Производство синтетического каучука. Практическая химия

Месторождение нефти — это источник не только «чёрного золота», но и многочисленных побочных продуктов — ПНГ, в частности. И вместо того, чтобы сжигать его на факелах, загрязняя атмосферу, этот газ можно пустить в дело. Как это происходит при производстве каучука, мы увидели своими глазами, взглянув на работу Красноярского завода.

цистерны с нитрил-акриловой кислотой

Промышленные предприятия СИБУРа, одним из которых является Красноярский завод синтетического каучука (КЗСК), перерабатывают попутный нефтяной газ(ПНГ) в различную продукцию.

Мы увидели, как на свет появляются каучуки спецназначения. Производство, хоть и нефтехимическое, к природе относится очень деликатно.

Компания из земли ничего не берёт. Перерабатывает тот попутный газ, который нефтяники раньше просто уничтожали. И делает из него массу полезных вещей.

Нам помогал


специалист
Александр Берестюк, специалист с 15-летним опытом работы, прошёл путь от аппаратчика полимеризации до ведущего инженера-технолога технологического отдела КЗСК

Производство каучука в России

врезка

«Можно сказать, что на предприятиях СИБУРа лежит ответственность. Ведь мы выполняем экологическую миссию, превращая попутный газ в самые разнообразные продукты. На КЗСК — это бутадиен-нитрильный каучук.

Резинотехнические изделия на его основе устойчивы к работе в агрессивной среде и применяются в разных отраслях: авиастроении, тракторостроении, машиностроении, кабельной промышленности. БНК используют в изделиях из поливинилхлорида, АБС-пластиков и других полимерных материалов.

Применяют для изготовления уплотнительных элементов, упаковочных материалов и многого другого», — говорит наш экскурсовод — ведущий инженер-технолог технического отдела завода Александр Берестюк.

Но перед тем как попасть к потребителю, в процессе производства каучука проходит ряд превращений, которые нам удалось увидеть на предприятии.

Стартом, то есть сырьём для данного производства являются бутадиен и нитрил-акриловая кислота. Поступает оно по железнодорожной ветке — на сливо-наливную эстакаду в цистернах и танк-контейнерах. Нитрил-акриловая кислота помещается в специальные ёмкости для хранения, которые стоят в ряд неподалёку от эстакады. В нескольких метрах от них ёмкости с бутадиеном.

Бутадиен в Красноярске «родственный»: его поставляют с тобольского производственного предприятия СИБУРа.

«Мы являемся частью интегрированной компании: СИБУР осуществляет цикл переработки — от попутного нефтяного газа до продукции последующих переделов.

Получается цепочка: у нефтедобытчиков приобретают ПНГ, на газоперерабатывающих заводах АО «СибурТюменьГаза» из него извлекают ШФЛУ — которая поступает на переработку в Тобольск.

Из ШЛФУ получают различные продукты, в том числе и бутадиен, который поставляют на производство синтетических каучуков — нам или на заводы в Воронеже и Тольятти. У каждого своя специализация.

Между прочим, первое производство бутадиен-нитрильных каучуков открылось именно в Красноярске. За годы работы предприятие освоило выпуск свыше 85 марок каучуков», — описывает часть упомянутой цепочки Александр Берестюк.

В это время на сливо-наливной эстакаде началось движение — пришла новая партия бутадиена. Надо сказать, что завод изначально проектировался с умом и с большими перспективами. Место выбрано очень удачно: рядом железная дорога, а также ТЭЦ — поставляющий необходимые энергоресурсы.

Мы поинтересовались, насколько энергоёмким является каучуковое производство — не зря ведь сформировано такое соседство. Оказалось, достаточно.

Однако мир не стоит на месте, технологии совершенствуются, и на каждом этапе наш провожатый рассказывал о новых и модернизированных установках, которые позволяют сократить потребление энергии и пара.

территория СИБУРа

Совершенствование производства также помогает наращивать объёмы: в прошлом году завод выпустил 43 300 тонн каучука, в планах на этот — уже 46 000 тонн. Именно такова сегодня разрешенная мощность завода, которая со временем планомерно увеличивается.

Невидимые превращения

А мы тем временем переместились на следующий производственный участок — на установку полимеризации, где углеводородная шихта смешивается с водной фазой и направляется в реакторы для проведения процесса полимеризации.

Нам объяснили, что водная фаза, условно говоря, раствор мыла, в котором дополнительно присутствуют необходимые для синтеза компоненты.

При смешении получают эмульсию, которая подаётся в батарею полимеризации. Сюда же подают раствор инициатора. В результате эмульсия постепенно превращается в латекс — мельчайшие частицы бутадиен-нитрильного каучука, которые распределены в водной среде и застабилизированы эмульгатором.

Впрочем, всех этих чудес мы не увидели: выглядит отделение полимеризации как помещение, от пола до потолка заполненное переплетающимися трубами — разных диаметров и с разномастной запорной арматурой. Разве что таблички с названием компонентов выдают химическое производство.

