Нефтехимия» Происхождение нефти

Вопросы вступительного экзамена в докторантуру по специальности

6D073900 «Нефтехимия»

Происхождение нефти. Генезис и химическая эволюция нефтей. Органическая теория происхождения нефти. Нефтематеринское вещество и его преобразование в нефть.
Биодеградация нефти в природных условиях. Процесс нефтеобразования и химический состав нефти. Биомаркеры. Влияние температуры и природных катализаторов. Минеральная теория происхождения нефти.
Свойства, состав и классификация нефтей. Физические свойства нефтей. Химический состав нефти. Фракционный состав нефти. Элементный, индивидуальный и структурно-групповой состав нефти. Классификация нефтей.
Методы разделения компонентов нефти и газа. Классификация методов разделения. Перегонка и ректификация. Азеотропная и экстрактивная ректификация, абсорбция, экстракция.
Методы разделения компонентов нефти и газа. Кристаллизация и экстрактивная кристаллизация. Образование аддуктов и комплексов. Адсорбция. Термическая диффузия. Диффузия через мембраны. Химические методы.
Разделение углеводородных газов. Методы разделения углеводородных газов: компрессионный,адсорбционный, ректификационный и их физико-химические основы. Комбинированные методы разделения углеводородных газов. Низкотемпературная ректификация и низкотемпературная конденсация и их принципиальные технологические схемы. Газофракционирующие установки.
Назначение и развитие процессов очистки нефтяного сырья. Щелочная и кислотная очистка светлых дистиллятов. Адсорбционная и каталитическая очистка светлых нефтепродуктов. Развитие процессов депарафинизации нефтяного сырья. Депарафинизация дизельных топлив карбамидом. Депарафинизация остаточных нефтяных фракций.
Назначение и развитие процессов очистки нефтяного сырья. Деметаллизация, очистка нефтяных остатков от металлоорганических соединений. Десульфуризация. Пути развития процесса гидрообессеривания остатков. Побочные продукты процесса, пути утилизации.
Методы исследования нефтей. Физические и физико-химические методы. Ректификация. Хроматографические методы. Термическая диффузия.
Методы исследования нефтей. Физические и физико-химические методы. Оптическая спектроскопия в анализе углеводородных и гетероатомных компонентов. Спектры комбинационного рассеяния. Молекулярная масс- и хроматомасс-спектроскопия. Ядерный магнитный и парамагнитный резонанс.
Нефтяные углеводороды ряда метана (парафины). Физические и химические свойства парафинов нормального и разветвленного строения. Газообразные парафины. Природный газ. Жидкие и твердые парафины. Парафин и церезин. Изопренаны нефти.
Нафтены (циклические углеводороды нефти). Углеводороды ряда циклогексана и циклопентана. Их содержание в нефтях. Важнейшие реакции. Синтез модельных углеводородов. Бициклические углеводороды нефти. Конденсированные и мостиковые би- и полициклические углеводороды. Адамантан и его гомологи. Тритерпаны, стераны и гопаны. Термодинамическая устойчивость цикланов. Конформационный анализ циклических углеводородов.
Ароматические углеводороды нефти. Типы ароматических углеводородов нефти и их определение в нефтях.
Сернистые соединения нефти. Характеристика сернистых соединений и их определение в нефтях. Перспективы их практического использования. Содержание серы в различных нефтях и нефтепродуктах.
Азотистые соединения нефти. Основные типы, их характеристики и определение в нефтях.
Кислородные соединения нефти. Нефтяные кислоты. Характеристика и содержание в нефти.
Смолистые и асфальтовые компоненты нефти. Разделение, характеристика и применение.
Металлсодержащие соединения нефти. Порфирины. Микроэлементы, минеральные компоненты нефти.
Промышленные процессы первичной переработки нефти и газа. Электрообессоливание и первичная перегонка нефти. Сырье, характеристика стандартных нефтей, технология переработки и основные продукты. Типовые схемы нефтеперерабатывающих заводов. Переработка природного газа и газовых конденсатов. Переработка попутного газа.
Термическая деструкция углеводородов. Термодинамика и кинетика распада углеводородов различных классов и молекулярных масс. Свободно-радикальный механизм термического крекинга углеводородов. Радикально-цепные реакции. Основные типы реакций свободных радикалов.
Термическая деструкция углеводородов. Состав продуктов распада высших углеводородов. Влияние температуры и давления на состав продуктов распада. Новые способы осуществления термической деструкции: плазмохимические, термоконтактные и др.
Катализ в нефтехимии. Общие сведения о каталитических методах переработки нефти и нефтяных углеводородов. Специфические особенности различных областей катализа: гомогенный, гетерогенный, микрогетерогенный. Адсорбция, активные центры. Основные типы гетерогенных катализаторов в нефтехимических процессах и методы их получения.
