2020-05-21
258
Отраслевая структура химической промышленности отличается большой сложностью: насчитывается свыше 200 разного рода подотраслей и отраслей. Ассортимент видов продукции доходит до 1 млн. В химической промышленности выделяют три крупные отрасли: горно-химическую, основную химию и химию органического синтеза. Горно-химическая отрасль – это добыча химического сырья: серы, калийных солей, апатитов, фосфоритов и т. д. Горно-химическую промышленность в большинстве стран мира (кроме России) обычно относят к добывающей. Основная (неорганическая) химия специализируется на производстве минеральных удобрений, кислот, соды и т. д. Химия органического синтеза объединяет производство синтетических смол и пластмасс, синтетического каучука, химических волокон и других видов продукции. Помимо этого в состав химической промышленности входят фармацевтическая, микробиологическая, фотохимическая отрасли, бытовая химия и др.
Главные отрасли основной химической промышленности – производство серной кислоты и минеральных удобрений.
Сернокислотная промышленность. Сырьём для получения серной кислоты являются самородная сера, серный колчедан (пирит), сернистый газ, улавливаемый при плавке сульфидных руд и переработке сернистой нефти, сероочистке коксового и природного газа. Серная кислота применяется при производстве минеральных удобрений, в металлургической, в нефтеперерабатывающей, в текстильной промышленности, в пищевой промышленности.
Производство минеральных удобрений. Важной отраслью химической промышленности является производство минеральных удобрений фосфорных, калийных и азотных. В 50-70-х годах ХХ века производство минеральных удобрений росло очень быстро, а в 80-х годах замедлилось. В 90-х годах производство стабилизировалось на уровне 145-150 млн. тонн (в пересчете на полезное вещество (в т. ч. из-за резкого снижения его уровня в странах СНГ).
Минеральные удобрения азот, фосфор, калий, кальций, магний, железо, сера и др. элементы необходимо вносить в почву во избежание её истощения и уменьшения урожайности. При правильном использовании они обеспечивают прирост урожая на 30-70 %, повышают качество продукции, повышают устойчивость растений к болезням, засухе, холоду. Более половины общего производства удобрений (85 млн. тонн) приходится на азотные удобрения.
Азотные удобрения – это органические и неорганические азотосодержащие вещества (безводный аммиак, карбамид, аммиачная селитра, сульфат аммония) хорошо растворимы в воде, гигроскопичны.
В начале ХХ века азотные удобрения получали в основном из природного сырья (чилийская натриевая селитра). В середине ХХ века стали получать из сульфата аммония. В конце ХХ века на 90 % на основе природного газа, нефти, угля. Способ конверсии кокса требует большого количества угля, а электрический способ – большого количества энергии.
В настоящее время внедряется технология получения аммиака из природного газа. Основное сырьё для производства азотных удобрений – аммиак (исходные элементы – водород и азот). Жидкие азотные удобрения, по сравнению с твёрдыми, имеют меньшую себестоимость.
Раньше предприятия по производству азотных удобрений размещались в районах угольных месторождений или у источников дешевой электроэнергии, что позволяет обеспечить наиболее рациональное размещение по территории страны, приблизить производство к районам потребления, использовать местные виды сырья и дешевой энергии. Для развития азотной промышленности в России благоприятными условиями обладают Поволжье, Западная Сибирь, Северный Кавказ. Крупные азотно-туковые предприятия в важнейших угольных и металлургических центрах. На основе коксового газа построены азотно-туковые предприятия в Кузбассе (Кемеровский химический комбинат), на Урале. В комбинировании с чёрной металлургией центрами производства азотных удобрений стали также Липецк и Череповец.
Фосфорные удобрения – минеральные удобрения, содержащие фосфор (суперфосфат, преципитат, обесфторенный фосфат, фосфоритная мука). Основное сырье для выпуска суперфосфата: апатиты, фосфориты.
Крупнейшие предприятия суперфосфатной промышленности (химические заводы и комбинаты) находятся в европейской части России. Самый крупный – комбинат «Апатит» на Кольском полуострове. Большое внимание обращается на производство суперфосфата в гранулированном виде, выпуск концентрированных фосфорных удобрений. Большинство суперфосфатных заводов работает на хибинских апатитах. Это приводит к перевозкам огромного количества сырья на большее расстояния. Однако хибинские апатиты даже в Сибири являются более ценным сырьём, чем местные фосфориты.
Промышленность полимерных материалов. Пластические массы (пластмассы, пластики) – это материалы, содержащие в качестве основного компонента полимер, который при определённых температуре и давлении приобретает пластичность, а затем затвердевает, сохраняя форму при эксплуатации. Полимеры – продукты соединения одинаковых молекул в виде многократно повторяющихся.
Широкое применение пластических масс определяется их ценными физическими и химическими свойствами, высокими технико-экономическими показателями. Высокие диэлектрические свойства – применение в электро радиотехнике, радиоэлектронике.
Пластмассы имеют низкую теплопроводность (в 70-220 раз ниже теплопроводности стали) – использование в качестве теплоизоляторов. Достаточная механическая прочность, гибкость, морозостойкость, теплостойкость (от –269 до +260 градусов). Ценными являются оптические свойства. Для придания различных форм используется литье под давлением, прессование, и др.
