Технико-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
Мебельные (обивочные) ткани
Пряжа для ручного вязания
Чулочно-носочные издения
Камвольные, суконные ткани, ковровые изделия, другие области применения

*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
	II кв
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
	II кв
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь

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		99,7
Удельные капитальные затраты с учетом сопряженности отраслей		106,0
Трудовые затраты, включая затраты на сырье		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[*].