Катализ в нефтехимии. Теории гетерогенного катализа. Явления промотирования и отравления. Кинетика гетерогенно-каталитических процессов.
Катализ в нефтехимии. Гомогенный катализ: нуклеофильный, кислотно-основный и электрофильный. Кинетика гомогенно-каталитических процессов. Представления о межфазном и ферментативном катализе.
Каталитический крекинг. Сырье и его подготовка. Продукты крекинга. Промышленные установки каталитического крекинга и основные технологические параметры.
Катализаторы крекинга: природные глины и синтетические аморфные алюмосиликаты. Строение алюмосиликатов и природа их каталитической активности. Роль протонной и апротонной кислотности. Цеолиты. Механизм протекающих реакций. Изменение свойств и регенерация катализаторов в процессе крекинга.
Каталитический риформинг. Сырье и его подготовка. Продукты риформинга и их использование. Получение высокооктановых компонентов бензина и ароматических углеводородов. Промышленные установки каталитического риформинга и основные технологические параметры.
Катализаторы риформинга. Бифункциональные катализаторы, их состав и природа каталитической активности. Основные реакции и механизм каталитического превращения нафтеновых, парафиновых и ароматических углеводородов (изомеризация, дегидроизомеризация, дегидроциклизация, дегидрирование, гидрокрекинг). Изменение свойств и регенерация катализаторов в процессе риформинга.
Гидрогенизационные процессы в нефтепереработке. Основное назначение, катализаторы, химические основы и механизм гидрогенизационных процессов. Гидроочистка моторных топлив, смазочных масел, парафинов, вакуумных дистиллятов и вторичных газойлей. Реакторы и технология процессов гидроочистки.
Гидрокрекинг бензиновых фракций с получением моторных топлив, сжиженных газов и изопарафиновых углеводородов. Гидрогенизационные процессы в производстве смазочных масел. Гидродеалкилирование и другие гидрогенизационные процессы в производстве ароматических углеводородов.
Производство парафинов. Производство жидких парафинов депарафинизацией дизельных фракций. Депарафинизация масляных фракций для получения твердых парафинов.
Производство оксида углерода и синтез-газа. Каталитическая конверсия метана и других углеводородов. Научные основы процесса и технологические параметры. Окислительная конверсия. Высокотемпературная окислительная конверсия углеводородов в отсутствие катализаторов. Очистка синтез-газа, получение концентрированного оксида углерода и водорода.
Нефтяные топлива. Общая характеристика основных видов топлива (автомобильное, дизельное, авиационное, реактивное, котельное и др.). Поведение и превращения углеводородов при сгорании в двигателях. Улучшение эксплуатационных свойств топлив с помощью добавок. Антидетонаторы и механизм их действия. Октановое число. Цетановое число.
Нефтяные масла. Смазочные масла и их основные характеристики. Синтетические присадки к смазочным маслам (антиокислители, депрессоры, моющие, вязкостные, противоизносные и др.), механизм их действия. Комплексные присадки. Технические масла.
Комплексная переработка нефти. Комплексы глубокой переработки. Требования к сырью. Принципиальная схема переработки.
Проблема замены нефтяного сырья в производстве жидких топлив и масел. Ограниченность и невоспроизводимость нефтяных ресурсов. Возможности и перспективы использования углей, торфа, горючих и битуминозных сланцев, растительного сырья для производства искусственного жидкого топлива.
Процессы галогенирования. Научные основы процессов галогенирования парафинов, олефинов, ацетилена, ароматических и алкилароматических углеводородов. Заместительное и присоединительное хлорирование. Галогенирующие агенты, катализаторы и инициаторы, условия галогенирования. Термическое, фотохимическое и окислительное галогенирование и механизм этих реакций.
Гидрохлорирование олефинов и ацетилена. Получение хлорметанов, хлорэтанов, аллилхлорида, хлорбутенов, хлорпарафинов, винилхлорида, хлор- и полихлорбензолов. Условия и механизм этих реакций.
Гидратация олефинов и ацетилена. Термодинамика, катализаторы и механизмы реакций гидратации. Синтез этанола, изопропанола, втор- и трет-бутанолов, ацетальдегида.
Процессы алкилирования. Алкилирование олефинами ароматических углеводородов. Катализаторы, механизм и кинетика реакции. Получение этил-, диэтил- и изопропилбензолов. Алкилирование бензола высшими олефинами. Алкилароматические пластификаторы, смазочные масла, присадки и сырье для поверхностно-активных веществ. Алкилирование фенолов, производство стабилизаторов полимеров и масел. Алкилирование парафинов, катализаторы и механизм реакции. Синтез высокооктановых моторных топлив. о-Алкилирование олефинами и ацетиленом.
