Требования к сырью. Горючее минеральное сырьё. Сырье в промышленности: классификация, добыча, обогащение сырья

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.

Cтраница 1

Промышленное сырье состоит из одних полуплодиков от серовато-зеленого до буровато-зеленого цвета, характерного для фенхеля ароматического запаха и сладковато-пряного вкуса. Базисные и ограничительные нормы приведены ниже.  

Промышленное сырье составляют листья разных размеров с черешками нормального цвета и приятного запаха, напоминающего свежие огурцы. В чистом сырье 47 - 58 % листовых пластинок, 42 - 53 % черешков. Содержание листовых пластинок может быть увеличено на 10 - 15 % возделыванием фиалки на орошаемых землях.  

Промышленное сырье представляет собой отрезки корневищ длиной не менее 2 см, толщиной около 1 - 2 см, неочищенные от опробковевшего слоя, цилиндрические, слегка сплюснутые и изогнутые, большей частью продольно разрезанные. На поверхности видны полулунные широкие рубцы от опавших листьев и многочисленные круглые мелкие бородавчатые выросты - следы опавших и отрезанных корешков. Цвет корневища снаружи желтовато - или красновато-бурый, иногда зеленовато-бурый; в изломе - желтоватый или розоватый, иногда зеленоватый; рубцы от листьев темно-бурые.  

Промышленное сырье классифицируют: по происхождению - минеральное, растительное и животное; по запасам - невозобновимые и возобновимые; по химическому составу - неорганическое и органическое; по агрегатному состоянию - твердое, жидкое и газообразное.  

Промышленным сырьем является вся надземная часть растения, за исключением одревесневших ветвей. В высококачественном сырье - 60 % листьев и 40 % стеблей.  

Промышленным сырьем является вся надземная часть куста без одревесневших ветвей, срезанная по линии облиствения в фазу массового цветения соцветий боковых ветвей и побуре-ния семян на центральном соцветии.  

Промышленным сырьем являются молодые облиственные ветви. Масличность их колеблется в пределах 0 5 - 1 0 % и зависит от степени облиственности и содержания эфирного масла в листьях. В составе эфирного масла идентифицировано около 40 компонентов, среди которых главным является цинеол.  

Промышленным сырьем, в основном состоящим яз парафинов нормального строения, является когазин, синтезируемый по методу Фишера и Тропша. В нем полностью отсутствуют циклические соединения.  

Промышленным сырьем являются очищенные сухие корневища. Переработка свежих или же плохо очищенных корневищ дает эфирное масло низкого качества.  

Классификация сырья

Понятие о сырье. Виды и классификация сырья

Упрощенно технологическую схему химического производства можно представить в виде:

В химическом производстве на различных стадиях переработки можно выделить следующие материальные объекты: исходное вещество или собственно сырье, промежуточные продукты (полупродукты), побочные продукты и отходы.

Сырьём называются природные или промышленные материалы, которые используются в производстве для получения промышленной продукции.

Сырье – это основной из элементов технологического процесса, который определяет в значительной степени экономичность процесса, выбор технологии.

СЫРЬЕМ называют исходные материалы, на получение и доставку которых был затрачен труд, и которые обладают поэтому стоимостью. Часто применяются несколько видов сырья.

ШИХТА – смесь, состоящая из нескольких видов твердых материалов.

ПУЛЬПА – полужидкая смесь нескольких материалов

ШЛАМ – вязкая, малотекучая смесь нескольких материалов

ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ПРОДУКТ (полупродукт, полуфабрикат) – продукт, получаемых в какой-либо промежуточной стадии.

ОТХОДЫ производства –образующиеся наряду с целевым конечные продукты.

ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ – используемые отходы производства

ОТБРОСЫ – неиспользуемые отходы производства.

Полупродуктом называется сырье, подвергшееся обработке на одной или нескольких стадиях производства, но не потребленное в качестве готового целевого продукта. Он может быть использован на последующих стадиях производства. Например, каменный уголь→ коксовый газ→ водород→ аммиак.

Побочным продуктом называется вещество, образовавшееся в процессе переработки сырья, наряду с целевым продуктом, но не являющееся целью данного процесса. Например, аммиачная селитра, мел в производстве нитроаммофоски.

