CC BY
150Эффективность производства изопренового каучука
Production efficiency of isoprene rubber
УДК 338.4
Моисеев Илья Иосифович
профессор Российского государственного университета нефти и газа им.И. М. Губкина (Москва), доктор химических наук, академик РАН 119991, Москва, Ленинский пр., д. 65
Moiseev Ilya Iosifovich
119991, Moscow, Leninskiy pr., 65
Гильманов Хамит Хамисович
первый заместитель генерального директора, главный инженер ОАО «Нижнекамскнефтехим» (Нижнекамск), доктор технических наук, заслуженный химик РФ 423574, г. Нижнекамск, ОАО «Нижнекамскнефтехим»
Gilmanov Khamit Khamisovich
423574, Nizhnekamsk, OAO «Nizhnekamskneftehim»
Федорцева Елена Владимировна
ведущий научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института нефтехимических процессов (Санкт-Петербург), кандидат технических наук 193148, Санкт-Петербург, Железнодорожный пр., 40
Fedortseva Yelena Vladimirovna
193148, Saint-Petersburg, Zheleznodorozhniy pr., 40
Авторы отмечают эффективность применения жид-кофазной технологии производства изопрена для изготовления резинотехнических изделий и особенно автомобильных шин. Обоснованна целесообразность применения такой технологии, обуславливающая экономию дорогого натурального каучука, добыча которого с развитием промышленной цивилизации резко сокращается.
Authors mark efficiency of application production technologies of liquid phases of an isoprene for manufacturing products of rubber-technical and especially automobile tires. Expediency of application of such technology is shown, causing economy of expensive natural rubber which extraction with development of an industrial civilization is sharply reduced.
Ключевые слова: резинотехническое производство и резинотехнические изделия, экономические факторы в производстве изопрена, конкурентоспособность изопренового качества
Keywords: rubber-technical manufacture and rubber-technical products, business factors in isoprene manufacture, competitiveness of isoprene quality
Объем производства резинотехнических изделий, применяемых во многих сферах человеческой деятельности, принадлежит к числу важнейших индикаторов, по которым судят об уровне промышленного
Бусыгин Владимир Михайлович
генеральный директор ОАО «Нижнекамскнефтехим» (г. Нижнекамск), доктор экономических наук, заслуженный химик РФ
423574, г. Нижнекамск, ОАО «Нижнекамскнефтехим»
Busygin Vladimir Mikhaylovich
423574, Nizhnekamsk, OAO «Nizhnekamskneftehim»
Дыкман Аркадий Самуилович
заведующий лабораторией Всероссийского научно-исследовательского института нефтехимических процессов (Санкт-Петербург), доктор технических наук, заслуженный изобретатель РФ 193148, Санкт-Петербург, Железнодорожный пр., 40
Dykman Arkadiy Samuilovich
193148, Saint-Petersburg, Zheleznodorozhniy pr., 40
развития страны. Невозможно представить современный мир без автомобилей, а, следовательно, без шин. Материал, используемый для их производства, содержит до 50% натурального каучука, получаемого из сока гевеи [1].
В соответствии с прогнозами Международной группы по изучению рынка резины (International Rubber Study Group), по итогам 2011 г. объем мирового потребления каучука составит 25,7 млн т, что означает рост по сравнению с 2010 г. на 4,5%. Несмотря на то что рост потребления каучуков в 2010 г. по сравнению с уровнем 2009 г. составил 12,8% (с 21,8 млн т до 24,6 млн т), более высокий показатель можно связать с восстановлением рынка после кризисных явлений в мировой экономике 2008-2009 гг., и, следовательно, снижение уровня роста в 2011 г. по сравнению с уровнем 2010 г. не стоит рассматривать как замедление рынка. Тем более что, согласно имеющимся прогнозам, уже в 2012 г. рост потребления каучука в мире составит 7,4%, а суммарный объем рынка — 27,6 млн т. К 2020 г. прогнозируется увеличение объемов рынка каучука до 35,9 млн т (на 39,7% больше, чем в 2011 г.), что позволяет говорить о благоприятных долгосрочных перспективах развития резинотехнической промышленности и о том, что рынок сырья для производства резины также будет расти в средне- и долгосрочной перспективе [2] (рис. 1).