Латекс, после удаления непрореагировавших мономеров на стадии дегазации, подаётся в накопительные ёмкости, где усредняется, и из него формируется партия с требуемыми показателями качества.

В лаборатории специалисты проводят необходимые анализы, и, если всё в порядке, партия латекса подается на следующую ступень — стадию выделения.

Всё ближе к каучуку

В народе аппарат, куда поступает полученный на предыдущей стадии латекс, называют «гитарой» — профессионалы зовут его системой струйных аппаратов переменного сечения.

Сюда же подаётся коагулянт — вещество, которое выделяет каучук из латекса.

Чуть позже, уже в лаборатории, Александр Берестюк показал процесс в миниатюре: добавил раствор коагулянта в латекс, и из двух жидкостей — прозрачной и молочно-белой — получился кусочек каучука. На производстве все выглядит примерно также, только в масштабе и при участии профильного оборудования.

Выделение каучука из латекста
Выделение каучука из латекста. производственный процесс «в миниатюре»

После процесса коагуляции мокрый каучук разбивают на крошку, которая поступает на вибросито.

Здесь происходит первичное отделение влаги, потом крошку каучука промывают и подают на следующее вибросито. Здесь уже практически готовый продукт — можно даже потрогать.

Мы подержали его на ладони и удивились, насколько белые комочки (мягкая розоватая стружка) не похожи на готовые изделия РТИ.

Хотя каучук и прошёл вибросита, он по-прежнему остаётся влажным. Поэтому нужен экспеллер — отжимная машина.

«Конструкция напоминает большую мясорубку. Цилиндрический корпус, шнек, пластина с отверстиями. Только в мясорубке нож находится внутри, а у нас снаружи, чтобы срезать крошку каучука. Далее она падает вниз, а там — ещё один экспеллер», — показывает Александр Берестюк.

На вибросите влажность материала — порядка 70-80%. После первого экспеллера — это уже 10%, после второго — не более 5%.

Наш провожатый объяснил: если каучук не отжимать, придётся сушить его 7-10 часов, да и сушилку делать в несколько километров длиной. А так это только 30 минут и несколько метров просушки.

Да, сушилка — следующий пункт в путешествии каучука. С помощью виброраспределителя его равномерно распределяют по конвейеру сушилки, и сплошной ковёр из каучуковой крошки отправляется в камеру в виде коридора, где сушится горячим воздухом. На выходе мягкая розоватая стружка — не более 0,5% влажности. Далее виброподъёмник и пресса, где формируется готовый брикет массой 30+/- 0,5 кг.

Трубопроводы для транспортировки сырья выполнены из обычной, так называемой «чёрной» стали. А вот в цехе полимеризации уже используется сталь нержавеющая: латекс обладает высокой адгезией, образует полимерные отложения, которые приходится очищать — с трубами из «нержавейки» это делать проще.

«После прессования брикет проходит через металлодетектор, чтобы наверняка установить, что посторонних металлических включений в материале нет, далее через конвейерные весы каучук идёт на стадию упаковки в полиэтиленовую пленку и маркируется», — описывает последние штрихи Александр Берестюк.

промывка каучука

И вот, наконец, мы видим то, ради чего было организовано вся эта многоумная конструкция: брикеты готового каучука укладывают в контейнеры.

«Потрогайте! — смеясь, говорят работники. — Свежий, ещё тёплый!».

Контейнеры отправляют на склад, а оттуда каучук расходится на заводы РТИ в 35 странах мира.

каучук в брикетах

Золотые руки и головы

Можно подумать, что на производстве с таким количеством этапов работает целый город. Сотрудников на заводе действительно немало — 390 человек. Однако в цехах фактически безлюдно — где-то и вовсе пусто.

Производство максимально автоматизировано, так что рабочие только контролируют процесс его работы — по большей части, удалённо.

Именно поэтому в нашем рассказе так много возвратных глаголов: никто не промывает каучук и не добавляет ингредиенты: все именно промывается и смешивается — словно бы самостоятельно.

Пока мы находились в отделении полимеризации, Александр Берестюк обратил наше внимание на возможности автоматического регулирования.

«Здесь, в цехе, находится расходомер, информация поступает на АСУ ТП, сопоставляется с теми параметрами, которые задал аппаратчик полимеризации или начальник смены.

Если значение больше или меньше, АСУ ТП изменяет его — с помощью регулирующего клапана».

промышленная площадка СИБУРа

Последние и первые


Постановление правительства о строительстве на территории Красноярска Завода синтетического каучука подписали в 1947 году.


Начали строительство уже через два года, а в 1952 году выпустили первый рулон — тогда продукция ещё выпускалась в рулонах — альфаметилстирольного каучука.

Это был материал спецназначения — шёл на нужды оборонной промышленности. На тот момент завод являлся частью так называемого «золотого кольца химпрома» — промышленного комплекса, предприятия которого работали в цепочке.

Но, когда единая система управления заводами исчезла, рухнуло и «золотое кольцо».

Завод синтетического каучука остался последним из большой семьи. В самые тяжёлые годы объёмы производства падали до самых низов, но предприятие держалось.

