Основные виды сырья и технологии переработки нефтехимического и хлорорганического комплекса // Винокуров М.А., Суходолов А.П. Экономика Иркутской области

Дореволюционная российская химическая промышленность почти полностью зависела от ввоза сырья. Калийные соли, например, завозились из Германии, фосфориты — из Северной Африки (из Марокко и Алжира), селитра — из Южной Америки (Чили). В настоящее время отрасль практически не зависит от импорта, а на территории России разведаны громадные запасы апатитов, фосфоритов, поваренной соли, известняка, серы и многих других видов полезных ископаемых.

Самые эффективные в стране минерально-сырьевые, лесные, водные и топливно-энергетические ресурсы сосредоточены в Восточной Сибири. Здесь имеются наиболее благоприятные предпосылки для развития химической промышленности. Создаваемые в регионе предприятия могут использовать богатейшие месторождения поваренной и калийной солей, химически чистых известняков, апатитов и фосфоритов, минеральных красок, различных углей и даже местные ресурсы нефти и природного газа, запасы которых разведаны в пределах Сибирской платформы.

В настоящее время в качестве основного сырья предприятия комплекса применяют западносибирскую нефть и черемховский уголь (АНХК), поваренную соль Усольского и Зиминского месторождений (усольское и саянское хлорные производства), известняк Билютинского месторождения Республики Бурятии (усольский «Химпром»), отходы лесозаготовки и лесопереработки (гидролизные заводы). В перспективе возможно использование калийной соли и природного газа, добыча которых намечается в Иркутской области.

Очень важно, что основные виды сырья и топливно-энергетических ресурсов располагаются в непосредственной близости от действующих химических производств: уголь и известняк — в сотнях километров, поваренная соль — буквально на территории предприятий. При этом эффективность производства химической продукции на базе поваренной соли и химически чистых известняков определяется весьма благоприятными технико-экономическими условиями их добычи и наличием в районе дешевых топливно-энергетических и водных ресурсов.

Переработка угольного сырья

Как известно, уголь может употребляться не только в качестве энергетического топлива, но и как ценное сырье для химической промышленности.

Содержащиеся в нем углеводороды (химические соединения углерода с водородом) при нагревании без доступа воздуха не сгорают, а выделяются из угля в виде газа (при небольшом нагреве) или жидких фракций (при высокой температуре).

При относительно небольшом нагреве (до 500-600 °С) — полукоксовании — из угля выделяются газообразные (первичный газ) и легкие жидкие (первичная смола) углеводороды. Эта смесь при охлаждении по цвету и вязкости напоминает нефть. В ней много фенола — ценного сырья для производства пластмасс, красителей и лекарственных веществ. В первичном газе содержится газовый бензин.

При более высокой температуре нагрева (до 900-1000 °С, без доступа воздуха) — коксовании — из угля выделяется коксовый газ, содержащий пары каменноугольной смолы и ряда других ценных для химической промышленности веществ (этилена, метана, окиси углерода и др.). Из каменноугольной смолы, в свою очередь, выделяют легкие, средние и тяжелые масла, из которых тоже получают ценные химические продукты (бензол, фенол, нафталин и др.).

Процесс коксования осуществляется в коксовых печах, объединенных, как правило, в так называемые коксовые батареи (по 50-80 печей).

До середины 1950-х гг. уголь Черемховского месторождения служил основным видом сырья при производстве жидкого моторного топлива на Ангарском комбинате. В процессе полукоксования из него вырабатывали аммиак, применяемый при выработке азотных удобрений — аммиачной селитры, мочевины, аммиачной воды. Ангарский коксогазовый завод являлся основным источником углеводородного сырья и топливного газа для производства продукции органического синтеза. С началом поставки нефти для этих целей начали использовать нефтезаводские газы, на основе которых стали получать этилен, аммиак и метанол.

Кроме того, уголь применялся в качестве сырья на Черемховском заводе полукоксования, построенном в 1942-1945 гг. Позднее, в 1965 г., сюда из Иркутска был переведен завод «Лакокраска», который как сырье для производства красителей также использовал продукты полукоксования.

В перспективе, при наращивании объемов добычи угля, целесообразно развивать технологии его химической переработки. Например, на основе современных технологий из угля можно получать достаточно эффективное и транспортабельное, весьма экологичное, высококалорийное твердое топливо, а также искусственное жидкое топливо и горючий газ.

Переработка нефти

Нефть представляет собой сложную смесь жидких углеводородов. Как и уголь, она является прекрасным сырьем для химической промышленности. Из нефти получают тысячи наименований разнообразной продукции и полуфабрикатов.