Характерно, что в последние десятилетия значительную роль в развитии резинотехнической отрасли играет выделившаяся в самостоятельную отрасль шинная промышленность, бурный рост которой напрямую коррелирует с увеличением потребления автомобилей в мире. Уже в 2011 г. ожидается рост объемов мирового производства автомобильных шин на уровне 4,8% (при этом увеличение объемов производства шин для легковых автомобилей составит
0
1
О ^
о о;
s ^
с
со
S
с; с
о
о
J
<
J
>
2009
2010
2011
2012
2020
Год
Рис. 1. Динамика и прогноз потребления каучука в мире
н 1200
Э
к
я 1000
as га
Ей
и «
о и га Я о а к
S ш t? ю О
800 600 400 200 0
Легковые шины 27,6 35,9 о-о
24,6 25,7
24,6 25,7 —Г~1— 27,6 35,9 -□-□
U-- Шины для коммерческого автотранспорта
2010
2011
2015
2018
Год
Рис. 2. Динамика и прогноз производства автомобильных шин в мире
4,5%, а изменение объемов производства шин для коммерческого транспорта — 5,4%). В 2015 г. прогнозируется, что мировое производство автомобильных шин вырастет на 8,4% по сравнению с уровнем 2011 г, а уже в 2018 г ожидается замедление роста, что будет связано со стагнацией потребления новых автомобилей, однако рынок по-прежнему будет оставаться чрезвычайно емким, поскольку автомобильные шины являются часто заменяемым товаром [3] (рис. 2).
Разработанные ныне прогнозы производства и потребления резинотехнических изделий, включая автомобильные шины, несмотря на возможное замедление темпов роста рынка к 2020 г., однозначно свидетельствуют о необходимости увеличения сырьевой базы для резинотехнической промышленности, в которой ведущую роль играет натуральный каучук.
Натуральный каучук, который представляет собой полимер цис-1,4-изопрена и состоит из 20-40 тысяч элементарных звеньев мономера-изопрена, является идеальным естественным сырьем для производства резины, однако на сегодняшний день его роль как
сырья для производства резинотехнических изделий ограничена, с одной стороны, возможностями производства, а с другой стороны, — ростом цен.
Одна из главных причин ограниченных возможностей использования натурального каучука состоит в значительном увеличении цены на него: по данным аналитиков «Deutsche Bank», за 2010 г. цены на натуральный каучук выросли в 2 раза, а за первые недели января 2011 г — еще на 15%, в результате чего был поставлен новый ценовой рекорд — 5,7 долл. США за 1 кг (5700 долл. США за 1 т) [4].
Помимо стихийных бедствий, уничтожающих плантации каучуконосов и стимулирующих рост цен на натуральный каучук, прогнозы долгосрочного роста цен на него объясняются и постепенным ослаблением влияния традиционных факторов относительно низкой цены — невысокой стоимостью рабочей силы в регионах производства натурального каучука и низкой стоимостью использования земельных ресурсов. Рост заработных плат и постепенное улучшение качества жизни в странах Юго-Восточной Азии, являющихся
основными производителями натурального каучука (Индонезия, Малайзия, Вьетнам, Таиланд, Индия, Китай и т. д.), сокращают позитивное влияние фактора стоимости рабочей силы на цену натурального каучука.
Влияние фактора низкой стоимости использования земельных ресурсов ослабляется по мере появления альтернативных возможностей их использования. В связи с постоянным ростом цен на нефть для мировой экономики актуальным становится поиск альтернативных топливных ресурсов, к которым в том числе относится биоэтанол, получаемый в основном из сахарного тростника и кукурузы.
