полным текстом статьи - О компании НПО ЕВРОХИМ
реклама
Перспективы производства натурального каучука и его синтетического аналога – полиизопренового каучука. Одной из основных развития черт, цивилизации, автомобильного характеризующих является транспорта. За современный повсеместное последние 15 лет уровень использование общемировое производство автомобилей выросло более чем в полтора раза, превысив значение 80 миллионов машин в год. Соответствующими темпами происходило и развитие индустрии автомобильных шин. В 2009 году мировое производство шин достигло 1 000 млн. штук. По оценкам одного из ведущих производителей автомобильных шин «Pirelli», к 2015 г. емкость мирового рынка автомобильных шин достигнет по стоимости 190 млрд. долларов США, при объеме мирового рынка в 2011 г., находящемся на уровне 150 млрд. долл. США [1]. В настоящее время для производства автомобильных шин используются натуральный каучук, полиизопреновый – его синтетический аналог, и другие синтетические бутадиенстирольный. каучуки, такие Соотношение как полибутадиеновый исходного сырья варьируется и в зависимости от назначения продукции. Так, например, при изготовлении шин для легковых автомобилей используется, как правило, 50% натурального и 50% синтетических каучуков, а при производстве шин для тяжелого коммерческого автотранспорта применяется практически 100% натурального каучука ввиду большей износостойкости, прочности и гибкости потребляет последнего. В целом, приблизительно 70% индустрия всего автомобильных натурального шин каучука, производимого в мире. Целью настоящей работы является рассмотрение вопросов, связанных с обеспечением промышленности бесперебойного натуральным снабжения каучуком, предприятий либо его шинной синтетическим аналогом, полиизопреновым каучуком. Необходимость в данной работе возникла ввиду качественного изменения, произошедшего на рынке натурального каучука за последние несколько лет, а именно, того факта, что в настоящий момент рынок натурального каучука стал недостаточно обеспеченным. Причины этого явления, следствия из него, а также возможные способы решения сложившейся ситуации и будут являться предметом рассмотрения данной работы. Натуральный и полиизопреновый каучук частично являются товарамисубститутами, которые характеризуются наличием перекрёстной эластичности спроса. Это означает, что рост цен на один из товаров приводит к сокращению спроса на него и к одновременному росту спроса на другой товар. Применительно к каучуковой промышленности это говорит о том, что колебания структуры производства и потребления каучуков в разрезе их деления на синтетические и натуральный являются вполне возможными и зависят уровня цен на соответствующий продукт. Для оценки стоимости натурального каучука рассмотрим сначала данные по его производству и потреблению. В 2010 году общемировое производство натурального каучука достигло 10,3 миллионов тонн, увеличившись за 20 лет на 106% по сравнению с 5 миллионами тонн на конец 1990 года. Средняя скорость роста производства в первой половине указанного периода составила 3% в год, во втором десятилетии она поднялась до 4,3% в год. В период экономической рецессии наблюдалось некоторое снижение выработки натурального каучука, на 3,2% или 320 тысяч тонн в 2009 году, впрочем, этому в немалой степени способствовали и неблагоприятные погодные условия в основных странах-производителях НК. [2] Основными производителями натурального каучука являются такие азиатские страны, как Таиланд, Индонезия, Малайзия и Вьетнам, на долю которых приходится более 90% мирового выпуска этого продукта. Кроме того, натуральный каучук производится также в Индии, Китае, Шри-Ланке, Камбодже и Лаосе. В небольших количествах натуральный каучук производится в странах Африки (доля ~ 4%) и Латинской Америки (доля ~ 2%). Рисунок 1. Общемировое производство натурального каучука, тыс. т. Индонезия обладает самой большой площадью плантаций гевеи в мире, тем не менее, находится на втором месте после Таиланда в отношении объемов экспорта, в то время как