные и горючие полезные ископаемые, а также воду и воздух.
2. Растительное. Все виды древесины, хлопка, масленичных и сахарных культур, каучук и лекарственные растения.
3. Животное. Жировые ткани и обработанная кость.
4. Синтетические. Углеводородные продукты угольной и нефтегазоперерабатывающей промышленностей.

Отдельно в сырье, используемое в химической промышленности, входит несколько незаменимых реактивов, к ним относится: формиат и нитрит натрия, значительно повышающие эксплуатационные характеристики стройматериалов и предотвращающие появление коррозии, а также селитра - металлургическое сырье.

Органический синтез для получения сырье в химической промышленности

Несмотря на то, что виды сырья химической промышленности достаточно разнообразны, основу большинства популярных продуктов данной отрасли составляют первичные исходные углеводороды, содержащиеся в нефти. Обработка этого полезного ископаемого, перед тем как его можно будет использовать в производстве изделий и материалов состоит как минимум из трех этапов:

• промысловой подготовки - дегазации, дегидратации, обессоливания и стабилизации;
• прямой гонки - отделения топливных фракций: бензина, лигроина, керосина, дизеля, мазута от масел и смазочных составов различного назначения;
• термической и каталитической переработки нефтяных дистиллятов.

Основное сырье для химической промышленности - крекинговые продукты (алканы и олефины). Такие органические вещества позволяют получить парафин, аммиачные удобрения и реактивное топливо. Этилен - основа для множества материалов от спирта и водных составов до разнообразных пластмасс. Его соединения с другими веществами используются практически повсеместно:

1. Этиловый спирт - самый известный растворитель и основа для производства целлофана и ацетатного волокна.
2. Дихлорэтан позволяет создать мягкие поливинилхлоридные пластмассы, из которых изготавливают: линолеум, плитку и искусственную кожу, а также латексные, волокнистые упаковочные материалы и покрытия.
3. Изопропиловый спирт получают из пропилена и используют для создания ацетона, фенола и плексигласа. Также без этого ненасыщенного углерода невозможно синтезировать аллилхлорид, который выступает в качестве основной составляющей части глицерина.
4. Газ бутилен преобразовывается в одноименные спирты и незаменим в производстве качественных резин.

Отдельно стоит отметить этилен-пропиленовые каучуки с повышенным показателем устойчивости и сопротивления, которые незаменимы для изоляционных нужд во всех отраслях.

Ароматические и газовые углеводороды как сырьё для химической промышленности

Поставщики сырья для химической промышленности, основная масса которых работают именно с нефтепродуктами, чаще всего используют обработку бензиновых фракций, каталитическим риформингом и пиролизом остаточных материалов от производства этилена и пропилена для получения органических соединений:

1. Бензол - основа для присоединения дополнительных веществ, изменяющих его характеристики. Чаще всего производятся стирол и фенол - пластмассовые полимеры, а также анилин - универсальный ароматический амин для создания широкого спектра продукции. Из фениламина изготавливают красители, вулканизирующие агенты, полиуретаны, пестициды и даже лекарственные препараты. Кроме того именно бензол повышает октановое число в топливе и присутствует в экстрагированном виде в большинстве лаков, красок и моющих средств.
2. Толуол - известен как основа для TNT, также может присутствовать в лакокрасочных составах и растворителях, входит в список необходимых углеводов для создания сахарина.
3. Ксилол (О; М; П) принимает участие в полимеризации пластмасс, пластификаторов, и покрытий, а также является основой пленочных майларовых конденсаторов и капрона.

Газ, как сырье для химической промышленности - гораздо более выгодный материал. Цена продажи, технологичность и чистота продукта у таких углеводородов куда выше, чем у нефтепродуктов, а себестоимость, напротив, меньше. Кроме того схемы переработки и транспортировки газа легко автоматизируются и зачастую выполняются в непрерывном цикле.

Метанол - мультифункциональный спирт, основа антифриза, формальдегида, смол и пластмасс, а также дезинфицирующее, антисептическое и дезодорирующее средство. Сырье для химической промышленности в России добывают, синтезируют и обрабатывают несколько сотен производств различного масштаба и данная отрасль, на сегодняшний день считается одной из самых перспективных и доходных.