На перерабатывающем заводе в Ангарске нефть сначала разделяют нагреванием на фракции (этот процесс называется перегонкой). В каждую из фракций входят углеводороды, близкие по температуре кипения. Например, первая фракция — бензин и легкие углеводороды. Затем идут лигроин, керосин, газойль, соляр, смазочные масла. Последняя фракция  — мазут и гудрон.

Перегонку осуществляют в ректификационных колоннах (высотой с 10-этажный дом), где нагретая до 300-325 °С нефть разделяется на отдельные продукты. При этом более легкие пары (газы и бензин) поднимаются на самый верх; ниже конденсируются нары углеводородов, кипящих при 200-250 °С (керосин); внизу остаются самые тяжелые фракции (мазут) с температурой кипения выше 300 °С.

Ректификационная установка работает непрерывно. Получаемые с ее помощью нефтепродукты выводятся по трубопроводам и направляются на дальнейшую переработку. Например, из мазута дополнительной перегонкой получают различные смазочные масла и битумы.

Для увеличения выхода светлых нефтепродуктов в 2-3 раза применяют химические способы переработки нефти: крекинг- расщепление органических веществ при воздействии высокого давления и температуры, и пиролиз - разложение только при высокой температуре. На практике это выглядит так: нефть (или одна из ее фракций) перегоняется при повышенном (до 5 МПа) давлении и высокой (450-550 °С) температуре, благодаря которым происходит расщепление (разложение) тяжелых и сложных молекул углеводорода, входящего в состав мазута, на более легкие и менее сложные.

Получаемые при пиролизе и крекинге газы (пропилен, этилен и ацетилен) используются в качестве сырья в процессах органического и хлорорганического синтеза.

Эффективность крекинга и пиролиза существенно повышается в присутствии катализаторов - алюмосиликатов. К примеру, каталитический крекинг позволяет получить из 1 т солярового масла до 0,8 т высококачественного бензина и керосина при меньшем давлении и при более низких температурах.

Выход высококачественного бензина можно увеличить, применяя так называемый каталитический риформинг - переработку нефтепродуктов, в результате которой молекулы тяжелых углеводородов преобразуются в более легкие, проходя перед подачей в ректификационную колонну специальную камеру (с температурой 500 °С, повышенным давлением и катализатором).

В нефтехимическом комплексе Иркутской области нефть является основным видом сырья. По своей стоимости и объемам поставок (измеряемым десятками миллионов тонн) она занимает первое место среди других видов химического сырья. На Ангарском нефтеперерабатывающем заводе из нее получают светлые сорта моторного топлива и топочный мазут. Полупродукты нефтепереработки служат сырьем для других химических производств хлорорганического   синтеза, производства минеральных удобрений, синтетических смол, спиртов и др.

Ангарский нефтеперерабатывающий завод является вторым по мощности (после Омского) перерабатывающим предприятием России. Он способен ежегодно перерабатывать до 25 млн. т сырой нефти (примерно столько же, сколько в целом в СССР перед войной). Вначале нефть завозили по железной дороге в цистернах из Башкирии. С 1964 г. ее стали поставлять по нефтепроводу Туймазы — Омск — Ангарск, по которому с 1966 г. начала поступать и тюменская нефть.

Использование «давальческой» нефти было оправдано ввиду ориентации размещения нефтеперерабатывающих предприятий на районы потребления нефтепродуктов, вследствие возможности эффективной переработки получающихся отходов и попутных продуктов путем создания соответствующих мощностей, а также благодаря наличию в регионе значительных высокоэффективных топливно-энергетических и водных ресурсов.

С 1990 по 1995 г. объем поставок нефти в Ангарск снизился на 25 % (табл. 18.3). Это было обусловлено рядом причин: уменьшением нефтедобычи в Западной Сибири, снижением дебитов и обводнением скважин, сокращением платежеспособного спроса на нефть, кризисом неплатежей внутри страны и более выгодными условиями поставки сырой нефти за рубеж. Сбои в поставках нефти на АНХК влияют на ритмичность работы всего Ангарско-Усольско-Саянского химического комплекса, создают проблемы в обеспечении нефтепродуктами районов Восточной Сибири и Дальнего Востока.

Таблица 18.3. Динамика переработки нефти Ангарской нефтехимической компанией, млн. т

Уменьшение объема переработки нефти привело к снижению эффективности использования перерабатывающих мощностей. Так, если в 1985 г. выход светлых нефтепродуктов на Ангарском нефтеперерабатывающем заводе составлял 75 %, то в 1995 г. он сократился до 65 % при одновременном увеличении выхода топочного мазута (табл. 18.4).