Малайзия на протяжении уже более десятилетия понижает свою долю экспорта НК и предпочитает скорее импортировать каучук, выступая переработки, обладающих в роли большей производителя добавленной продуктов стоимостью. Производственные мощности Индии и Китая в основном направлены на удовлетворение внутренних потребностей этих стран, и на мировой рынок натурального каучука их продукция практически не поступает. Что же касается Вьетнама, то площадь его плантаций за последнее десятилетие продемонстрировала наибольший рост, что позволило этой стране войти в пятерку крупнейших производителей натурального каучука. Исходя из данных Международной группы по изучению рынка каучука (International Rubber Study Group, IRSG) по площадям плантаций для основных стран-производителей натурального каучука [3] следует, что, несмотря на проводимые в последние годы программы их расширения, в ближайшей перспективе значительного увеличения объемов поступления натурального каучука на мировой рынок ожидать не стоит, так как в первой половине прошлого десятилетия площади плантаций всех крупнейших экспортеров НК, кроме Вьетнама, сокращались, а время, необходимое для роста деревьев, прежде чем они начнут производить каучук составляет 8-9 лет. За последние 7 лет общая площадь земель, отведенных под посадки гевеи в основных странахэкспортерах увеличилась на 9,1%, или 489 тысяч гектаров. Тем не менее, эффект этого расширения начнет сказываться только начиная с 2013 года, а в полной мере проявится лишь в 2016 – 2017 гг. Переходя к вопросу потребления натурального каучука, заметим, что в настоящее время около 70% общемирового спроса возникает на рынках развивающихся стран. Общемировое потребление натурального каучука в период с 1990 по 2010 год выросло на 109%: с 5,09 до 10,67 миллионов тонн в год. В 1990-х годах спрос возрастал со скоростью, в среднем 3,5% в год, а в первом десятилетии 21 века ежегодное увеличение потребления натурального каучука поднялось до 3,8% в год. Экономическая рецессия, вызванная всемирным финансовым кризисом, отразилась в падении спроса на 9,1% – в 2009 году потребление НК оказалось на уровне 9,3 миллионов тонн. Рисунок 1. Общемировое потребление НК, тыс. т. При этом, самой крупной страной-потребителем НК в мире является Китай, занимая 34% от общего объема, что в численном выражении эквивалентно 3,63 миллионам тонн в год. Следующей по величине потребления идет Индия, 944 тысячи тонн или 8,8% общемирового объема, и на третьем месте находится США с 8,6% и 908,1 тысячами тонн в год. Япония, Таиланд и Малайзия замыкают список крупнейших потребителей НК, занимая 6,9%, 4,3% и 4,3%, соответственно [2]. По прогнозам Международной группы по изучению рынка каучука, IRSG (International Rubber Study Group) [3], в ближайшие 10 лет рост спроса на натуральный каучук составит 3,7% в год и достигнет в 2020 году 15,4 миллионов тонн. При этом главным потребителем будет оставаться Китай, чей совокупный среднегодовой темп роста по потреблению натурального каучука будет находиться на уровне 6,1%. Заметим также, что в последнее время существенно повысилась фрагментация шинной промышленности. В 90-х годах прошлого века и начале 2000-х годов на рынке автошин доминировали три транснациональные компании: Goodyear, Michelin и Bridgestone, занимая более 56% всего объема. В таком положении они были способны оказывать определенное давление на поставщиков натурального каучука. Хотя они и сейчас остаются крупнейшими производителями, тем не менее их доля понизилась до 44% (данные на конец 2009 г. [4]), что, в основном, связано с появлением новых китайских и корейских брендов. Таким образом, давление на поставщиков снизилось, что в свою очередь не могло не сказаться на уровне цен на натуральный каучук. При сравнении производства и потребления натурального каучука с целью определения баланса между ними и оценки имеющихся запасов, необходимо учитывать, что основным фактором, оказывающим влияние на цену НК, является скорее уровень использования складских запасов, а не объем резерва как