1. История развития производства вяжущих

Реакции в цепях полимеров
Многие полимеры нельзя получить ни полимеризацией, ни поликонденсацией, поскольку или неизвестны исходные мономеры, или мономеры не образуют высокомолекулярных соединения, синтез таких полимеров осуществляют, исходя из высокомолекулярных соединений, макромолекулы которых содержат реакционноспособные функциональные группы. По этим группам полимеры вступают и те же реакции, что и содержащие такие группы низкомолекулярные соединения. 
Реакции в цепях полимера могут происходить без существенного изменения молекулярной массы полимера (таи называемые полимер-аналогичные превращения), с увеличением молекулярной массы полимера (синтез привитых и блок сополимеров) или с уменьшением молекулярной массы (деструкция макромолекул).
Еще 25 лет назад основным видом органической технологии являлись продукты углепереработки (продукты коксования и газификации каменного угля).
В настоящее время основным исходным сырьем являются углеводороды нефтяного происхождения. Углеводородные газы, долгое время служившие лишь топливом, сжигавшимся в топках паровых котлов, теперь считаются самыми лучшими и дешевыми видами сырья для быстро растущих нефтехимических производств, Более 80% алифатических соединений производится современной мировой промышленностью синтезом из продуктов нефтяного происхождения. Особенно высоко потребление этого вида сырья в производстве полупродуктов для получения синтетических полимеров, каучуков, пластических масс. Нефтяные продукты приобретают также все более важное значение и в обеспечении сырьем производства соединений ароматического ряда, которые получались ранее только из продуктов коксового производства. В настоящее время около 75% мирового производства толуола, ксилола и бензола, синтетического фенола получают также из нефтяных продуктов.
Широкое использование нефтяного сырья для быстро растущей промышленности полимеров привело к возникновению новой, крупной отрасли промышленности — нефтехимической, экономическое значение которой все возрастает.
Углеводородные газы различных источников, главнейшими из которых являются природные и попутные нефтяные газы, а также газы нефтепереработки, служащие в настоящее время основным нефтехимическим сырьем для производства полимеров, относятся к различным гомологическим рядам: а) парафинов — метан, этан, пропан, бут аи и пентаи; углеводороды этой группы встречаются в природном и попутном нефтяном газе, а также образуются при термических и каталитических процессах переработки нефти, угля и других горючих ископаемых; б) олефинов — этилен, пропилен, бутилен, образующиеся при термических и каталитических процессах переработки нефти, а также при пиролизе и дегидрировании углеводородных газов группы парафинов; в) диолефинов —главными представителями этого ряда, имеющими большое практическое значение, являются бутадиен и изопрен; наиболее экономично получение их при дегидрировании углеводородов группы а и б; г) ацетилена — получают крекингом или пиролизом углеводородов парафинового ряда.
Рассмотрим основные источники углеводородного сырья для производства полимеров.
Природные газы. Газы, добываемые из газовых залежей, называют природными. Они находятся в толще осадочных пород земной коры. Большинство природных газов в основном состоит из метана (85—98%) и небольшого количества других газов — этана, пропана, бутана, азота, углекислоты и сероводорода. Эти месторождения эксплуатируются с помощью буровых скважин. Начало крупного развития промышленности природного газа в Советском Союзе относится к 1942—1943 гг., когда разведочными работами были открыты газовые месторождения в Саратовской области. Особенно быстро развивается добыча природного газа в послевоенные годы. Постоянный рост масштабов добычи природного газа в стране позволяет создать практически неограниченную сырьевую базу для широкого развития многих химических производств, в том числе полимеров за счет переработки основных компонентов природного газа. Так, хлорированием метана получают хлористый метил СНзО и хлористый метилен СНгСЬ. Хлористый метил используют для различных синтезов, в том числе для производства метилцеллюлозы. Значительное количество его идет на производство кремнийоргаии-ческих веществ — мстнлхлорсиланов, из которых получают крем-иийорганические полимеры, находящие широкое применение в строительной технике и других областях народного хозяйства.
Окислением метана может быть получен формальдегид — главнейшее сырье для получения различных формальдегидных полимеров, достаточно широко применяемых в строительной технике и других отраслях. Большой экономический интерес представляет крекинг метана для получения ацетилена. Ацетилен наряду с этиленом, пропиленом, бутиленом является ведущим видом исходного сырья, на котором базируется значительная часть современной химии полимеров (полившшлхлорид, хлоропреи), имеющих ведущее значение для строительной техники. Следует отметить, что ацетилен до последнего времени производился из карбида кальция. Этот процесс очень громоздок, с большим расходом электроэнергии, высокими капиталовложениями и эксплуатационными расходами. Вот почему получение ацетилена из углеводородного сырья при наличии дешевой и доступной сырьевой базы и комплексном использовании побочных продуктов процесса может быть организовано весьма эффективно и экономически, и технически.