Экономическая целесообразность использования земельных ресурсов, ранее эксплутировавшихся в качестве плантаций для получения натурального каучука, подтверждается многими данными. Так, например, в Бразилии, которая на сегодняшний день является лидером по производству биоэтанола из сахарного тростника (что является более целесообразным по сравнению с производством биоэтанола из кукурузы), в урожае 2010/2011 гг. сахарным тростником засеяно 8091,5 тыс. га [5-8]. При этом ожидаемый урожай сахарного тростника — 664 333,4 тыс. т. Это означает, что урожай с 1 га составляет 82,1 т. В соответствии с существующими планами, 362 816,2 тыс. т собранного в Бразилии сахарного тростника пойдут на производство этанола (планируется получить 28 500 млн л этанола). Таким образом, из 1 т сахарного тростника получается в среднем 78,6 л этанола. Таким образом, с 1 га получается 6453 л этанола. На сегодняшний день цена на биоэтанол колеблется в пределах 0,6-1,1 долл. США за 1 л, рентабельность — в пределах 13,3-14,6%. Если взять среднюю цену на уровне 0,85 долл. США за 1 ли среднюю рентабельность на уровне 14% [6], то получается, что валовая прибыль с 1 га посевных площадей, засеянных сахарным тростником, используемым в дальнейшем для производства биоэтанола, может составить порядка 768 долл. США.
Средняя урожайность каучука (если не принимать в расчет особые специальные высокоурожайные сорта) составляет 450 кг с 1 га. При цене 5,7 долл. США за 1 кг это обеспечивает выручку с 1 га в размере 2565 долл. США. Приблизительные оценки рентабельности натурального каучука — 9-11% [5, р. 17]. Это означает, что валовая прибыль с 1 га при использовании земли под каучуковые плантации составляет 282 долл. США. Сопоставление полученных приблизительных цифр (786 долл. США валовой прибыли при использовании посевных площадей под сахарный тростник и 282 долл. США валовой прибыли при использовании посевных площадей под каучуковые плантации) позволяет сделать однозначный вывод о том, что ведущие производители натурального каучука будут постепенно переориентироваться на альтернативное использование земель, позволяющее производить биоэтанол. Даже с учетом того, что себестоимость выращиваемого в Юго-Восточной Азии сахарного тростника на 35% выше, чем себестоимость того же сахарного тростника, выращенного в Бразилии, увеличенные затраты будут полностью окупаться, и производство биоэтанола по-прежнему будет прибыльным. О том, что данная тенденция становится закономерностью отрасли, свидетельствует рост мирового производства биоэтанола, который является пока хоть и слабым, но единственным заменителем нефти (который в 2010 г. по сравнению с уровнем 2009 г. составил 16,3%).
Перспективы развития производства биоэтанола g в том числе из сахарного тростника (хотя в Юго- х Восточной Азии возможно использование и других о культур для производства данного вида топлива: на- о пример, японская компания «Mitsui Engineering & ® Shipbuilding Co.» в 2013 г. планирует начать в Малай- ^ зии производство биоэтанола из пальмового масла и [9]) подтверждаются тем, что в Индии, Малайзии и m Таиланде приняты планы по наращиванию поставок ^ биотоплива в качестве горючего для транспортных средств [10]. Возможности выращивания сахарного х тростника в рассматриваемом регионе подтвержда- > ются тем, что в 2008 г. Индия, Китай, Таиланд, Фи- х липпины, Индонезия, Вьетнам входили в 20 ведущих о стран по выращиванию сахарного тростника в ми- i ре [11].
Таким образом, средне- и долгосрочные векторы развития резинотехнической промышленности и производства каучуков будут следующими:
1) рост производства резины и изделий из нее будет стимулировать рост спроса на сырье, основным из которых является каучук;
2) в средне- и долгосрочной перспективе цены на натуральный каучук будут расти, что будет обусловлено дефицитом предложения и постепенным ослаблением факторов, ранее формировавших относительно низкую цену натурального каучука;
3) рост спроса на каучуки, сопровождаемый повышением цен на натуральный каучук и стагнацией его производства, приводит к необходимости увеличения производства синтетических каучуков и совершенствования технологий их получения с точки зрения экономической целесообразности. Наиболее близким по свойствам к натуральному
каучуку является такой вид синтетических каучуков, как изопреновый (иногда также называемый полиизопрен). Несмотря на то что в 2008 г. его доля в структуре мирового производства синтетических каучуков составляла лишь около 7,6%, а суммарный объем производства — 981 тыс. т, в свете необходимости поиска эффективного заменителя натурального каучука перспективы его производства являются благоприятными.
Технология производства изопренового каучука появилась в 1950-е гг., когда была создана теория и был разработан процесс стереорегулярной полимеризации олефинов и диенов, что дало возможность получать полимер — синтетический полиизопрен — из изопрена.