такового. Тем не менее, так как за последнее двадцать лет потребление НК непрерывно возрастало (за исключением периода экономической рецессии), а уровень производства оказывался недостаточным для удовлетворения спроса, падение резервов и степень их использования показали четкую обратную взаимосвязь. Несмотря на то, что во время кризисного периода в экономике юговосточной Азии, пик которого пришелся на 2000 год, общий объем запасов натурального каучука вырос до приблизительно 2,5 миллионов тонн (по разным источникам от 2,2 млн. т. до 2,7 млн. т. [4; 5]), уровень спроса за последующее десятилетие оказался настолько высок, что резервы сырья к настоящему времени сократились до 1,3 миллионов тонн [6]. В то же время оценка запасов натурального каучука с точки зрения времени, в течение которого они способны удовлетворить спрос, показывает, что за прошедшие 20 лет рынок перешел от стадии хорошо обеспеченного в 1990-е годы (более 4 месяцев потребления за счет резервов), до стадии равновесия в 2000-е (около 3 месяцев) и до недостаточно обеспеченного в настоящее время, когда запасы способны предоставить рынку только 1,5 месяца бесперебойного снабжения. Этот факт является ключевым для понимания динамики цен на натуральный каучук в краткосрочной и среднесрочной перспективе, так как, ввиду малейшего отклонения спроса и поставок от нормы, рынок будет склонен к острому реагированию с целью вернуться к безопасным значениям. И, несмотря на расширение плантаций, проводимое ключевыми игроками в настоящее обеспечить время, увеличение прекращение поставок снижения должно резерва, будет и сначала только потом восстановление его до комфортного уровня, что, естественно, потребует некоторого времени. Таким образом, площадей если ожидается поступление начиная с натурального 2013 года, то каучука в с новых среднесрочной перспективе ожидать увеличения уровня запасов не следует. Согласно предварительным оценкам, мировые резервы натурального каучука в абсолютном значении смогут продемонстрировать рост не ранее 2015 г. Что же касается степени их использования, то учитывая все возрастающее потребление натурального каучука, этот показатель, по всей вероятности, начнет снижаться к более комфортным для рынка значениям только начиная с 2017-2018 гг. Таблица 1. Уровень резервов НК Год Производство, тыс. т Потребление, тыс.т Запасы, тыс.т Резерв, мес. 2002 7326 7552 1807 2,9 2003 8020 7937 1890 2,8 2004 8746 8716 1920 2,6 2005 8907 9205 1718 2,2 2006 9827 9690 1855 2,3 2007 9890 10178 1567 1,8 2008 10128 10175 1520 1,8 2009 9690 9329 1881 2,4 2010 10401 10778 1504 1,7 2011 10862 10993 1373 1,5 Кроме того, стоит обратить внимание, что за последние 10 лет рост уровня резервов натурального каучука в отношении сроков обеспечения рынка наблюдался только 2 раза, в 2006 и 2009 годах, причем последний был связан со всемирным спадом в области производства. Тогда как пиковые величины падения запасов постоянно возрастали и под конец десятилетия достигли 377 тысяч тонн, что составляет 27% от их текущего уровня. Такие значительные флуктуации не могут не вызывать опасения — в случае, предположим, двух неблагоприятных для рынка лет подряд мировой резерв натурального каучука окажется не способным обеспечить более 2,5 недель снабжения производств. К дестабилизации рынка натурального каучука также способны привести еще ряд факторов. Прежде всего, это погодные условия. Во время периода засухи гевеи сбрасывают листву и непригодны для отбора сока, который также нельзя производить и во время дождя, поскольку в это время не происходит коагуляции сока, в результате чего растение может погибнуть. Сильные дожди и наводнения в Таиланде и Индонезии за последние три года нанесли заметный урон производству натурального каучука. Следующим значимым фактором являются валютные колебания. Ослабление доллара США по отношению к местной валюте закономерным образом снижает конкурентоспособность данной страны на мировом рынке. И наконец, существует потенциальная угроза со стороны грибка Microcyclus ulei, который вызывает