Отходами производства называются остатки сырья, материалов, полупродуктов, образующихся в производстве и полностью или частично утратившие свои качества. Например, фосфогипс в производстве суперфосфата.

Часто готовый продукт одного производства служит сырьем или полупродуктом для другого . Например, синтетический аммиак и азотная кислота (готовые продукты) могут служить сырьем для производства аммиачной селитры, а чугун – для выплавки стали.

Химическое сырье принято делить на:

– первичное (извлекаемое из природного источника;

– вторичное (промежуточные и побочные продукты);

– природное;

– искусственное (полученное в результате переработки природного сырья).

Всё химическое сырьё подразделяется на группы по происхождению , химическому составу , агрегатному состоянию , предназначению .

По своему происхождению сырьё делится на три группы:

- минеральное;

- растительное;

- животное .

!!! Минеральным сырьём называют добываемые из земных недр минералы .

Минеральное сырьё делится на:

- рудное;

- нерудное;

- горючее .

2.1.1.1. Рудное минеральное сырьё

Рудное сырьё или руда служат для получения из неё металлов . Металлы в руде представлены, главным образом, в виде оксидов (Mt n O m ) или сульфидов (Mt n S m ).

Руды цветных металлов довольно часто содержат в своём составе соединения нескольких металлов . Это могут быть сульфидысвинца , меди , цинка , серебра .

Такие руды называют полиметаллическими рудами.

2.1.1.2. Нерудное минеральное сырьё

Нерудное минеральное сырьё - это горные породы или минералы , которые используют для:

- производства неметаллов - серы , хлора , фосфора ;

- других химических продуктов - удобрений , соды , щелочей , кислот .

Нерудные ископаемые условно делят на несколько групп .

1. Строительные материалы - это минеральное сырьё , используемое в строительстве (гравий , песок , глины , строительные камни , кирпич , цемент ).

2. Индустриальное сырьё - полезные ископаемые , используемые без химической переработки в различных отраслях промышленности (графит , слюда , асбест ).

3. Химическое минеральное сырьё - полезные ископаемые , которые подвергаются химической переработке (сера , селитра , фосфоритная мука , поваренная и калийная соли ).

4. Драгоценное, полудрагоценное и поделочное сырьё : алмазы , изумруды , рубины , малахит , яшма , мрамор .

2.1.1.3. Горючее минеральное сырьё

Горючее минеральное сырьё - это ископаемые, которые могут служить в качестве топлива (каменный и бурый угли , горючие сланцы , нефть,природный газ ).

Топливом называют естественные или искусственные горючие органические материалы, служащие источником тепловой энергии и сырьём для химической промышленности.

По агрегатному состоянию все виды топлива делят на твёрдое, жидкое и газообразное.

2.1.1.4. Сырьё растительного и животного происхождения

Сырьё растительного и животного происхождения является продуктом сельского хозяйства (животноводства , земледелия , растениеводства ), рыбного и лесного хозяйства .

По своему назначению эти виды сырья делятся на пищевое и техническое сырьё.

К пищевому сырью относятся животное и растительное сырьё, перерабатываемые в продукты питания .

Техническим сырьём называются те продукты , которые для пищевых целей непригодны , но после механической и химической обработки используются в промышленности и быту (дерево , хлопок , лён , кожа , шерсть , пушнина ).

Подразделение сырья животного и растительного происхождения на пищевое и техническое достаточно условно . Пищевое сырьё нередко перерабатывается на технические продукты :

- картофель и другие продукты перерабатываются на этиловый спирт ;

Некоторые животные и растительные масла перерабатываются на мыло и косметические средства .

Ценность сырья зависит от уровня развития техники. Например, хлористый калий в 19 веке был используемым отходом при извлечении хлористого натрия из сильвинита. В н.в. хлористый калий – исходное сырье в минеральных удобрениях. К веществам, используемым в качестве химического сырья, предъявляется ряд общих требований.