Смолы применяются в строительстве, авто- и авиастроении, для изготовления деталей машин и приборов, телефонных аппаратов, счетчиков, авторучек. Поликонденсатные смолы: эпоксидная, полиэфирные, полиамидные (лаки, клеи, краски, герметики).
Производство полимеров включает в себя две последовательные стадии: 1) получение первичных полимеров на базе процессов органического синтеза и 2) получение на их основе конечных полимерных материалов. Во второй половине ХХ века произошёл переход с угольного сырья на нефтегазовое (в США в годы Второй мировой войны).
Изменилось и размещение отрасли – стала тяготеть не к угольным бассейнам (углехимия), а к нефтегазоносным (нефтехимия), к путям транспортирования газа и нефти – газо- и нефтепроводам, морским портам, где осуществляется перекачка нефти с танкеров. числу первичных полимерных материалов, получаемых на базе основного органического синтеза, относятся этилен, пропилен, бензол и др. В конце 50-х годов ХХ век почти весь этилен производили в США. В 60-70-е годы крупные этиленовые мощности были введены в Западной Европе, СССР. Японии. 80-90-е годы началась «миграция» в развивающиеся страны. На развивающиеся страны приходится 1/3 часть мирового производства этилена.
Пластические массы находят широкое применение в самых разно-образных отраслях промышленности как заменители металлов, а также стекла, дерева и других материалов. Для производства пластмасс используется различное углеводородное сырье, получаемое в нефте- и углеперерабатывающей промышленности, коксохимическом производстве, газосланцевой и лесохимической промышленности. Самый крупный потребитель пластмассы – автомобильная промышленность.
Мировое производство пластмасс увеличилось с 1,6 млн. тонн в 1950 году до 130 млн. тонн в конце 1990-х годов. На душу населения в среднем немногим более 20 кг: в развивающихся – меньше, в развитых странах – 100-200 кг.
Производство и применение синтетического каучука. Каучуки – высокомолекулярные соединения, гибкие и длинные цепи макромолекул состоят из десятков тысяч и более атомов. Первоначально каучуковые и резиновые изделия производились только из натурального каучука (млечного сока гевеи бразильской). Само название «каучук» происходит от индейских слов «каоучу» – «слезы дерева». Натуральный каучук (НК) был привезен из Латинской Америки. В 1910 г. добыча натурального каучука составляла 97 тыс. т., в 1930 г. – 839 тыс. т., в 1964 г. – 2362 тыс. т.
Перебои с поставками, высокие цены на мировом рынке, рост спроса на изделия из каучука и резины диктовали необходимость создания синтетического каучука. По методу С. В. Лебедева 15 февраля 1931 г. был произведен первый в мире синтетический каучук (СК) на базе переработки спирта растительного происхождения, а теперь на углеродном сырье. Переход на минеральное сырьё резко изменил географию производства. Вместо пищевых продуктов в качестве мономеров при производстве СК используют: дивинил, изопрен, хлоропрен, на базе синтетического спирта (метанола) и ацетилена, из попутных нефтяных газов, углеводородов нефтепереработки, природных газов, частично карбида кальция. Разнообразие сырья и применяемых технологий обуславливает несколько вариантов размещения производства, например, попутные газы из-за низкой транспортабельности должны перерабатываться вблизи места добычи.
В развитии производства СК определилась тенденция к созданию комплексов предприятий: нефтепереработка – синтетический каучук – сажевое и кордное производство – шинное производство (Омск, Ярославль); гидролиз древесины – синтетический каучук – шинное производство (Красноярск). Сначала шинное производство притягивало к себе производство СК. Теперь наоборот – производство шин стало ориентироваться на производство СК. Предприятия, ориентированные на районы и центры нефтепереработки приблизились к потребителям – предприятиям по производству шин и резинотехнических изделий.
Производство химических волокон. Химические волокна – это тонкие, прочные, гибкие нити, получающиеся при продавливании (формовании) через фильеры расплавов полимеров или их вязких концентрированных растворов. Фильера имеет вид цилиндрического колпачка диаметром 50-75 мм с большим числом мелких отверстий (до 10 тыс.). Формование волокна может происходить из раствора или расплава. Мокрый способ формования: из раствора проходит в осадительной ванне с коагуляцией (свертыванием) струек жидкости. Сухой способ формования: из раствора испаряется летучий растворитель. Во всех случаях получают нить полимера.
В зависимости от способа производства химические волокна: искусственные волокна получают путём химической переработки природных полимеров (целлюлозы, белка и др.) и синтетические волокна, полученные на основе реакций полимеризации и поликонденсации из химического сырья, являются ведущим видом химических волокон. Синтетические волокна используются для производства спецодежды, технических изделий, фильтровальных тканей, ковров, сетей, канатов.
Экономическое преимущество производства химических волокон. Имеет практически неограниченный источник дешевого и доступного сырья – продуктов переработки топлива (нефти, газа, каменного угля и древесины), поэтому высокие темпы развития. Требует гораздо меньших капитальных, эксплуатационных, трудовых затрат, чем производство натуральных волокон того же назначения. Например, при равных затратах труда химических волокон можно получить больше, чем природных, т. к. производительность труда выше.