По данным оценок ОАО «Нижнекамскнефтехим», объем мирового производства изопренового каучука в 2010 г. составил порядка 700 тыс. т, что на 32,6% выше уровня 2009 г. (однако ниже докризисного 2008 г., когда мировое производство изопренового каучука составило 981 тыс. т) [Там же]. Тем не менее быстрое восстановление производства изопренового каучука в 2010 г. свидетельствует о том, что в будущем рынок будет расти, равно как спрос на изопреновый каучук (если ориентироваться на возрастающие потребности шинной промышленности, то оценить нереализованный потенциал мирового рынка изопренового каучука можно в 1000 тыс. т в год).
Одним из значимых конкурентных преимуществ изопренового каучука является его цена, которая в середине 2010 г. составляла порядка 3500 долл. США за 1 т (3,5 долл. США за 1 кг против 5,7 долл. США за 1 кг натурального каучука). Однако во многом ценовая конкурентоспособность изопренового каучука обеспечивалась следующими факторами:
1) в 2010 г. 57,4% мирового производства изопре-нового каучука приходилось на российских производителей (402 тыс. т): ОАО «Нижнекамскнеф-техим», ООО «Тольяттикаучук» («СИБУР-Холдинг»), ОАО «Синтез-Каучук» [Там же];
2) ценовая конкурентоспособность изопренового каучука российского производства обеспечивается, прежде всего, более низкими ценами на энергоносители.
С вступлением России в ВТО ценовая разница в энергоносителях будет нивелирована, и поэтому российские производители изопренового каучука окажутся перед острой необходимостью поиска альтернативных путей снижения затрат и обеспечения ценового преимущества. Одним из очевидных путей сокращения затрат на производство изопренового каучука является сокращение затрат на исходное сырье, в котором ведущую роль играет изопрен (на производство синтетического каучука приходится порядка 65% производимого в мире изопрена).
Кроме того, изопрен как исходное сырье также используется в следующих направлениях:
• производство бутилкаучука;
• производство термоэластопластов;
• производство витамина Е;
• производство инсектицидов;
• фармацевтическое производство, производство отдушек и т. д.
Тем не менее порядка 70% мирового производства изопрена потребляется в производстве синтетических каучуков, что дает основания говорить о средне- и долгосрочном росте спроса на этот продукт (рис. 3).
По нашему мнению, на сегодняшний день суммарные мировые производственные мощности по изопрену можно оценить в 760-770 тыс. т в год, и при этом их загрузка близка к 100%-ной. В то же время потенциал роста рынка изопрена, по оценкам компаний «Goodyear» и «Danisco» (подразделение «Genencor»), совместно реализующих проект по получению биоизопрена, составляет 5577 тыс. т. (основную роль в увеличении спроса на изопрен будет в средне-и долгосрочной перспективе играть необходимость замещения натурального каучука при производстве резинотехнических изделий; за счет этого направления возможно увеличение емкости рынка изопрена на 1959 тыс. т) [12].
Надо заметить, что возрастающий спрос на изопрен требует разработки и внедрения новых технологий его производства, который позволит обеспечить возможность и экономическую целесообразность расширения мощностей по его производству и по замещению
натурального каучука изопреновым. Ныне же в производственном масштабе реализованы и используются следующие технологии получения изопрена:
• извлечение изопрена из СБ-фракций пиролиза,
• дегидрирование изопентана,
• синтез изопрена из изобутилена и формальдегида через 4,4-диметилдиоксан-1,3 (ДМД),
• жидкофазный синтез изопрена,
• синтез изопрена из изобутилена и формальдегида (метод японского производителя «Кигагау»), однако сведения о промышленной реализации отсутствуют.
Если обращаться к технологии получения изопрена из СБ-фракций пиролиза, то необходимо отметить, что в этом случае при производстве этилена пиролизом нефтяных фракций получают СБ-фракцию с содержанием изопрена 1 Б—20%, однако выход изопрена на этилен оказывается небольшим и составляет 2% масс. В свете этого для загрузки завода по производству каучука, оптимальная мощность которого с точки зрения экономики должна находиться на уровне не менее 100 тыс. т в год, необходимо собрать пиролизную фракцию с пяти предприятий по производству этилена, годовая мощность каждого из которых должна быть не менее 1 млн т.