Сырье для химического производства должно обеспечить:

– мало стадийность производственного процесса;

– агрегатное состояние системы, требующее минимальных затрат энергии для создания

– оптимальных условий протекания процесса;

– минимальное рассеяние подводимой энергии;

– возможно более низкие параметры процесса;

– максимальное содержание целевого продукта в реакционной смеси.

Для удовлетворения данных требования сырье (особенно минеральное, извлеченное из природной среды) подвергают ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКЕ.

Основные операции подготовки сырья:

Классификация (разделения однородных сыпучих материалов на фракции (классы) по размерам составляющих их частиц).

Обезвоживание материала достигается методами стекания, отстаивания (жидкая система) и сушки.

Сушкой называется процесс удаления влаги или другой жидкости из твердых материалов путем ее испарения и отвода образовавшегося пара.

Обогащением называется процесс отделения полезной части сырья от пустой породы (балласта) с целью повышения концентрации полезного компонента. В результате обогащения сырье разделяется на концентрат полезного компонента и хвосты с преобладанием в них пустой породы.

Выбор метода обогащения зависит от агрегатного состояния и различия свойств компонентов сырья. Для твердого вещества чаще всего применяют механические способы обогащения :

– рассеивание (грохочение),

– гравитационное разделение,

– электромагнитная и электростатическая сепарация,

– флотация (специальный физико-химический метод).

Химические способы обогащения основаны на применении реагентов, которые избирательно растворяют одно из веществ, составляющих смесь, или образуют с одним из веществ соединения, легко отделяемые от других при плавлении, испарении, осаждении раствора. Пример, обжиг минералов для разложения карбонатов, удаление кристаллизационной влаги, выжигание органических примесей.

Сырье - это материал, предназначенный для дальнейшей обработки на производстве. По сути, именно с него начинается выпуск любой продукции. Переоценить роль исходного материала сложно, так как именно от этого зависит качество изделия. Сегодня существует огромное количество различных групп, подгрупп и видов сырья. Попробуем разобраться в этом многообразии.

Что такое сырье для производства

Собранные или добытые материалы обычно подвергают обработке для придания им необходимых товарных качеств. В дальнейшем они либо поступают в продажу, либо продолжают участвовать в последующих пока не достигнут стадии конечного продукта.

Виды сырья

Классификация сырья - это весьма условное понятие. Принято выделять две основные группы: промышленное и сельскохозяйственное. К промышленному относятся полезные ископаемые и энергоносители. Сельскохозяйственное сырье - это зерновые, молочные продукты, мясо, лекарственные растения. Разделить все виды сырья можно еще на две группы: оно может быть первичным (непосредственно добытым или собранным) и вторичным (в виде побочного продукта или Вторичная группа материалов широко используется в промышленности, что позволяет значительно сократить затраты. По происхождению все виды сырья можно разделить на 4 подгруппы:

1. Растительного происхождения (злаки, травы).
2. Животного происхождения (молочные продукты, экскременты животных).
3. Минерального уголь).
4. Биосфера (вода и воздух).

Использование сырья в производстве

Сегодня существует огромное количество направлений промышленности. Список традиционных отраслей ежедневно пополняют новые названия, а значит, разрабатывается и используется новое сырье. Это связано и с растущим мировым спросом, и с развивающимися технологиями. Наиболее актуальным направлением на сегодняшний день является разработка энергоносителей. Если еще сто лет назад человек умел получать энергию из нефти и угля, то сегодня активно разрабатываются и другие источники, например, Существует альтернативная технология получения электроэнергии, основанная на естественных процессах брожения, когда в виде энергоносителя выступает коровий навоз. А вот такое производство, как выпуск хлопковой ткани, практически не изменилось за много веков. Усовершенствован и механизирован сам процесс, но сырьем являются коробочки хлопка - так же, как это было 3-4 века назад. А пищевая промышленность постоянно претерпевает изменения. Стремление производителя снизить расходы оборачивается поиском новых видов исходного продукта. Натуральное сырье - это наилучший вариант. Однако, к сожалению, в целях экономии оно часто заменяется искусственным. Таким образом, сегодня можно наблюдать ситуацию, в которой одни производственные отрасли продолжают использовать какое-либо сырье веками, а другие развивают технологии и проводят разработку новых видов исходных материалов.