В последние десятилетия потребление нефти в мире постоянно увеличивается. Потребность в нефтепродуктах продолжает возрастать (рис. 6.6). За десятилетний период с 1968 по 1978 гг. нефти было добыто столько же, сколько за предшествующие 110 лет. Значительная ее доля расходуется на производство топлива для различных энергоустановок, в том числе и для транспорта.

Превращение исходного природного продукта –  сырой нефти – включает ее добычу, переработку и сжигание. В процессе добычи сырая нефть извлекается из разведанного месторождения.

Добыча  нефти осуществляется в три этапа. На первом этапе извлекается 10–30% нефти при естественном давлении из природного резервуара, заполненного сложными образованиями из пористых пород. На втором этапе добычи при накачке воды, газа или пара нефть выталкивается на поверхность, что позволяет получить до 35% разведанных запасов. Извлечение остальной части сырой нефти на третьем этапе требует новых технологических приемов. Наиболее перспективные из них связаны с применением поверхностно-активных веществ и полимерных растворителей для извлечения нефтяных фракций из водной среды. Например, на третьем этапе добычи можно извлечь более 50 млрд. т нефти, содержащейся в разведанных месторождениях только одной страны – США.

Добытая сырая нефть чаще всего представляет собой маслянистую жидкость, состоящую преимущественно из сложной смеси углеводородов-алканов с линейной структурой и, в основном, с одинарными связями. Кроме алканов, нефть содержит разветвленные и циклические углеводороды, а также соединения с одной двойной связью, т. е. алкены, и соединения с бензольными кольцами, относящиеся к ароматическому ряду. Сырая нефть включает компоненты, молекулярная масса которых находится в пределах от значений для природных газов: 14 (метан СН₄ ), 30 (этан С₂H₆), 44 (пропан C₃H₈) и 58 (бутан С₄Н₁₀) – до значения для парафинового воска С₃₀Н₆₂ , равного 422.

Процесс переработки нефти, называемый крекингом, начинается с перегонки, при которой различные компоненты нефти разделяются в соответствии с их температурой кипения. Вначале извлекаются наиболее летучие углеводороды, один из них октан C₈H₁₈. По октановому эквиваленту оценивается качество моторного топлива. В процессе переработки удаляются неорганические примеси, включая серу, и в результате каталитического крекинга производится расщепление больших молекул, при котором образуется соединение с более низкой температурой кипения. Для перестройки молекул и формирования их структур с оптимальными характеристиками, в том числе и для повышения октанового числа топлива, применяется каталитический реформинг. Каталитический процесс, таким образом, играет существенную роль при переработке нефти.

Лучшие катализаторы для переработки нефти – дорогостоящие и малораспространенные металлы: платина, палладий, родий и иридий. Например, с помощью катализатора – платины – алканы, приводящие к несинхронному воспламенению топлива в цилиндрах двигателя и вызывающие детонацию, превращаются в углеводороды с лучшими горючими характеристиками и с большим октановым числом. При наличии платинового катализатора и водорода низкооктановый алкан с неразветвленной цепью преобразуется в соединение бензола или циклического алкана с более высоким октановым числом.

Относительно недавно освоены новые каталитические процессы для переработки нефти, которые основаны на применении цеолитовых молекулярных сит (алюмосиликатов), платинорениевого/платино-иридиевого и платина/палладий/родиевого катализаторов. В настоящее время возрастает и особенно в будущем будет возрастать в переработке доля добываемой нефти низкого качества, т.е. нефти с относительно большой концентрацией серы, с более высокомолекулярными компонентами и с различного рода примесями, например, с примесями ванадия, никеля и других элементов, которые затрудняющих процесс катализа. В этой связи технологический цикл переработки нефти необходимо постоянно совершенствовать, чтобы производить высокооктановое топливо, продукты сгорания которого не загрязняли бы окружающую среду.

В последние десятилетия при детальном исследовании процесса горения топлива были выявлены азотнокислые и серосодержащие продукты сгорания, приводящие к кислотным осадкам, а также хлоросодержащие и другие соединения, загрязняющие атмосферу. Как выяснилось, горение – сложный химический процесс, зависящий от многих факторов. Повышение эффективности горения – это один из лучших способов сбережения природных энергоресурсов и сохранения окружающей Среды.

Переработка нефти включает операцию обессоливания и последующее разделение нефти на фракции при различных температурах кипения. Возрастающая потребность в топливе приводит к необходимости переработки нефтяных фракций. Для чего применяется термический крекинг, представляющий собой разложение нефтепродуктов при высокой температуре (выше  С), при которой получается низкокипящий углеводород – бензин. Перспективен каталитический метод гидрокрекинга (под действием водорода происходит гидрофикация и тем самым отпадает необходимость в дополнительной операции очистки). На современных установках ежегодно вырабатывается более 700 тыс. т нефтепродуктов. Для повышения детонационной стойкости моторное топливо подвергается каталитической обработке при температуре 500° С и давлении 20–40 атм. Нефтехимический синтез базируется на пиролизе парафинов при температуре 800–870° С.

В результате переработке нефти получается более двух десятков основных соединений. Наиболее важные из них – олефины, диолефины (этилен, пропилен, бутадиен, изопрен), ароматические соединения (бензол, толуол, ксилол) и газовая смесь оксида углерода с водородом (см. рис. 6.7). На основе данных соединений синтезируется тысячи промежуточных и конечных продуктов. В настоящее время около 90% всех органических соединений производится из нефти и природного газа.

О темпах развития нефтехимии можно судить по росту производства этилена - сырья для получения пластмасс, лаков и красок. За 20 лет (1960- 1980 гг.) объем этилена увеличился более чем в 10 раз (с 3,4 до 50 млн. т). Только для производства различных  продуктов без учета топлива в 1975 г. было израсходовано около 100 млн. т нефти.

Вплоть до середины XIX в. нефть использовалась преимущественно как колесная мазь и в лечебных целях. В 1860г. мировая потребность в ней составляла около 70 тыс. т. К концу XIX в. она возросла до 21 млн. т, и через 75 лет - до 2730 млн. т. Разведанные запасы нефти на конец 1974 г. оценивались в 97 млрд. т. К началу 90-х годов XX в. они составили около 600 млрд. т. По некоторым оценкам, к 2000 г. разведанные запасы приблизятся к 800–1000 млрд. т. Предполагается, что запасов нефти хватит до 2050 г. при нынешних темпах потребления.