Существенным недостатком данной технологии является и то, что изопрен в этом случае выступает в качестве побочного продукта этиленового производства и поэтому сильно зависит от этиленового рынка и направления. Однако, помимо этого, «пиролизный» изопрен представляет собой исходное сырье для производства изопентана — эффективной высокооктановой добавки при производстве бензинов, в связи с чем с ростом цен на нефть и увеличивающемся спросе на СБ-фракцию пиролиза цена ее будет возрастать. В дополнение к этому, «пиролизный» изопрен содержит нежелательные примеси, требующие дорогостоящей очистки. Следовательно, данный метод нельзя считать перспективным и экономически целесообразным в будущем, поскольку:
• требуется большой объем исходного сырья;
• в связи с ростом цен на нефть стоимость исходного сырья — СБ-фракции пиролиза — будет возрастать;
• необходимость дополнительной дорогостоящей очистки «пиролизного» изопрена от нежелательных примесей существенно повышает стоимость применения данной технологии производства изопрена.
Основной недостаток получения изопрена путем двухстадийного дегидрирования изопентана — высокая цена и дефицитность исходного сырья, кото-
рое является востребованным компонентом автомобильных бензинов. Кроме того, этот метод из-за термодинамических ограничений требует больших затрат сырья (2 т изопентана на 1 т изопрена) и достаточно энергоемок. Значительное содержание примесей получаемого с помощью этой технологии изопрена приводит к тому, что стадия подготовки его к полимеризации становится достаточно дорогой.
Таким образом, с экономической точки зрения данный метод также нельзя рассматривать как перспективный, несмотря на то что в настоящее время этот процесс реализован в России на двух предприятиях, запущенных в 1960-1970-е гг. О том, что данная технология не имеет перспектив в будущем, свидетельствует и отсутствие у российских производителей планов по увеличению производственных мощностей на основе данного процесса.
В целом, для традиционных и применяемых в промышленном масштабе технологий получения изопрена характерна проблема экономической целесообразности, которая обусловлена:
• возрастающими ценами на исходное сырье;
• высокими затратами энергетических ресурсов для реализации производственного процесса;
• большими затратами на очистку получаемого изопрена от нежелательных примесей;
• большими трудностями, возникающими при обеспечении приемлемого уровня экологичности производства.
На стадии внедрения находится технология получения изопрена из возобновляемых биоресурсов(так называемого биоизопрена), которая разрабатывается совместно компаниями «Goodyear» и «Danisco». Суть производственного процесса сводится к тому, что биоизопрен получают ферментизацией биомассы, например, лигноцеллюлозы. В планах компаний запуск промышленного производства в 2013 г. Среди озвучиваемых преимуществ новой технологии компании выделяют следующие:
• уменьшение зависимости от изопрена, получаемого в процессе переработки углеводородного сырья;
• снижение себестоимости;
• повышение чистоты изопрена по сравнению с изопреном, получаемым из углеводородов;
• сокращение вредных выбросов в атмосферу при производстве [Там же].
Хотя к настоящему моменту опубликовано множество патентов по получению биоизопрена, выход изопрена в случае использования данной технологии оказывается небольшим, а также отсутствуют данные о реальной себестоимости процесса. В связи с этим получение биоизопрена может стать альтернативой традиционным способам получения изопрена только в долгосрочной перспективе.
В связи с этим наилучшей с экономической точки зрения альтернативой получения изопрена на сегодняшний день является группа методов, основанных на взаимодействии изобутилена с формальдегидом, которых на данный момент разработано три:
• метод синтез изопрена в одну стадию в жидкой фазе из изобутилена и формальдегида (компания «Kuraray», Япония),
• двухстадийный диоксановый процесс, предполагающий получение изопрена из изобутилена и формальдегида через стадию образования 4,4-диметил-диоксана-1,3,
• жидкофазный метод получения изопрена из изобутилена и формальдегида.