В 2001-м завод приобрела нефтехимическая компания СИБУР — сначала 95%, а позже и все 100%. Так что сегодня КЗСК стал частью другой команды — первого игрока этого рынка.

Для этого на заводе функционируют несколько щитов управления. В ответ на наш наивный вопрос о том, как же можно что-то увидеть в этих пересекающихся графиках, таблицах и диаграммах, представители дежурной смены только улыбнулись.

Они охотно начали рассказывать: вот, видите, здесь отображается работа всей установки полимеризации. Все значения в рамках установленных границ.

Если же что-то пойдёт не так, система сигнализирует: сначала сработает предупредительная сигнализация (то есть ничего критичного, но меры уже следует принять), а в случае форс-мажора — остановка, клапаны закрываются, оборудование перестаёт работать.

Контроль параметров производства осуществляется прямо со щита управления

«У нас есть специальный документ — План мероприятий по ликвидации аварийных ситуаций, где прописаны действия персонала в любых производственных ситуациях.

Частичное регулирование происходит прямо отсюда — со щита, если же необходим останов, то лучше закрыть клапан вручную — так безопаснее. Но в любом случае это очень оперативный процесс», — объяснили специалисты.

И ещё один шаг

На этапе создания брикетов основная работа каучукового завода завершается. А для самого бутадиен-нитрильного каучука всё только начинается. Дело в том, что этот материал характеризуется повышенной масло- и бензостойкостью.

Соответственно, продукция из него востребована там, где резинотехническим(РТИ) деталям придётся контактировать с нефтепродуктами — топливом, маслами. То есть ключевыми потребителями являются автопром и «нефтянка».

На самом предприятии РТИ не выпускают, однако в лаборатории налажено «производство в миниатюре»: создаются тестовые образцы итоговой продукции, чтобы была возможность оценить её свойства с точки зрения потребителей.

Рынок подтянется!

Специалисты завода синтетического каучука подтвердили традиционное мнение аналитиков о том, что рынок потребления нефтехимии в России является ограниченным, но только в сравнении с потреблением в более развитых экономиках на душу населения.

При этом в определенном смысле предложение может стимулировать и спрос.

Когда появляется доступный отечественный продукт в большом объеме, то у переработчиков больше стимулов расширять свои производства.

К тому же, есть ещё и ниша замещения импорта. Да и сама продукция совершенствуется, и сегодня, например, полимеры, уже используют там, где раньше работали металл и другие материалы.

То же касается и синтетических каучуков. Этот рынок в мире растет на 3% ежегодно, спрос на бутадиен-нитрильный каучук гораздо выше.

Даже демографическая ситуация и уровень доходов населения косвенно влияют на него.

Понадобился, скажем, семье не один автомобиль, а два. А автопром — один из главных потребителей красноярского синтетического каучука.

Кроме того, современные технологии позволяют создавать новые продукты, с новыми качественными характеристиками. За последние несколько лет КЗСК освоил выпуск многих современных марок продукции, что открыло для завода перспективы роста на рынках Европы, Азии и, конечно же, России.


Специалисты лаборатории завода осуществляют входной контроль сырья, анализируют качество промежуточной и готовой продукции


Синтетический каучук, как уже упоминалось, — светлый и достаточно мягкий материал, его легко можно порвать руками, РТИ же, как все знают, чёрные, жесткие, эластичные.

«В лаборатории мы готовим стандартную резиновую смесь. В рецепт для прочности добавляется технический углерод, он же и даёт черный цвет конечному изделию.

Также добавляется сера — вулканизующий агент, другие компоненты, необходимые для процесса вулканизации.

Резиновую смесь готовят на лабораторных вальцах.

Работают они так: два валка вращаются в разные стороны, при этом у них разная скорость вращения. За счёт чего все необходимые компоненты легко вводятся в каучук.

Далее, так называемая сырая резина помещается в пресс-форму, а пресс-форма — в вулканизационный пресс, где происходит процесс вулканизации при сжатии нагретых до 150 градусов плит пресса при определённом времени. Получается вулканизат», — демонстрирует процесс наш экскурсовод.

Из полученного материала вырубается образец установленной формы — похожий на двухлопастное весло. Его нужно протестировать на прочность и эластичность: для этого образец прямо при нас заправляют в специальный прибор — тензометр и начинают растягивать с определённой скоростью.

Кто бы мог подумать, что жёсткая на вид резина способна так заметно растягиваться, а после возвращаться в исходную форму.

Нам объяснили: по техническим условиям на готовую продукцию тестируемых образец должен выдерживать нагрузку не менее 250 кгс/см2 и растягиваться на 450%. Усилием машины образец, наконец, удаётся разорвать. Миссия выполнена: нормативам продукция соответствует.

На производстве побывала Анна Кучумова
Фото: Евгений Ошкин

Отраслевые решения

Подпишитесь
на ежемесячный дайджест актуальных тем
для специалистов отрасли.

Исключительно отраслевая тематика. Никакого спама 100%.