Примеры сырья для химической промышленности на выставке

ЦВК «Экспоцентр» - крупнейший отечественный организатор выставочных мероприятий и создатель собственных успешных проектов направленных на стимулирование развития различных отраслей промышленности. Экспозиция «Химия» в текущем году соберет вместе отечественных и иностранных представителей заинтересованных в продвижении и усовершенствовании бизнеса в секторе химической индустрии.

«Экспоцентр» рад предложить своим гостям новый полностью отреставрированный уровень, спроектированный специально для комфортной инсталляции демонстрационных павильонов любой сложности. Выставка традиционно собирает представителей самых влиятельных компаний, НИИ, государственных отраслевых ведомств и массу журналистов. Одной из тем обсуждения на данном мероприятии является сырье для химической промышленности и возможности по модернизации добычи и его подготовки.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время резка металла приобретает все большее значение. Это происходит в первую очередь за счет увеличения объемов производства с которыми не справляется обычная ручная резка, а также в связи со значительным развитием кибернетики и автоматики, благодаря чему изготовление станков с ЧПУ для фигурной вырезки деталей и заготовок не представляет технической сложности и окупаемость данного оборудования лежит в пределах 0,5--1 года. Изготовление станков с ЧПУ в существенной мере облегчило труд резчика, повысило производительность труда и точность изготовления детали (заготовки), благодаря чему возросла роль резки металла в заготовительном производстве.

Одной из наиболее трудоемких операций, в настоящее время, остается подготовка кромок под сварку. Разработки в этой области на территории бывшего СССР до сих пор не увенчались успехом. Зарубежные аналогичные приспособления не получили широкого распространения в нашей стране в первую очередь из-за их высокой стоимости.

Сырье в промышленности: классификация, добыча, обогащение сырья

В двадцатом столетии бурное развитие промышленности, перерабатывающей минеральное сырье, привело к накоплению тысяч тонн отходов, в составе которых содержатся силикаты и алюмосиликаты кальция, магния, калия и натрия. Промышленность строительных материалов - главный потребитель техногенного сырья, является завершающим звеном комплексного использования природных богатств и может решать многие экологические проблемы.

В технологии бетона особый интерес вызывают те побочные продукты, которые являются химически активными материалами и участвуют в процессах формирования структуры.

По классификации Боженова П.И. техногенное сырье по агрегатному состоянию в момент его выделения из основного технологического процесса разделяется на три класса:

1. Продукты, не утратившие природных свойств (карьерные остатки при добыче горных пород; остатки после обогащения породы на полезное ископаемое).

2. Искусственные продукты, полученные в результате глубоких физико-химических процессов, образовавшиеся:

При обработке ниже Тспек;

При условии полного или частичного расплавления исходного сырья;

При осаждении из расплава при Т < 200 °С.

3. Продукты, образовавшиеся в результате длительного хранения отходов в отвалах (жидкие: растворы, эмульсии, грязи; твердые: щебень, пески, порошки).

Минеральным сырьем 1 класса являются попутные продукты промышленности нерудных строительных материалов и горно-обогатительных комбинатов (ГОК). «Хвосты» обогащения ГОКов, содержащие в основном кварц, полевые шпаты, карбонаты кальция и магния, могут использоваться в качестве заполнителей для производства бетонных и растворных смесей, если по размеру зерен удовлетворяют требованиям действующих стандартов.

Техногенным сырьем 2 класса являются металлургические шлаки, золы и шлаки, образовашиеся при сжигании твердого топлива на ТЭС, шламы глиноземной и химической промышленности, пыль газоочистки производства ферросилиция и другие. Эти продукты, во многом различаясь по химическому и минералогическому составу, могут использоваться и в качестве вяжущего материала и как минеральные добавки в бетонах и растворах.

Продукты 3 класса пока не находят широкого применения в производстве строительных материалов из-за разнообразия процессов, происходящих в отвалах. Наиболее подробно изучены горелые породы угледобывающей промышленности, которые могут применяться как неактивные минеральные компоненты бетонных и растворных смесей.

Числитель приведенной формулы показывает, сколько процентов СаО остается для образования силикатов кальция, а знаменатель -- сколько СаО необходимо для образования моносиликатов кальция. Если Косн = 1, образуется CS, при Косн =1,5, следует ожидать образования CS и C2S, при Косн -- 2, образуется C2S.

По химической характеристике (Косн) минеральные материалы разделяется на 5 групп:

От 1,6 до + оо -- ультраосновные (обладают свойствами вяжущих); -- от 0,0 до 0,8 - кислые (сырье для керамических материалов, стекла, минеральной ваты);

От 0,0 до - оо - ультракислые (сырье для керамики, стекла и др.).

