Технико
.docxТехнико-экономические перспективы производства ПАН волокон
31 октября 2014 г. премьер-министр РФ Дмитрий Медведев провел в Ивановской области совещание по развитию текстильной промышленности. [1] Обсуждались перспективные направления развития легкой промышленности, ее сырьевое обеспечение, влияние незаконного производства и ввоза товаров на ситуацию в отрасли.
Минэкономразвития РФ характеризует ситуацию в легкой промышленности как не очень благоприятную. В целом ситуация в производстве товаров легкой промышленности ухудшается, что отчасти обусловлено замедлением роста реальных располагаемых денежных доходов по итогам сентября. Объем текстильного производства в январе-сентябре 2014 года снизился на 5,3%.
Проблемы, вызванные дефицитом и низким уровнем качества отечественного сырья, в большей степени остаются неразрешенными. В связи с этим Ивановская область планирует организовать фонд капитальных вложений в текстильной промышленности, который в течение пяти-шести лет мог бы реализовать проекты на сумму 17 миллиардов рублей, сообщил 19 августа 2014 на встрече с президентом РФ Владимиром Путиным временно исполняющий обязанности губернатора Ивановской области Павел Коньков.
По его словам, "если подобный фонд создать, миллиарда три негосударственных денег нашлось бы и на территории области у бизнесменов". "И если бы, скажем, какая-то помощь со стороны бизнеса более крупного, негосударственного, то мы, думаю, лет за пять-шесть освоили бы миллиардов 17 капитальных вложений, причем, строго в области малого бизнеса, строго переработка синтетического волокна", — сказал Коньков. "Продуктовая линейка у синтетики очень широкая, гораздо шире, чем по текстилю, и, конечно, очень важно то, что сплошное импортозамещение идет, потому что в основном мы сегодня все синтетические продукты получаем строго по импорту", — добавил глава региона. Он добавил, что приблизительно 250 тысяч тонн синтетики в разных видах, в разных тканях Россия сегодня получает из-за границы. "И за исключением маленьких-маленьких предприятий синтетическое волокно вообще не производится внутри России", — отметил Коньков. [2]
По его словам, регион по этому вопросу постоянно работает с ВЭБом. "Мы сейчас получаем проект, оплаченный правительством Ивановской области, ВЭБ его ждет, потому что последние данные по окупаемости, по срокам, по всем делам будут именно в проекте", — сказал глава региона.
Он отметил, что "если все будет удачно", то власти области будут стараться в 2017 году ввести в строй соответствующий комбинат синтетического волокна.
12 ноября 2014 года правительство РФ опубликовало резолюцию по мотивам совещания по развитию текстильной промышленности страны, которое прошло в Иванове. В частности, в нем Министерству энергетики совместно с Минпромторгом России поручено «продолжить работу по оказанию содействия в переговорах между российскими нефтехимическими компаниями и инициаторами проекта по созданию в Ивановской области производства полиэфирных волокон и нитей (в части обеспечения необходимым сырьем)». Результаты должны быть представлены в правительство в 1 квартале 2015 года.
Минэкономразвития, Минпромторг и Минфин совместно с Правительством Ивановской области должны до 16 декабря 2014 года «проработать вопрос включения проекта комбината по производству синтетического волокна в перечень приоритетных инвестиционных проектов, способствующих импортозамещению, увеличению экспорта и технологическому развитию».
Кроме того, Минпромторг совместно с правительством Ивановской области и заинтересованными федеральными органами исполнительной власти должны «проработать вопрос государственной поддержки проекта по созданию в Ивановской области производства полиэфирных и полиакрилонитрильных волокон и нитей в рамках действующих механизмов». В 1 квартале Федеральная таможенная служба и Минпромторг совместно с заинтересованными федеральными органами исполнительной власти и Правительством Ивановской области должны «проработать вопрос и представить предложения о возможности определения Ивановской таможни в качестве центральной таможни по приёму тканей, пряжи, изделий текстильного назначения, ввозимых в центральную часть территории Российской Федерации». [3]
Для удовлетворения потребительского рынка химических волокон важную роль играет организация производства сырья на базе отечественных предприятий. Производством полимеров и мономеров занимаются в основном предприятия «Оргсинтеза». К числу этих предприятий относятся:
- ООО «Саратоворгсинтез», входящий в группу «Лукойл-Нефтехим», который производит акрилонитрил ГОСТ 11097-86 изм. 1, альфаметилстирол, ацетон технический ГОСТ 2768-84 с изм.1-2, ацетонитрил технический, ацетонциангидрин технический ГОСТ 13198-77 изм. 1-3, метилакрилат, фенол синтетический технический ГОСТ 23519-93 марки А, Б, В. [4]
- ОАО Тольяттиазот, который производит аммиак жидкий технический ГОСТ 6221-90, карбамид ГОСТ 2081-2010, метанол ГОСТ 2222-95.