Все три метода объединяет наличие следующих g общих преимуществ:
• небольшая цена и доступность исходного сырья; о
• более высокая чистота получаемого изопрена. о Обращаясь к разработкам компании «Kuraray», следует отметить, что в конце 1970-х гг. появились па- ^ тентные публикации, свидетельствующие о разработке и технологии синтеза изопрена в одну стадию в жидкой m фазе. К настоящему моменту нет открытых сведений ^
об этой технологии, однако имеющиеся патентные
„о
данные позволяют предположить, что кислый водный х раствор формальдегида реагирует в нескольких по- > следовательных реакционных зонах с источником изо- х бутилена при температуре 150-220 °С. В качестве о катализатора при таких температурах эксплуатации i необходимо использовать минеральные кислоты. Несмотря на то что данные о промышленном внедрении данной технологии отсутствуют, если предположить, что оно имело место, то, представляя химию процесса, к числу ее недостатков можно отнести следующие:
• невысокую производительность;
• необходимость использования высоколегированных дорогостоящих сплавов типа «Хастеллой»;
• относительно большой выход высококипящих побочных продуктов, которые невозможно квалифицированно использовать.
Данные недостатки в конечном итоге приводят к удорожанию получаемого изопрена и к снижению экономической целесообразности его получения, а поскольку, как было показано ранее, именно экономические факторы будут движущими для развития технологий получения изопрена в средне- и долгосрочной перспективе, данный метод нельзя рассматривать как перспективный.
В 1960-1970-е гг. в СССР был разработан и внедрен двухстадийный диоксановый процесс получения изопрена из изобутилена и формальдегида совокупной мощностью 400 тыс. т в год. Суть данной технологии сводилась к тому, что на первой стадии процесса формальдегид с изобутиленом в жидкой фазе и кислой среде образуют 4,4-диметил-1,3-диоксан (ДМД) с последующим парофазным разложением ДМД на гетерогенном катализаторе с образованием изопрена и формальдегида. Реакция разложения ДМД является эндотермической, поэтому ее проводят в среде перегретого водяного пара, используемого в качестве теплоносителя и разбавителя. Образующийся при разложении формальдегид приходится выделять из разбавленных растворов. К преимуществам данного метода можно отнести следующие:
• высокая чистота изопрена;
• длительный опыт использования метода в промышленном масштабе;
• возможность эффективной утилизации побочных продуктов.
Тем не менее данный метод не лишен нескольких недостатков:
• необходимость рекуперации формальдегида;
• значительные объемы образующихся побочных продуктов;
• высокий уровень образования сточных вод и загрязнения окружающей среды. Значительные затраты сырья, энергетических ресурсов, а также большой объем сточных вод и выбросов в атмосферу, характеризующие применение диоксанового метода получения изопрена, снижали конкурентоспособность изопренового каучука в сравнении с натуральным, что привело к необходимо-
Таблица 1
Содержание микропримесей в изопрене при различных методах производства
Содержание компонента,% масс. Извлечение изопрена из С5-фракций пиролиза Двухстадийный диоксановый синтез* Жидкофазная технология*
Изопрен 99,0 99,38 99,58
Метиленциклобутан отсутствие 0,1 0,0025
Пиперилен 0,01 0,012 0,0037
Циклопентадиен 0,0001 0,00004 0,000005
Ацетиленовые соединения 0,0018 0,00006 0,00002
Карбонильные соединения 0,0003 0,0002 0,00005
Серосодержащие соединения 0,0005 0,0001 0,00004
Метилаль отсутствие 0,0002 0,0001
Метилтретбутиловый эфир отсутствие 0,0001 отсутствие
ТМК отсутствие 0,0004 отсутствие
Метанол отсутствие 0,0006 отсутствие
Экстрагент 0,0005 отсутствие отсутствие
Перекисные соединения 0,0005 0,0002 0,0002
Примечание: * — средние фактические значения
Таблица 2
Изменение экологических показателей жидкофазной технологии получения изопрена в сравнении
с двухстадийным диоксановым синтезом
Показатель Двухстадийный диоксановый синтез Жидкофазная технология
Удельный расход сточных вод, % 100 32
Удельный расход выбросов вредных веществ в атмосферу, % 100 2
ХПК, мг О2/дм3 1863 1730
Формальдегид, мг/дм3 983 889
сти поиска новой технологии. В связи с этим творческим коллективом сотрудников Всероссийского научно-исследовательского института нефтехимических процессов (ВНИИНефтихим), «НПО Еврохим», Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина (РГУ нефти и газа) и ОАО «Нижнекамскнефтихим» в 1990-е гг. был проведен комплекс исследований, позволивший создать новую энерго- и ресурсосберегающую технологию синтеза изопрена на основе изобутилена и формальдегида (в качестве сырья используются формальдегид и изо-бутиленсодержащая фракция).