заболевание гевеи, поразившее деревья в Южной Америке и практически уничтожившее местные плантации. Представляется необходимым более подробно рассмотреть последний аспект. В 1895-1911 гг. бразильский натуральный каучук составлял 50-60% мирового производства, но затем производство в Бразилии резко сократилось. К 1939 году Бразилия практически потеряла свои позиции в производстве натурального каучука, а объём её производства снизился до 10 тыс. т. Существенному падению объёмов производства натурального каучука в Латинской Америке в основном способствовали постоянные эпидемии грибка Microcyclus ulei, поражающего деревья гевеи. Кроме того можно отметить, что местные сорта деревьев, обладающие хотя бы некоторой устойчивостью к этому заболеванию, обладают существенно меньшей урожайностью по сравнению с клонами в Юго-Восточной Азии. Воздействие грибка Microcyclus ulei приводит к следующим последствиям: 1) молодые листья гевеи начинают быстро и практически полностью терять листву в дождливый сезон; 2) деревья гевеи ослабевают и могут совсем погибнуть; 3) урожайность гевеи падает до 1 тонны с гектара и ниже (практически в два раза). Попытки выращивать гевею в Латинской Америке, где постоянно существует угроза заражения Microcyclus ulei, доказали, что химические способы борьбы малоэффективны, с так этим как заболеванием уничтожить слишком грибок даже дороги и посредством постоянного воздействия химических веществ на деревья не получается. Вывести растения, полностью невосприимчивые к заболеванию не оказалось возможным, так как выяснилось, что грибок легко мутирует и через некоторое время появляются его новые разновидности, которые уничтожают и «защищенные» сорта гевеи. Поэтому задача трансформировалась в выведение сортов гевеи, которые не страдают критичным образом от воздействия грибка. Проект по селекции устойчивых сортов гевеи ведётся в Бразилии при участии компании Michelin и CIRAD (Французский государственный центр международной кооперации в агрономии). результате исследований В сфере исследований были по развитию получены сорта, устойчивые к этому заболеванию, тем не менее, оказалось, что одни из наиболее устойчивых к Microcylcus ulei клоны гевеи: IAC 301, IAC 304, IAC 306 и IAC 319, - характеризуются урожайностью на уровне 889, 992, 723 и 795 кг с 1 га в год соответственно, в то время как азиатские клоны достигают урожайности 1800-2000 кг/га. Несмотря на то, что к настоящему моменту существование Microcyclus ulei обнаружено только в Латинской Америке, занимающиеся проблемой учёные считают, что появление грибка в Юго-Восточной Азии, где сосредоточены ведущие мировые производители натурального каучука, это лишь вопрос времени. Между тем, основные существующие инициативы по предотвращению проникновения Microcyclus ulei в страны Юго-Восточной Азии сегодня сосредоточены на реализации заградительных мер, препятствующих трансграничному распространению грибка (прежде всего, это жёсткий пограничный контроль в странах-производителях натурального каучука). В 1955 под эгидой Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН было подписано соглашение о защите растений в Азии и Тихоокеанском регионе (Plant Protection Agreement for the Asia and Pacific Region), в котором содержались нормы контроля ввоза на территорию стран-производителей натурального каучука предметов, способных переносить Microcyclus ulei. В дальнейшем это соглашение получило форму Азиатской и Тихоокеанской комиссии по защите растений (the Asia and Pacific Plant Protection Commission - APPPC). Инициативы по защите стран-производителей натурального каучука в Юго-Восточной предпринимаются Азии от проникновения в рамках Microcyclus Международной ulei комиссии по также защите растений (International Plant Protection Commission – IPPC), в рамках Ассоциации производителей натурального каучука (the Association of Natural Rubber Producing Countries - ANRPC), а также в рамках Международного совета по исследованию и развитию каучука (the International Rubber Research and Development Board – IRRDB). Все страны-производители натурального каучука в Юго-Восточной Азии разработали нормативно-правовую базу контроля возможного попадания грибка, однако они все сводятся к контролю трансграничных транспортных потоков. Тем не менее, сегодня становится очевидным, что в условиях либерализации трансграничных потоков эффективно препятствовать проникновению Microcyclus ulei в Юго-Восточную Азию невозможно. Осознавая угрозу, ООН классифицировала Microcyclus ulei, как вид биологического оружия [7]. Таким образом, завершая разговор о натуральном каучуке, можно сделать вывод, что в настоящее время нельзя ожидать существенного снижения его цены ввиду как недостаточной обеспеченности рынка – объем мировых резервов НК в настоящее время способен обеспечить не более 1,5 месяцев бесперебойного снабжения, так и наличия определенных факторов риска. Вследствие чего в ближайшее время любые изменения конъюнктуры на рынке будут вызывать острую реакцию игроков. Показанная выше нестабильность рынка натурального каучука, а также его высокая цена приводит производителей автомобильных шин к необходимости рассматривать альтернативы этому продукту, поскольку речь идет не только об удорожании производства по причине большой стоимости сырья, но и угрозе его остановки в результате прекращения поставок, если вдруг произойдет чрезвычайная ситуация биологического или климатического характера. Аналогом натурального каучука является синтетический полиизопреновый каучук. Преимущество синтетического продукта перед натуральным в контексте обеспечения бесперебойного снабжения сырьем шинной индустрии заключается в том, что его производство не зависит от внешних факторов и регулируется только наличием соответствующих промышленных мощностей. Таким образом, происходит резервирование не продукта, как такового, а создается резерв производственных мощностей, способных к бесперебойному снабжению промышленности. Одним из значимых конкурентных преимуществ изопренового каучука является его цена. Существует традиционная эмпирическая формула, определяющая цену синтетического каучука, как 90% цены натурального. Это соотношение, разумеется, сильно зависит от текущей конъюнктуры рынка, но в целом сохраняет свою силу в течение длительных периодов времени. Рисунок 2. Средние цены на натуральный (SMR-20) и синтетический (СКИ-3) каучуки, USD Кроме того, необходимо учитывать, что спрос на натуральный каучук зависит от спроса на конечную продукцию, в основном шины, для которых НК является только одним из компонентов. Ввиду этого, рынок натурального каучука достаточно сильно зависит как от технологических достижений производителей автомобильных шин, постоянно стремящихся понизить долю содержания НК в своей продукции, так и от развития автомобильной индустрии в целом, весьма чувствительной к колебаниям мировой экономики. Исходя из этого, можно утверждать, что уровень цен на натуральный каучук тесно связан с уровнем цен на нефть. Повышение цены нефти отражает развитие глобальной экономики, а также приводит к увеличению стоимости производства синтетического каучука, являющегося частичным заместителем НК в автомобильных шинах. В результате, чем выше становится цена на нефть, тем более привлекательным выглядит натуральный каучук для производителей, происходит повышение цен на НК. увеличение спроса и закономерное Рисунок 3. Изменение цен на нефть и НК, % Таким образом, исходя из показанной взаимосвязи цен синтетического и натурального каучуков, а также их корреляции с уровнем цен на нефть, можно утверждать, что синтетический каучук, обладая меньшей стоимостью и возможностью стабильного, бесперебойного производства является более перспективным сырьем для индустрии автомобильных шин. 