- ОАО «СДС Азот» Кемерово, в число производимой им продукции входит: капролактам, минеральные удобрения, серная и азотная кислоты, ионообменные смолы, сульфенамид Ц, диафен ФП. Всего более 40 наименований продукции.
- ОАО ХИМПРОМ Новочебоксарск Компания, который производит: неорганическую, хлорорганическую, фосфорганическую, кремнийрганическую продукцию, резинохимикаты, компоненты для получения ППУ, агрохимикаты, пластификаторы, товары бытовой химии.
- и др. [5]
В настоящее время потребительский рынок полиакрилонитрильных волокон России, в основном, удовлетворяется за счет импорта. На территории страны имеется единственный завод, выпускающий штапельное волокон и технический жгутик - ООО «Саратоворгсинтез», входящий в группу «Лукойл-Нефтехим». [5]
Основным мономером, используемым при получении ПАН, является акрилонитрил (нитрил акриловой кислоты - НАК), 2-пропеннитрил, винилианид (цианистый винил) при нормальных условиях – бесцветная или желтоватая жидкость с легкоразличимым запахом горчицы.
Существует два промышленных способа получения акрилонитрила:
- из ацетилена и синильной кислоты (ацетиленовый метод)
CH=CH+CN→CH2=CHCN;
- из пропилена и аммиака (окислительный аммонолиз пропилена)
СН3СН=СН2+NH3+1,5O2→CH2=CHCN+3H2O
В настоящее время 95% мирового производства акрилонитрила основано на реакции окислительного аммонолиза пропилена. Этот способ является более экономичным. Пропилен – относительно дешевый продукт, который производится в большом количестве из газов нефтепереработки. Принципиальная технологическая схема этого процесса представлена на рисунке 1.2 [6]
Рисунок 1.2 – принципиальная технологическая схема синтеза акрилонитрила аммонолизом пропилена: 1 –емкость для полипропилена; 2 и 7 – сепараторы; 3 – испаритель пропилен; 4 – смеситель; 5 – подогреватель реакционной смеси; 6 емкость для аммиака; 8 – испаритель аммиака; 9 – пусковой подогреватель; 10 – компрессор; 11 – фильтр для воздуха; 12 – подогреватель воздуха; 13 – реактор; 14 – котел – утилизатор; 15 – емкость для охлаждения агента; 16 – погруженные насосы для циркуляции охлаждающего агента [6]
Основным волокнообразующим полимером, используемым для получения полиакрилонитрильных волокон, является не сам полиакрилонитрил, а его сополимеры, содержащие небольшие количества (5-10%) второго мономера или двух других мономеров. [7]
Волокнистые материалы, полимерный субстрат которых включает более 85% (масс.) звеньев АН – как модакриловые – МАС.