Эффективным сырьем для производства активных минеральных тонкодисперсных добавок в бетоны и растворы являются зола-уноса ТЭС, обладающая удельной поверхностью порядка S д = 3000…3500 см2Д и микрокремнезем, имеющий Syd -- 20 000…22 000 см2/г. Эти отходы не требуют специальной подготовки при их введении в бетонную или растворную смесь. При этом, однако, следует учитывать, что при использовании зол и шлаков их свойства в значительной степени зависят от химического состава и свойств исходного сырья и могут колебаться в широких пределах.

К добавкам пуццоланического действия относятся ультрадисперсные отходы ферросплавного производства, содержащие более 90% аморфного кремнезема и состоящие из тонкодисперсных сферических стекловидных частиц. Основной предпосылкой использования таких добавок в производстве вяжущих и бетонов является их способность в смеси с известью за первые 5…7 ч нормального твердения связывать до 7% СаО в низкоосновные гидросиликаты кальция при соотношении между известью и добавкой 1:1 по массе.

Имеются данные, что 1 кг микросилики может заменить 3…4 кг цемента в бетоне при обеспечении той же прочности в 7 и 28-суточном возрасте. Важное отличие добавки состоит в том, что эффект пуццолановой реакции проявляется на ранних стадиях твердения более интенсивно, чем при использовании золы-уноса.

Использование в бетонах и растворах отходов ферросплавного производства и других подобных минеральных веществ является перспективным направлением в технологии бетона, так как, являясь вторичным цементирующим материалом, они в значительной мере способствуют повышению технической и экономической эффективности бетона.

В процессе выплавки чугуна в доменных печах образуется большое количество шлаков, которые целесообразно использовать в качестве добавок в бетонах и растворах. Для производства активных дисперсных добавок целесообразно отбирать расплавы доменных шлаков, образующихся при горячем или нормальном «ходе» (тепловом режиме) доменной печи. Для получения добавок наиболее подходят быс-троохлажденные гранулированные расплавы, поэтому в качестве добавок лучше использовать остеклованные шлаки.

Некоторые шлаковые расплавы в результате силикатного распада превращаются в тонкодисперсный порошок «доменную муку», которая почти полностью состоит из гидравлически активного белита и может применяться как активная минеральная добавка без дополнительного помола, что экономически весьма целесообразно.

Большим резервом производства строительных материалов является вторичное сырье цветной металлургии. В алюминиевой промышленности основной техногенный продукт -- шламовые отходы, количество которых в отвалах исчисляется десятками миллионов тонн. При переработке бокситов на глинозем образуется красный бокситовый шлам, характеризующийся рядом ценных свойств: высокой степенью дисперсности, постоянным химическим составом и водотвер-дым отношением, значительным содержанием полуторных оксидов.

Для определения оптимального количества минеральных добавок необходимо проводить экспериментальные исследования с целью установить зависимость изменения прочности бетона от количества добавки: Rb =/(МД). Для этого изготавливаются образцы из смеси цемента и различного количества добавки, которые после 7-и и 28-суточного твердения при нормальных условиях или сразу после пропа-ривания испытываются на прочность.

Исследованиями установлено, что характер изменения прочности бетона с минеральными добавками связан со способностью добавок работать как микронаполнители. При малых дозировках добавки её частицы, равномерно распределяясь в тесте, играют роль включений, снижающих однородность и прочность цементного камня. При оптимальном содержании добавки в системе «цемент + минеральная добавка» прочность бетона повышается, достигая максимума. В этом случае частицы минеральной добавки играют роль элементов структуры цементного камня. Дальнейшее увеличение дисперсного материала приводит к разбавлению цемента добавкой и нарушению непосредственных контактов между частицами цемента, что ведет к снижению прочности. Следует различать экономически оптимальное количество минеральной добавки, найденное из условия минимизации расхода цемента или стоимости бетона, и структурно-оптимальное, обусловленное физическим состоянием системы или структуры, связанное с перераспределением частиц в цементном тесте.

Предпочтение следует отдавать структурно-оптимальному количеству добавки, потому что бетонам с такой организацией структуры соответствует максимальное значение прочности -- отклик системы «Ц+МД» на оптимизацию дисперсионной среды (цементного теста) в бетоне.