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 из изопрена полимер – синтетический полиизопрен. В 2010 г. объем мирового производства изопренового каучука составил около 700 тыс. т, что было выше уровня 2009 г. на 32,6% (однако ниже докризисного 2008 г., когда мировое производство изопренового каучука составило 981 тыс. т) [8]. Тем не менее, быстрое восстановление производства изопренового каучука в 2010 г. свидетельствует о том, что в будущем рынок будет расти, равно как и спрос на изопреновый каучук. Суммарные мировые производственные мощности по изопрену на сегодняшний день можно оценить в 760–770 тыс. т. в год, при этом их загрузка близка к 100%-ной. В то же время потенциальный объем рынка изопрена, по оценкам компаний «Goodyear» и «Danisco» (подразделение «Genencor»), по состоянию на 2012 г. составляет 5,5 млн. т. [9]. Кроме изопренового применяется в каучука, изопрен производстве как исходное бутилкаучука, сырье также термоэластопластов, витамина Е, инсектицидов, фармацевтическом производстве и т. д. Тем не менее порядка 70% мирового изопрена потребляется в производстве синтетических каучуков. В настоящее время промышленно применяются четыре способа производства изопрена: ‐ извлечение изопрена из С5-фракций пиролиза ‐ дегидрирование изопентана ‐ синтез изопрена из изобутилена и формальдегида через 4,4- диметилдиоксан-1,3 (ДМД) ‐ жидкофазный синтез изопрена Более 50% мирового объема изопрена в настоящее время производится по методу извлечения изопрена из С5-фракций пиролиза. Однако необходимо отметить, что изопрен в данном случае выступает побочным продуктом основного производства – получения этилена, следовательно, при изменении технологического процесса обеспечение поставок изопрена окажется под вопросом. Высокие цены на нефть в последние годы, а также понимание ограниченности ее запасов привели к интенсивным разработкам процессов производства этилена и пропилена из не нефтяного сырья. Можно выделить два основных направления исследований: производство этилена пиролизом природного газа, этана, и синтез этилена и пропилена из метанола. В современной структуре сырья пиролиза в этиленовой индустрии США, крупнейшего производителя этилена в мире, сжиженный газ занимает приблизительно 60%. В глобальном масштабе все еще доминирует нафта, 52%, по причине низких затрат на транспортировку. Тем не менее, так как стоимость сырья составляет около 80% стоимости этилена, можно ожидать дальнейшего увеличения использования природного газа в его производстве. Отметим, что содержание изопрена в С5-фракции, получаемой в процессе пиролиза этана, близко к нулю. Таблица 2. Выход продуктов пиролиза из разного вида сырья Сырье Нафта Бутан Пропан Этан (за проход) Легкий режим пиролиза (t = 770 - 790 °С) Продукт пиролиза Выход на сырье, % масс. Изопрен 1,7 0,1 0,0 0,0 Этилен 25,6 37,4 33,8 52,4 Пропилен 16,6 17,6 16,2 0,9 Жесткий режим пиролиза (t = 830 - 850 °С) Продукт пиролиза Выход на сырье, % масс. Изопрен 1,1 0,1 0,0 0,0 Этилен 30,4 40,4 37,5 55,2 Пропилен 14,6 14,6 13,9 1,0 В настоящее время 14% общемирового потребления метанола относится к получению метил-третбутилового эфира (МТБЭ) - распространенной высокооктановой топливной добавки. Глобальные производственные мощности по МТБЭ достигают приблизительно 18 миллионов тонн в год. Однако этот эфир является ядовитым веществом, слабо подвергается биологическому разложению и обладает хорошей растворимостью в воде, представляя высокую опасность загрязнения грунтовых вод, в связи с чем, после серии утечек, в 2006 г. применение МТБЭ в США было запрещено. Страны Евросоюза использование МТБЭ в качестве третбутиловый эфир (ЭТБЭ) как также постепенно оксигената, его сокращают рассматривая заменитель. В этил- результате наблюдается освобождение значительных производственных мощностей по метанолу, для загрузки которых могут быть использованы процессы получения этилена и пропилена, разработанные компаниями Mobil, Lurgi, UOP и Norsk Hydro. Некоторые производители уже начинают приобретать лицензии на эти технологии для дальнейшего использования [10, 11], причем химия данных процессов не подразумевает побочного производства изопрена. Рисунок 4. Производство МТБЭ в США, тысячи баррелей Основным недостатком получения изопрена путем двухстадийного дегидрирования изопентана является высокая цена и дефицитность исходного сырья, автомобильных