В качестве наиболее часто применяемых сомономеров используются следующие соединения этиленового ряда:
- акриловая кислота [CH2=CHOOH]
- метилакрилат [CH2=CHCOOCH3]
- метакриловая кислота [CH2=CCH3COOH]
- металлилсульфонат натрия [CH2=C(CH3)CH2SO3Na]
- итаконовая кислота [CH2=C(COOH)CH2COOH]
- метилметакрилат [CH2=C(CH3)COOCH3] и ряд других [8]
Полиакрилонитрильные волокна, имеющие товарные названия акриловые волокна, нитрон, акрилан, аиилана, вольприла, воннел, долан, дралон, зефран, кашмилон, куртель, орлон, торей-лон, экслан и др., относятся к классу синтетических карбоцепных волокон, получаемых из полимеров и сополимеров акрилонитрила, содержащих более 85% по массе акрилонитрила. [9]
Спрос на полиакрилонитрильные волокна обусловлен рядом их уникальных свойств:
- высокой свето- и погодостойкостью;
- низкой теплопроводностью полимерного субстрата : æ = 0,113-0,117 Вт (м*град)-1 , что на 30% ниже теплопроводности шерсти;
- низкой плотностью: ρ = 1160-1300 кг*м-3;
- широкими возможностями физического модифицирования, позволяющие регулировать в большом диапазоне прочностные, эластические и текстурные свойства, а так же пористость полимерного субстрата и морфологию поверхности волокон, что обусловлено важно при выборе оптимальных текстильно-технологических схем их переработки;
- биосовместимостью, что определяет целесообразность применения ПАН волокон в качестве пролонгаторов биологически активных и лекарственных препаратов, тампонных и аппликационных материалов;
- относительно простой технической реализации процессов химической модификации как варьирование композиционного состава сополимеров, пак и полимероаналогичными превращениями полимерного субстрата по нитрильным группам.
Указанные свойства ПАН волокон предопределили высокие темпы развития их производства и области применения [10]. Большую часть данных волокон используют в чистом виде или смесях с шерстью для изготовления верхнего трикотажа. При этом существенно, что деформирование и теплозащитные свойства волокон в большей степени, чем у других химических волокон, близки к шерсти. Кроме того, ПАН волокна применяют при производстве исскуственного меха и ковров, а в смесях с шерстью - одежды и драпировочных тканей [11].
Распределение ПАН волокон по областям применения, в странах Восточной Европы, представлено в (таблице 4) [10].
Таблица 4 – Распределение ПАН волокон по областям применения, в странах Восточной Европы (в %)* [10]
Ассортимент |
% от общего объема выпуска |
Трикотажные изделия |
64 |
Мебельные (обивочные) ткани |
17 |
Пряжа для ручного вязания |
3 |
Чулочно-носочные издения |
1 |
Камвольные, суконные ткани, ковровые изделия, другие области применения |
15 |
*данные за 1994 год
Широко ПАН волокна используются и в техническом секторе. В технике ткани из этих волокон используют для фильтрации горячих (до 150 0С) газов. В последние годы быстро развивается производство полиакрилонитрильных волокон, предназначенных для переработки в различные виды углеродных волокон [10]. В значительном и быстро увеличивающемся объеме ПАН волокон технического назначения возрастает доля волокон, применяемых в качестве армирующих добавок при получении бетонов, взамен асбеста при изготовлении волокнистоцементных кровельных плит, труб и т. п. материалов [7].
От стоимости мономера, т.е. акрилонитрила, зависит цена акрилонитрила. Поскольку полиакрилонитрил является продуктом переработки нефти, его цена, в первую очередь, от ее цены. Колебания цены на нефть оказывают влияние на стоимость акриловых мономеров. Динамика цен на акрилонитрил представлена в (таблице 5).
Таблица 5 – Динамика цен на АН в различных регионах мира ($/т)
Регионы Года |
Азия/дальний восток |
США |
Западная Европа |
||||
2010 |
II кв |
2003 |
1830 |
2696 |
|||
Июль |
2055 |
1819 |
2731 |
||||
Август |
2096 |
1865 |
2754 |
||||
Сентябрь |
2171 |
1795 |
2829 |
||||
Октябрь |
2252 |
1882 |
2829 |
||||
Ноябрь |
2246 |
2095 |
2829 |
||||
Декабрь |
2246 |
2130 |
2829 |
||||
2014 |
II кв |
2369 |
2165 |
3189 |
|||
Июль |
2431 |
2152 |
3231 |
||||
Август |
2479 |
2206 |
3258 |
||||
Сентябрь |
2568 |
2123 |
2247 |
||||
Октябрь |
2664 |
2226 |
2247 |
||||
Ноябрь |
2657 |
2478 |
2247 |
||||
Декабрь |
2657 |
2519 |
2247 |
Как видно из данных таблицы цены на АН по сравнению с 2010 годом выросли, и связано это с ростом цен на исходное сырье, что обусловлено ценовой ситуацией в мировом нефтегазовом комплексе [12][13].
