Moiseev_I.I._Nauchno-tehnicheskaya_revolyuciya._Vek_XX_-_vek_XXI

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИIQ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСКТЩ

НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА

Академик Российской академии наук,

доктор химических наук, профессор

Илья Иосифович МОИСЕЕВ

Актовая лекция

на встрече с первокурсниками

1 сентября 2005 года

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ

РЕВОЛЮЦИЯ.

ВЕК ХХ - ВЕК XXI

~Издательство

~•НЕФТЬ И ГАЗ•

PI'Yнефn1 м 1'838 11111. и.м. ГУ6КИНА

Москва

2005

Дорогие первокурсники!

Ушедший в историю ХХ век ознаменовался многими замечатель­

ными достижениями, совокупность которых позволяет говорить о

состоявшейся научно-технической революции ХХ века.

Некоторые достижения науки и техники известны всем - от по­ литолога или ученого до домашней хозяйки (рис. 1). Так, любой

житель планеты знает о создании в 40-х годах ядерного оружия.

СЕРЕДИНА ХХ ВЕКА

•Создание атомной бомбы

•Полет человека в космос

•Электронно-вычислительные

машины

Рис.l

Почти все знают о полете Ю.А. Гагарина вокруг Земли, выходе в

открытый космос А.А. Леонова, посещении Луны американскими

астронавтами. В середине ушедшего века в наших Институтах по­

явились электронно-вычислительные машины. Это бьmи очень гро­

моздкие агрегаты, для их размещения были нужны большие по­ мещения - их называли «машинными залами». Сегодня даже су­ перкомпьютеры занимают гораздо меньшие помещения. Во всех лабораториях нашего Университета вы встретитесь с элегантными и быстродействующими переанальными компьютерами, у многих из Вас такие машины стоят дома. Между тем еще двадцать лет на­ зад переанальные компьютеры были редкостью даже в лаборато­ риях, да и качество ихбыстродействие и объем памятисиль­

но отличалось от качества нынешних персоналок. Вычислительная

3

техника, плод научного творчества кибернетиков (математиков), фи­ зиков н химико13-материаловедов, необычно быстро прогрессиру­

ет.

Да13айте посмотрим теперь, что произошло с той отраслью, в

которой мы с щtми работаем, как изменилась индустрия, произво­ днщан и перерабатыnающая нефть и газ.

В 1947 году был принят пятилетний пландокумент, опреде­

ливший жизнь многомиллионной страны на ближайшие пять лет.

Лозунгом этого документа были слова: «Угольхлеб промышлен­

IЮСТИ» (рис. 2). Эта формулировка отражала не столько уровень

понимания проблемы, сколько ситуацию с энергоносителями, с

пою·отовленностыо промышленности к адаптации новых энерго­

носнтелей и нового сырья химической промышленности. Уже в то

вре~•я бr.,ши оче13идны преимущества природного газа по сравне­

нию с углем (см. рис. 2). В 1946 г. природный газ Саратовского мес­

торождения пришел 13 Москву. Этот первый пример крупномасш­ табJюii пtзщjшкаuии ярко показал, как меняются сониальные условия мсгапо;шса при переходе на новое, экологически более приемлемое

TOI!JlИBO.

Прошло немало времени, прежде чем промышленность полу­

чllла мощные компрессоры и устойчи13ые по отношению к корро-

«Угольхлеб промышленности»

Первый nослевоенный

ПятилетниИ nлан

18 марта 1947 г.

Середина 1946 г.: Саратовский газ

в Москве

•Добыча - в 12 раз дешевле

• Транспортировка - в 8 раз дешевле

•Производительность труда при добыче­

в20-22 раза выше

•Нет проблем с вывозом золы

•Ниже уровень загрязнения окружающей

среды

Рис. 2

4

зии трубы большого диаметра, прежде чем в строй вошли новые мес­ торождения природного газа. Тем временем потребности энергетики, металлургии и химической промышленности удовлетворялись за счет

добычи, обогащения и переработки угля (рис. 3).

Уголь в энергетике

и промышленности

Середина ХХ века

Рис. 3

Нефть и газ: конкуренция с углем

Конец ХХ века

~Нефтьигаз

5

Так продолжалось примерно до 70-х годов, когда углеводороды нефти и газа стали вытеснять уголь не только из энергетики, но и

из химической промышлснности. Нефть и газ практически вытес­

ШIЛII упшь в качестuе сырья химическqй промышленности и зна­

чительно 1ютеснш1и его в топливно-энергетическом комплексе. Со­

хранил у1·оль свои позиции, пожалуй, лишь в производстве металлов

(рис. 4). Эти драматические изменения в полной мере можно на­

звать революционными.

Коrю1 мы говорим о производстве веществ из угля, что мы име­

еl\1 в виду? Разумеетси, речь идет не о том, что химики берут уголь,

кладут его в ступку, растирают и таким путем получают желаемые

продукты. К сожалению, путь к целевым hродуктам и сложнее, и

дороже, чсы упомянутое выше «механохимическое» преnращение.