В предлагаемом методе изобутилен реагирует с формальдегидом с образованием фракций диок-санов-1,3, которые затем в жидкой фазе взаимодействуют с триметилкарбинолом с образованием изопрена. Технология была внедрена в промышленном масштабе на ОАО «Нижнекамскнефтехим» и заместила собой использовавшийся ранее диоксановый процесс. Результаты внедрения данной технологии позволяют сделать выводы, подкрепленные фактическими данными о ее эффективности.
Поскольку до внедрения жидкофазной технологии получения изопрена на ОАО «Нижнекамскнефтехим» использовался диоксановый двухстадийный метод, существует возможность оценить результаты новой технологии в сравнении с ранее использовавшейся.
Одним из существенных преимуществ жидкофазной технологии получения изопрена является экономия всех видов используемого сырья и ресурсов: расход сырья на производство изопрена снижается на 7,5%, расход пара — на 45%, расход топливного газа — на 62%, расход электроэнергии — на 4%, расход оборотной воды — на 27%.
Как было отмечено выше, одним из серьезных недостатков традиционных методов получения изопрена является высокое содержание примесей (см. табл. 1), чего лишена разработанная жидкофазная технология, которая позволяет существенно сократить объем микропримесей и вследствие этого снизить расход катализатора на стадии полимеризации изопрена на 10%.
Одной из значительных проблем применения диок-санового метода является низкий уровень его эколо-гичности и высокая энергоемкость. Данная проблема также была решена на ОАО «Нижнекамскнефтехим» при внедрении жидкофазной технологии.
К серьезным экологическим преимуществам жидкофазной технологии в сравнении с двухстадийным диоксановым синтезом относятся значительное сокращение расхода сточных вод (на 68%), а также снижение содержания в сточных водах вредных примесей и колоссальное сокращение (на 98%) выбросов вредных веществ в атмосферу (см. табл. 2). В конечном итоге улучшение экологических показателей сказывается на сокращении расходов производителя на реализацию технологий очистки, что также повышает экономическую целесообразность внедрения новой технологии.
С экономической точки зрения следует отметить и тот факт, что вследствие перехода ОАО «Нижнекамскнефтехим» с технологии двухстадийного диоксанового синтеза на жидкофазную технологию производственные мощности по изопрену на предприятии выросли с 93 тыс. т до 180 тыс. т в год.
Таким образом, применение жидкофазной технологии получения изопрена из изобутилена и формальдегида демонстрирует эффективность по следующим группам характеристик:
• затраты на сырье и энергоресурсы для производства изопрена сокращаются;
• улучшаются экологические показатели производства, что также приводит к сокращению затрат производителя на реализацию технологии;
• сокращается содержание примесей, что приводит к сокращению затрат на производство изопрено-вого каучука.
Следовательно, при общей предпочтительности методов получения изопрена из изобутилена и формальдегида перед другими технологиями, жидкофазная технология получения изопрена является единственной, позволяющей решить большинство исторически существовавших проблем экономической и экологической целесообразности производства изопрена, и вследствие этого предпочтительной по сравнению с разработками компании «Kuraray» и методом двух-стадийного диоксанового синтеза.
В дополнение к тому, что жидкофазная технология производства изопрена на сегодняшний день является реализованной в промышленном масштабе и способной сохранить ценовое конкурентное преимущество производства изопрена и изопреновых каучуков, ее огромным плюсом является возможность получения других ценных химических продуктов, таких как МТБЭ, высокооктановый бензин, лимонная кислота, антисептики, витамины, дезинфектанты и др. (при этом выбор побочных продуктов может корректироваться в зависимости от конъюнктуры рынков химических веществ). С учетом возможностей получения дополнительных веществ себестоимость изопрена, получаемого с применением жидкофазной технологии, значительно ниже цены изопрена, получаемого из пиролизной фракции.