Синтез метил-трет-бутилового эфира, винилацетата и виниловых эфиров спиртов. Винилирование ацетиленом. Синтезы винилацетилена, акрилонитрила и винилпирролидона.
Димеризация и олигомеризация олефинов. Катализаторы димеризации и олигомеризации олефинов. Алюминийорганические соединения и синтезы на их основе. Производство линейных альфа-олефинов. Синтез линейных первичных спиртов.
Метатезис (диспропорционирование) олефинов. Гомогенные и гетерогенные катализаторы. Механизм. Влияние положения кратной связи. Практическое использование и перспективы.
Процессы окисления и эпоксидирования. Окислительные агенты (молекулярный кислород, азотная кислота, пероксидные соединения). Радикально-цепное окисление парафиновых и алкилароматических углеводородов. Кинетика и катализ реакции. Получение гидропероксидов трет-бутилбензола, этилбензола и изопропилбензола.
Получение спиртов и кислот окислением парафинов. Окисление нафтенов в спирты и кетоны. Гетерогенно-каталитическое окисление углеводородов и их производных: катализаторы и условия окисления.
Окислительный аммонолиз олефинов и других углеводородов с образованием нитрилов. Окисление олефинов с сохранением двойной связи. Получение акролеина. Окисление этилена до оксида этилена. Катализаторы окисления в перечисленных процессах, механизм и кинетика реакций. Металлокомплексный катализ окисления олефинов. Эпоксидирование олефинов пероксикислотами, пероксидом водорода и гидропероксидами. Получение оксида пропилена и глицидола. Синтез ацетальдегида и винилацетата из этилена.
Окисление циклических углеводородов. Получения из циклоалканов циклогексанола, циклогексанона, циклододеканола и адипиновой кислоты. Окисление ароматических и алкилароматических углеводородов с образованием гидроперекисей, фенола и ацетона, малеинового и фталевого ангидридов, терефталевой кислоты.
Процессы дегидрирования и гидрирования. Термодинамика реакций дегидрирования и гидрирования. Катализаторы, механизм и кинетика реакций дегидрирования и гидрирования. Каталитическое и термическое дегидрирование. Дегидрирование алкилароматических соединений. Получение стирола, альфа-метилстирола, дивинилбензола. Дегидрирование парафинов и олефинов. Получение бутадиена и изопрена. Окислительное дегидрирование олефинов. Гидрирование ароматических углеводородов. Получение циклогексана.
Синтезы на основе оксида углерода. Синтез углеводородов из СО и водорода. Катализ, условия и механизм реакции. Синтез спиртов из СО и водорода. Получение метанола. Синтез альдегидов и спиртов С₃-С₉ из олефинов, СО и водорода (оксосинтез). Синтез карбоновых кислот на основе реакции карбонилирования олефинов, ацетилена и спиртов. Перспективы синтезов с использованием оксида и диоксида углерода.
Процессы сульфирования, сульфатирования, сульфоокисления и сульфохлорирования. Сульфирующие агенты и условия их применения. Механизм реакций. Получение алкилсульфонатов, олефинсульфонатов, алкилбензолсульфонатов, алкилсульфатов. Их значение в синтезе поверхностно-активных веществ. Области применения ПАВ, включая нефтедобычу.
Процессы нитрования. Нитрование парафинов, нафтенов и ароматических углеводородов.
Основы оптимального выбора реакторов и параметров для процессов нефтехимии. Нереальные и реальные реакторы и их последовательность, роль продольного перемешивания и рециркуляции. Критерии оптимальности, возможности и ограничения их применения. Удельная производительность реакторов, влияние типа аппарата и параметров процесса. Основы выбора реакционного узла, направления потоков и параметров процесса для различных типов реакций с точки зрения производительности.
Селективность процесса, влияние на нее типа реактора, продольного перемешивания, ректификации и параметров. Основы выбора реакционного узла, направления потоков и параметров процесса с точки зрения селективности. Оптимизация реакционного узла по максимуму селективности. Экономические критерии оптимальности.
Техника безопасности в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Характеристика условий труда на предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Опасные и вредные производственные факторы. Техника безопасности, производственная санитария и противопожарная защита при проведении технологических процессов.
Проблемы охраны окружающей среды в нефтехимии. Возможные технологические потери и мероприятия по их предотвращению, сбору, хранению, квалифицированному использованию. Безотходные технологии. Методы очистки и обезвреживания выбросов в атмосферу (оксидов серы и сероводорода, углеводородов, оксидов азота).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Бойко Е. В. Химия нефти и топлив Ульяновск: УлГТУ, 2007.