которое бензинов. является Кроме востребованным того, этот компонентом 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 отсутствие у имеет перспектив российских в будущем, производителей свидетельствует планов по производственных мощностей на основе данного процесса. и увеличению В связи с наличием серьезных недостатков у перечисленных методов, наиболее перспективной с точки зрения возможностей увеличения мирового производства изопренового каучука является группа методов, основанных на взаимодействии изобутилена с формальдегидом, которых на данный момент разработано три: 1. метод синтез изопрена в одну стадию в жидкой фазе из изобутилена и формальдегида (компания «Kuraray», Япония); 2. двухстадийный диоксановый процесс, предполагающий получение изопрена из изобутилена и формальдегида через стадию образования 4,4-диметилдиоксана-1,3; 3. жидкофазный метод получения изопрена из изобутилена и формальдегида. Все эти три метода объединяет наличие следующих общих преимуществ: небольшая цена и доступность исходного сырья, а также высокая чистота получаемого изопрена. Что касается разработок компании «Kuraray», то можно отметить, что имеющиеся патентные данные позволяют предположить наличие ряда недостатков, характерных для данной технологии, а именно, невысокую производительность, необходимость использования высоколегированных дорогостоящих сплавов типа «Хастеллой» и относительно большой выход высококипящих побочных продуктов, которые невозможно квалифицированно использовать. Сведения о промышленной реализации этой технологии отсутствуют. Двухстадийный диоксановый процесс получения изопрена из изобутилена и формальдегида был разработан в 1960–1970-е гг. в СССР и внедрен с совокупной производственной мощностью 400 тыс. т. в год. К преимуществам данного метода можно отнести высокую чистоту изопрена, длительный опыт эксплуатации в промышленном масштабе, а также возможность эффективной утилизации побочных продуктов. Тем не менее данный метод не лишен следующих недостатков, которые заключаются в существенных затратах на сырье и энергоресурсы, больших объемах сточных вод и выбросов в атмосферу, а также высоком уровне образования побочных продуктов. Все это заметно снижало конкурентоспособность изопренового каучука в сравнении с натуральным, что привело к необходимости поиска новой технологии. В связи с этим в 1990-е гг. творческим коллективом научных работников «НПО Еврохим» и инженеров завода «Нижнекамскнефтихим» был проведен комплекс исследований, позволивший создать новую энерго- и ресурсосберегающую изобутилена и технологию формальдегида синтеза (в изопрена качестве сырья на основе используются формальдегид и изобутиленсодержащая фракция). В предлагаемом методе изобутилен реагирует с формальдегидом с образованием фракций диоксанов-1,3, которые затем в жидкой фазе взаимодействуют Технология была с триметилкарбинолом внедрена в с образованием промышленном изопрена. 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%. Таблица 3. Сравнение основных показателей технологий синтеза изопрена, на тонну изопрена Показатель Ед. изм. Диоксановый метод Жидкофазный синтез Мощность, по изопрену тыс. т/г 93.5 180 Изобутилен Формальдегид т т 1.21 0.93 1.15 0.75 Газ топливный Пар Электроэнергия Вода оборотная Холод т.у.т. ГКал кВт·ч тыс. м3 ГКал 0.79 18.1 962 1.34 0.92 0.25 6.5 780 0.89 0.25 Побочные продукты т 0.52 0.36 Газовые выбросы Сточные воды - ХПК - содержание формальдегида тыс. м3 м3 мг О2/дм3 мг/дм3 7.50 19.0 1863 983 0.11 5.6 860 50 Как было отмечено выше, серьезным недостатком традиционных методов получения изопрена является высокое содержание примесей, чего лишена разработанная жидкофазная технология. К 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 существенное сокращение (на 98%) выбросов вредных веществ в атмосферу. Таблица 3. Показатели качества изопрена Компоненты Изопрен МЦБ Пиперилен Циклопентадиен Содержание компонента в изопрене-ректификате, % масс. Пиролизный изопрен В продукте парофазного разложения ДМД В продукте жидкофазного