Таким образом, учитывая возрастающий рост спроса на изопрен и изопреновые каучуки в мире и принимая во внимание необходимость сохранения ценового конкурентного преимущества изопреновых каучуков перед натуральными, можно утверждать, что жидкофазная технология получения изопрена как основного сырья для изопренового каучука является наиболее перспективной и экономически целесообразной в средне- и долгосрочной перспективе.
Литература
И
1. Моисеев И., Тарасов В., Трусов Л. Зоосад против Фи- 5 шера-Тропша // The Chemical Journal. 2010. June-July. ° С. 40-45. о
2. Latest Rubber Statistical Bulletin and Rubber Industry Report now available from IRSG. Режим
berstudy.com/news-article.aspx?id=5024&b=default.aspx. [Да- ^ та обращения: 09.08.2011]. <
3. Outlook for the rubber industry. International Smallholder x Rubber Conference. Phnom Penh, Cambodia. 24 June § 2009 / Prep. by the Secretariat of the International Rubber g Study Group. Режим доступа: http://www.rubberforecasts. x com/presentations.html. [Дата обращения: 01.11.2010].
4. Цены на натуральный каучук выросли за 2010 г. вдвое. t= Режим доступа: http://www.topof.ru/news/2011/01/Tseny- н na-naturalnyj-kauchuk-vyrosli-za-2010-god-vdvoe. [Дата ш обращения: 25.01.2011]. х
5. Giroh D. Y., Adebayo E. F. Profitability analysis of natural rubber tapping in southern Nigeria // Journal of Research in National Development. 2007. Vol. 3. December. P. 135143.
6. Анализ мирового рынка биоэтанола: 2005-2014 гг. / BusinesStat. Режим доступа: http://megaresearch.ru/files/ demo_file/4806.pdf. [Дата обращения: 11.08.2011].
7. Бразилия — сахарная индустрия. Статистика по сахарному тростнику, сахару и этанолу Бразилии: урожай, производство, цена, экспорт. Режим доступа: http://www.russobras.com/acucar.php. [Дата обращения: 10.08.2011].
8. Пущик Е. В. Рынок этанола. Режим доступа: http://www. oilforum.ru/topic/40611-neft-benzin-i-atanol-trevozhnie-fak-ti-2011-goda/. [Дата обращения: 10.08.2011].
9. Mitsui начнет коммерческое производство биоэтанола в Малайзии в 2013 году. Режим доступа: http://asiare-port.ru/index.php/news/1491-yaponskaya-mitsui-nachnet-kommercheskoe-proizvodstvo-bioetanola-v-malajzii-v-2013-godu.html. [Дата обращения: 14.08.2011].
10. Кодзима М., Джонсон Т. Потенциал использования биотоплива как горючего для транспортных средств в развивающихся странах // ESMAP. Серия публикаций «Обмен опытом». № 4. С. 1-4.
11. Годовой отчет ОАО «Нижнекамскнефтехим» за 2010 г. Режим доступа: http://www.nknh.ru/year_rep.asp. [Дата обращения: 09.08.2011].
12. LaLuca R., Roeck J. Capital Markets Day. BioIsoprene: the road to low-carbon future. Режим доступа: http:// www.danisco.com/uploads/tx_tcdaniscofiles/CMD_bioisopre-
ne_and_goodyear_october_2008.pdf. [Дата обращения:
15.03.2011].
Издания СПбУУиЭ
Новый журнал «Социология и право» призван отражать динамический процесс развития отечественной социологической и юридической научной мысли. Публикуемые в нем материалы охватывают широкий круг вопросов жизни нашего общества, укрепления и совершенствования правовых основ его поступательного движения к демократическому политическому устройству, справедливой социальной организации и экономическому процветанию.
Издание открыто для представления научной общественности результатов инновационных исследований в указанных областях. По мере привлечения новых авторов, содержательных, полноценных научных работ будет увеличиваться количество рубрик и расширяться спектр освещаемых в журнале вопросов и проблем.
Редакционная коллегия журнала приглашает авторов к публикации своих статей, посвященных актуальным проблемам развития теории и практики социологической и юридической научных отраслей.
По вопросам публикаций просьба обращаться в издательство СПбУУЭ по телефонам: (812) 448-82-50, e-mail: izdat-ime@yandex.ru.
Наш адрес: 190103, Санкт-Петербург, Лермонтовский пр.,
д. 44, лит. А