2. Рябов В. Д. Химия нефти и газа. М.: Техника, 2004.

3. Рудин, М. Г. Карманный справочник нефтепереработчика М.:ЦНИИТЭнергохим, 2004.

4. Богомолов А.И. Химия нефти и газа. СПб.: Химия, 1996.

5. Добрянский А.Ф. Химия нефти. Л.: Гостоптехиздат, 1961.

6. Санин П.И., Гальперин Г.Д. Углеводороды нефти. Гетероатомные компоненты нефти // Успехи химии. 1976. №8.

7. Петров Ал. А. Химия алканов. М.: Наука, 1974.
8. Петров Ал. А. Углеводороды нефти. М.: Наука, 1984.
9. Багрий Е.И. Адамантаны. М.: Наука, 1989.
10. Жермен Д. Каталитические превращения углеводородов. М.: Мир, 1972.
11. Миначев Х.М., Исаков Я.И. Металлсодержащие цеолиты в катализе. М.: Наука, 1976.
12. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. 4-е изд. М.: Химия, 1988.
13. Лебедев Н.Н., Манаков М.Н., Швец В.Ф. Теория технологических процессов основного органического и нефтехимического синтеза. 2-е изд. М.: Химия, 1984.
14. Папок К.К., Рагозин Н.А. Словарь по топливу, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостям. 4-е изд. М.: Химия, 1975.
16. Робертс Дж., Касерио М. Основы органической химии. Ч. 1, 2. М.: Мир, 1963.
17. Шилов А.Е., Шульпин Г.Б. Активация и каталитические реакции углеводородов. М.: Наука, 1995.
18. Джеймс Б. Гомогенное гидрирование. М.: Мир, 1976.

19. Аспекты гомогенного катализа: Сб. / Под ред. Р. Уго. М.: Мир, 1978.

20. Катализ в С1-химии: Сб. / Под ред. В. Кайма. Л.: Химия, 1987.

21. Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа. Л.: Химия, 1985.

22. Вержичинская С.В., Дигуров Н.Г., Синицин С.А. Химия и технология нефти и газа.М.: ФОРУМ − ИНФРА-М, 200.7

23. Фурмер Н.Э., Зайцев В.Н. Общая химическая технология. М.: Высшая школа, 1986.

24. Белов П.С. Основы технологии нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1982.

25. Ахметов С.А.Технология глубокой переработки нефти и газа. Уфа: Гилем, 2002.

Калыгин В.Г. Промышленная экология. М. Издательский центр «Академия»,

2004- 432с

26.Абросимов А.А. Экология переработки углеводородных систем. М.: Химия, 2002 -608с.

27.Белов Б.П., Голубева И.А., Низова С.А. Экология производства химических продуктов из углеводородов нефти и газа. Учебник для вузов. М.: Химия, 1991, 256с.

28. Давыдова С.Л., Тарасов В.И. Нефть и нефтепродукты в окружающей среде. М. Изд. РУДН, 2004, 163с.