Рентабельность производства ПАН волокна определяется не только составом исходного сополимера и методом формования волокна, но также выбором растворителя для приготовления формовочного раствора. Наибольшее применение в качестве растворителей для приготовления формовочного раствора при производстве ПАН волокон нашли такие растворители как диметилформамид (НС(О)N(CH3)2) и роданистый натрий (NaCNS). Технико-экономические показатели производства растворителей представлены в таблице 6 [14].
Таблица 6 – технико-экономические показатели производства растворителей (в %) [14]
Растворитель |
Себестоимость (перспективная) |
Удельные капитальные затраты |
Затраты труда |
Диметилформамид |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
Водный раствор роданистого натрия |
58,0 |
88,0 |
89,0 |
Как видно из показателей, приведенных в таблице 6, наиболее выгодный растворитель с экономической точки зрения является роданистый натрий.
Так же на экономику производства ПАН волокон существенное влияние оказывают энергозатраты, в таблице 7 приведены результаты анализа потребления энергии на технологические нужды при получении ПАН волокон по различным технологическим схемам.
Таблица 7 – Удельные технологические затраты* на производство ПАН волокон [10*]
Процесс |
Всего, ГДж |
В том числе |
|
Электроэнергия, кВт*ч |
Тепло (холод), ГДж |
||
Производство акрилонитрила |
29,44±8,46 |
264±27 |
26,49±4,15 |
Гомофазный синтез полимера и мокрое формование
-из растворов в 51,5%-ним водном растворе NaSCN
- из растворов в ДМФА |
81,89±14,71
33,57±6,12 |
1132±30
1140±37 |
28,49±4,77
17,64±5,92 |
Гомофазный синтез полимера и сухо-мокрое формование из раствора в ДМФА |
28,32±2,11
|
1118±24 |
14,12±1,65 |
*В расчете на 1 т волокна |
Экономические показатели производства ПАН волокон различными способами представлены в таблице 8.
Таблица 8 – Экономические показатели производства формовочных растворов ПАН различными способами (в %) [14]
Показатели |
Способ |
|
Растворный* |
прямой** |
|
Себестоимость волокна |
100 |
99,7 |
Удельные капитальные затраты с учетом сопряженности отраслей |
100 |
106,0 |
Трудовые затраты, включая затраты на сырье |
100 |
108,0 |
*Сополимер на основе акрилонитрила, винилацетата и метилвинилпиридина; растворитель – диметилформамид.
**Сополимер на основе акрилонитрила, метилакрилата и ИК; растворитель – роданистый натрий.
Однако изучение способов производства ПАН волокон аналогичных видов с использованием в качестве растворителей роданистого натрия (прямой способ) и диметилформамид (растворный способ) не выявило существенной разницы их экономических показателей [14].
Производство волокон на основе полимеров и сополимеров акрилонитрила имеет благоприятные перспективы развития.
Получение ПАН волокон с заданными свойствами определяется рядом факторов:
- особенностями надмолекулярной структуры данного класса волокнообразующих полимеров;
- возможностью широкого варьирования методов перевода их в вязкотекучее состояние, а также способов волокнообразования, ориентационного вытягивания, модификационных и термофиксационных обработок [15].
Основными направлениями в развитии производства ПАН волокон являются: увеличение единичных мощностей для обеспечения выпуска волокон многотоннажного ассортимента при минимизации энергетических и материальных затрат; создание многовариантных технологических линий, позволяющих получать волокна специального назначения и со специфическими эксплуатационными характеристиками; повышение экономичности производства при минимизации экологического прессинга.
Значительные возможности в расширении областей применения ПАН волокон обусловлены реакционной способностью функциональных групп в полимере. Промышленная реализация технологий, основанная на полимераналогичных превращениях, позволяет создавать основные виды волокнистых материалов для применения в промышленности, сельском хозяйстве и строительстве, для накопления, хранения и передачи информации [16].
Полиакрилонитрильные волокна и нити в настоящее время представляют распространенный вид промышленно освоенных карбоцепных синтетических волокон. Мировое производство ПАН – волокон за последние несколько лет сохранилось на уровне 2 млн тонн в год.
На протяжении последних лет удельный вес ПАН – волокон, в общем объеме производства синтетических волокон, находится на уровне 3%. Производство и потребление данных волокон в развитых странах Западной Европы, Америке неуклонно падает из-за сокращения мощностей в этих регионах[*].