Большой практический интерес представляет получение ацетилена путем термического разложения углеводородов более тяжелых, чем метан, — пропана, бутана и др. Одновременно с ацетиленом в больших количествах получают этилен — ценное исходное сырье для производства этилового спирта и полиэтилена, широко используемых в производстве синтетических каучуков и других полимеров. Весьма существенно и то обстоятельство, что производство ацетилена из углеводородного сырья поддается автоматизации.
Попутные нефтяные газы добывают из земных недр одновременно с нефтью. Эти газы в недрах земли находятся частично растворен-
ными в нефти, а частично в свободном состоянии при весьма высоком давлении (до 25 МПа). Поднимаясь на поверхность, нефть выделяет попутные газы. Масштабы добычи этих газов находятся в прямой зависимости от количества добытой нефти.
Нефтяные попутные газы по составу в различных месторождениях сильно отличаются друг от друга. Даже их плотность колеблется от 0,8 до 1,5 г/см3. Они содержат в своем составе метай — 40— 70,%, этан — 7—20%, пропан— 5-—20%, бутан —2—20% и пеи-тан — 0—20%. Иногда в их составе имеется сероводород — около 1%, углекислый газ —около 0,1%, азот и другие инертные газы — до 10%. Попутные газы в районе Азербайджанской, Туркменской и Украинской ССР и некоторых других республиках характеризуются относительно низким содержанием высших углеводородов метанового ряда: этана, пропана, бутана, пентана. Они подвергаются переработке, аналогичной для природных газов. Попутные газы в других районах, например втором Баку (Башкирия), содержат большой процент высших углеводородов и могут служить источником пентана, бутана, пропана и этана, используемых для получения различных синтетических полимеров.
Выделение из попутного газа бензина и отдельных углеводородных фракций осуществляется различными методами на газобепзп-новых заводах. Наиболее распространен у нас метод разделения попутного газа посредством масляной абсорбции, т. е. поглощения газа маслом. Из попутных газов получают путем последующего синтеза и полимеризации полинзобутилен, бутилкаучук, полиэтилен, полипропилен и др.
Газы нефтепереработки наряду с природными и попутными газами являются ценным источником углеводородов, образуются они в качестве побочного продукта при термической и каталитической переработке нефтяного сырья. Необходимость обеспечения привела к тому, что в настоящее время кроме физических методов переработки нефти прямой перегонкой все шире внедряется ее химическая переработка с применением различных видов термического крекинга н пиролиза. При такой переработке нефти и нефтепродуктов происходят их различные химические превращения: расщепление больших молекул, взаимодействие осколков этих молекул между собой и с другими молекулами, изомеризация и полимеризация части продуктов расщепления.
Крекинг производится при температуре 500°С н выше без катализаторов или с применением их для ускорения процесса или изменения его направления. В последнем случае процесс называется каталитическим крекингом.
Процесс пиролиза является разновидностью крекинга и проводится при температуре свыше 700°С. С повышением температуры пиролиза до 900—1000°С возрастает количество образующихся оле-финов, являющихся, как показано выше, наиболее цепным сырьем для химической переработки. Состав и выход газа зависит от типа применяемого процесса переработки нефти или ее продуктов. Так,
выход газообразных продуктов при жидкофазиом крекинге составляет 6—10% от исходного сырья, при парофазном крекинге—30— 33%, при каталитическом крекинге — около 15%, а при пиролизе — около 50%.
Завод по переработке нефти мощностью 6 млп. т в год может обеспечить получение 350—550 тыс. т газа, или 9% на переработанную нефть с выходом приблизительно 2% непредельных углеводородов (этилена, пропилена и бутилена), 5% предельных углеводородов (этана, пропана, нзобутана и пептана) и 1,5—2% ароматических углеводородов.
В целях дальнейшей химической утилизации смеси газообразных углеводородов, образующихся при переработке нефтяного сырья, они подвергаются разделению различными методами, чаще всего методом глубокого охлаждения; при этом газы нефтепереработки разделяются па три фракции, а именно: на сухой газ, пропаи-пропилеиовую и бутан-бутнлеиовую фракции. При химической переработке из сухого газа извлекают этилен, этап н пропан. Пропаи-пропиленовая фракция, которая на нефтяных заводах подвергается переработке па установках полимеризации для получения бензина, также может быть подвергнута пиролизу для получепия этилена и пропилена. Бутаи-бутиленовая фракция обычно направляется на установку алкилирования для производства высокооктановых добавок к жидкому моторному топливу, В небольших количествах эта фракция подвергается полимеризации для получения полиизобути-лена. Отработанная бутан-бутиленовая фракция может быть под-» вергиута дегидрированию для получения бутадиена.
Важнейшим сырьем для производства полимеров являются также ароматические углеводороды — бензол, толуол и ксилол, источниками получения которых также может явиться нефтепереработка и особенно сланцевое сырье. На базе бензола и ксилола получаются капролактам, полистирол, феноло-формальдегидиые полимеры, которые находят широкое применение в производстве пластмасс.
Важнейшим путем увеличения ресурсов ароматических веществ является процесс пиролиза нефтяных продуктов, в том числе тяжелых нефтяных остатков