синтеза 99,0 отс. 0,01 0,0001 99,38 0,1 0,012 0,00004 99,58 0,0025 0,0037 0,00001 Ацетиленовые соединения Карбонильные соединения Метилаль МТБЭ ТМК Экстрагент 0,0018 0,00006 0,00002 0,0003 0,0002 0,00005 отс. отс. отс. 0,0005 0,0002 0,0001 0,0004 отс. 0,0001 отс. отс. отс. Таким образом, процесс жидкофазного синтеза изопрена является наиболее достаточно перспективной низкие технологией, затраты на сырье для и которой характерны энергоносители, высокие экологические показатели и наилучшее на сегодняшний день качество получаемого продукта. Еще одним существенным преимуществом данной технологии является возможность эффективного использования побочных продуктов производства. На разных стадиях процесса из побочных продуктов возможно получение таких веществ, как МТБЭ, высокооктановый бензин, лимонная кислота, антисептики, витамины, дезинфектанты и др. Выбор побочных продуктов может корректироваться в зависимости от конъюнктуры рынка. С учетом возможностей получения дополнительных себестоимость изопрена, получаемого с применением веществ жидкофазной технологии, становится значительно ниже цены изопрена, получаемого из пиролизной фракции. Следует заметить, что китайская компания Panjin Heyun New Materials Co., Ltd., расположенная в Паньшань Зоне Экономического и Технологического Развития, Паньцзинь, провинция Ляонин, в 2011 году заключила лицензионный договор с НПО Еврохим на приобретение права производства изопрена по жидкофазной технологии Еврохим. В настоящее время производство изопрена по жидкофазной технологии внедрено на ОАО «Ниженкамскнефтехим», Татарстан, РФ. Годовая мощность производства изопрена на вышеуказанном предприятии достигла 180 000 т изопрена. Итак, в условиях прогнозируемого роста цен на натуральный каучук и его дефицита, опасности оказаться перед лицом полного прекращения его поставок, а также учитывая все возрастающую потребность в полиизопреновом жидкофазная каучуке, технология синтетическом получения аналоге изопрена натурального, является наиболее перспективной с экономической, экологической и технологической точки зрения. Литература 1. Gori F. Investments and Targets Changing the Game [Электронный ресурс] / Gori F. // PIRELLI OFFICIAL SLIDESHARE NETWORK. - Режим доступа: http://pirelli.webcasting.it/iD2010/pday/files/gori.pdf 2. IRSG Rubber Statistical Bulletin [Электронный ресурс] // International Rubber Study Group. - v. 65. - Jan-Mar 2011. - Режим доступа: http://www.rubberstudy.com/pub-stats-bulletin.aspx 3. IRSG Secretariat. Supply Trends, the Shape of Things to Come // China Rubber Conference 2011. - March. - p. 22 - 30. 4. Outlook for Natural and Bulk Synthetic Rubbers 2009 Report [Электронный ресурс] // LMC International. - Режим доступа: http://www.lmc.co.uk/Report.aspx?id=2&repID=114&flag=1537 5. The Rubber Economist Quarterly Report - 3rd Quarter 2009 Edition [Электронный ресурс] // The Rubber Economist Ltd. - Режим доступа: http://www.therubbereconomist.com/The_Rubber_Economist/Quarterly_Rep ort.html 6. Rubber bulletin [Электронный ресурс] // LMC International. - Sep 2011. - Режим доступа: http://www.lmc.co.uk/Report.aspx?id=2&repID=82&flag=1538 7. Schmalberger T., Tulliu S. Coming to Terms with Security: A Lexicon for Arms Control, Disarmament and Confidence-building / Schmalberger T., Tulliu S. // United Nations Institute for Disarmament Research. - United Nations. - 2004. - p. 40. 8. Годовой отчет ОАО «Нижнекамскнефтехим» за 2010 год [Электронный ресурс] // Нижнекамскнефтехим. - Режим доступа: http://www.nknh.ru/year_rep.asp 9. LaLuca R., Roeck J. Capital Markets Day. BioIsoprene: the road to lowcarbon future. [Электронный ресурс] / LaLuca R., Roeck J. // Danisco. Режим доступа: http://www.danisco.com/uploads/tx_tcdaniscofiles/CMD_bioisoprene_and_g oodyear_october__2008.pdf 10. UOP’s MTO technology licensed to Eurochem for new Nigerian petrochemicals plant // Focus on Catalysts. - Iss. 3. - 2008. - p. 5. 11. Air Liquide's Lurgi Licenses Methanol-to-Propylene Technology to China // Chemical Week. - August 2011