1Электроэнергия 1----.

Уксусная

Рис. 5

Так, ряд важнейших химических продуктов из угля получали

через карбид кальция и ацетилен (рис. 5). Вначале из кокса и изве­

спl n вольтавой дуге получали хорошо всем известный со школь­

ных лет карбид калыхия. Действием воды на карбид кальция полу­

чали тоже известный многим ацетилен. Присоединяя к ацетилену

молскулу воды, получали уксусный альдегид, аналогично получа­

ют ш••шлацетат, хлористый uинил и акрилонитрил. Все перечис-

б

ленноеэто очень важные полупродукты в производстве раствори­

телей, полимерных материалов, клеев, красок, материалов для швей­ ной промышленности, т.е. масштаб их производства очень велик.

Между тем из рис. 5 видно, что путь к ним от угля очень длинен (а значиттрудоемок) и, что гораздо важнее,- энергетически весьма

затратен. Ценность всего, что нас окружает, измеряется количеством труда и энергии, затраченных на производство. Чем выше потенциал

использованной энергии, тем она дороже.

Положение с производством всех перечисленных на рис. 5 продук­

тов изменилось после 60-х годов. Вначале в Мюнхене и в Москве бьш

открыт новый принцип конструирования каталитических реакций и

ноJЗый путь получения уксусного альдегида из этилена (рис. 6). На­ помню, что этилен получают из нефти, попутного нефтяного газа или

из газового конденсата. При этом энергии тратится гораздо меньше,

Уксусный альдегид из этилена

J.Smidt, W. Hafner, R. Jira, J. Sedlmeier, R. Sleber, R. RUttinger, Н. Kojer, Angew. Chemle, 1959, 71, 176

И.И. Моисеев, М.Н. Варгафтик, Я.К. Сыркин,

Докл. АН СССР, 1960, т. 133, NR2, с. 377-380

Рис. 6

чем при производстве ацетилена. Поэтому этилен в 1,5-2 раза де­

шевле ацетилена.

В Москве были открыты еще две реакции (рис. 7). Одна из них - окисление этилена в винилацетат стала знаменитой. Сегодня по этой реакции получают во всем мире 4,3 млн тонн винилацетата. Все, кто

держали в руках водно-эмульсионные краски, поливинилацетатный

клей, имели дело с продуктами, полученными из винилаuетата.

7

Обнаруженные каталитические реакции открьши новые и, что важ­ но,- более дешевые пути к продуктам, которые прежде получали из

угля, затрачивая много больше энергии. Неудивительно, что в карат-

Винилацетат из этилена

AcONa

С2Н4 + АсОН + PdCI2 - + СН2=СНОАс + 2н• + Pd(O)

С2Н. + 2ROH + PdCI2 _ . CH3CH(OR)2 + 2н· + Pd(O)

И.И. Моисеев, М.Н. Варгафтик, Я.К. Сыркин,

Докл. АН СССР, 1960, т. 133, N92, с. 377-380

Pd(O)

С2Н• + АсОН + 1/202--+ СН2 =СНОАс +Н20

Hoechst AG, BASF, Celanese

- 4,3 млн тонн/г винилацетата

Рис. 7

После 60-х

Конкуренция угля и нефти

Рис. В

8

кое время этилен и пропилен вытеснили ацетилен из тяжелого орга­

нического синтезатак называется эта область химической инду~

стрии. Замечу, что объем производства карбида кальция сегодня почти такой же, как и винилацетата из этилена (рис. 8).

Смена сырьевой базыэто, конечно, революционное событие в

промышленности. Упомяну еще один признак научно-технической

революции. В ХХвеке в жизньлюдей очень активно вторглись поли­ меры и полимерные материалы, получаемыеиз углеводородов (рис. 9). Некоторые из этих материалов были известны в начале века, но из­ за дороговизны не были столь доступны, как в наши дни. Сегодня

все знают, что изоляцию для электропроводов, оконные и дверные

блоки и многое другое делают из полихлорвинила. Родившийся в середине ХХ века в Мюльхайме-на-Руре, в лаборатории Карла Циг­ лера, полиэтилен высокой плотности используется в строительной индустрии и для изготовления труб, которые не подвергаются кор­ розии и могут служить десятилетия без замены. Очень многие мои слушатели держали сегодня в руках полиэтилентерефталат. Из это­ го материала изготовлены бутылочки для минеральной воды и дру­ гих напитков. Вы все пользуетесь плодами научно-технической ре­ волюции ХХ века, даже не зная этого: научно-техническая революция

некриклива...

МАТЕРИАЛЫ ИЗ УГЛЕВОДОРОДОВ

Полибутадиен (СК) Полиэтилен Полипропилен Полициклоолефины

Полиизопрен Этилен-пропилен-диеновые каучуки Тефлон

Полихлорвинил

Капрон

Нейлон

Лавсан

Полиэтилентерефталат

Рис. 9

9