В этой связи возникает необходимость вовлечения в оборот местных нефтяных ресурсов. Наиболее перспективным является Верхнечонское нефтегазоконденсатное месторождение. В будущем возможно освоение запасов нефти Республики Саха (Якутии). При этом целесообразна прокладка единого нефтепровода, что снизит себестоимость нефтепродуктов и  сократит сроки освоения месторождений. Суммарная добыча нефти в Восточной Сибири может достигать 15-20 млн. т в год, что сопоставимо с потребностью всего Ангарского нефтеперерабатывающего комплекса.

Таблица 18.4. Производство нефтепродуктов Ангарской нефтехимической компанией, 1994 г.

При освоении местных нефтяных ресурсов осуществимы два сценария развития. Первый предполагает поставку нефти на переработку по трубопроводу в Ангарск, второй строительство нового нефтеперерабатывающего завода в пределах Верхнеленского ТПК.

При реализации первого сценария следует учитывать, что восточносибирская нефть по ряду показателей отличается от поставляемой в настоящее время на АНХК западносибирской — выход светлых нефтепродуктов из нее на 15% ниже. Поэтому необходима реконструкция мощностей Ангарского нефтеперерабатывающего завода, не готового в настоящее время перерабатывать верхнечонскую и якутскую нефть.

При реализации второго сценария появятся условия для создания в районе Киренска собственного нефтеперерабатывающего производства, способного обеспечивать светлыми нефтепродуктами территории Ближнего Севера и зоны БАМа. На базе подобного производства и запасов калийной соли Непского бассейна в перспективе возможно развитие электрохимии и организация производства поливинилхлоридной смолы и пластмасс.

Выработка и использование газового сырья

Предприятия комплекса вырабатывают и используют разнообразное газовое сырье. Особо можно выделить ацетилен, этилен, пропилен. В перспективе в качестве сырья целесообразно использование местных ресурсов природного газа.

Ацетилен (НС=СН). Применяется на усольском «Химпроме» как сырье для нужд органического синтеза, в основном для производства винилхлорида (Н₂С=СНСl) и получения на его основе поливинилхлорида и других сополимеров. Вырабатывают ацетилен на усольском «Химпроме» из карбида кальция. С началом промышленного освоения местных ресурсов углеводородного сырья появится возможность получать ацетилен из природного газа или заменить его другим газовым сырьем.

Этилен (Н₂С=СН₂). Основной вид сырья для производства поливинилхлорида (на саянском «Химпроме») и полиэтилена (на АНХК). Он может использоваться и для выработки этилового спирта (потребляемого при изготовлении каучука) и некоторых других продуктов. Этилен — бесцветный газ, один из основных продуктов нефтепереработки. Входит также в состав коксовых газов.

Получают этилен на АНХК, где он в больших количествах (до 20 %) образуется при распаде легких газообразных углеводородов в процессе перегонки нефти (октан распадается на бутан и бутилен, а бутан, в свою очередь, — на этан и этилен).

Этилен поставляют на саянский «Химпром» по этиленопроводу и применяют для синтеза винилхлорида — сырья для производства поливинилхлорида.

Пропилен (СН₃СН=СН₂). Получают в результате пиролиза нефтепродуктов на Ангарском нефтеперерабатывающем заводе. Доля пропилена в общем объеме газов, образующихся при перегонке нефти, достигает 20 %. Используют пропилен в качестве сырья при синтезе некоторых химических веществ (на АНХК и усольском «Химпроме»). Из него вырабатывают очень важный для промышленности продукт — ацетон, который употребляется при производстве некоторых видов пластмасс, искусственных волокон, глицерина, бездымного пороха, медицинских препаратов и др.

Природный газ. Данный вид сырья пока не используется предприятиями Ангарско-Усольско-Саянского нефтехимического и хлорорганического комплекса. Однако широкомасштабное применение природного газа в энергетике и химической промышленности региона — задача большой экономической важности.

Добыча газа намечается в Иркутской области в ближайшей перспективе. Ежегодная потребность в нем для технологических и энергетических нужд Приангарья оценивается примерно в 5-9 млрд. м³.

Местные запасы природного газа могут стать надежной базой углеводородного сырья для предприятий Ангарска, Усолья-Сибирского и Саянска. Использование их вместо газов, получаемых в процессе первичной и вторичной переработки нефти, существенно удешевит производство, уменьшит зависимость комплекса от сбоев в поставках нефти из Западной Сибири и ослабит влияние постоянно растущей стоимости нефтяного пиролизного сырья, а также ацетилена, производимого из карбида кальция.

Предприятия комплекса могут вырабатывать из местного природного газа самую разнообразную продукцию — аммиак, метанол, этилен и этановые фракции, бутиловые спирты и др. Природный газ способен заменить парафины при производстве белково-витаминных концентратов. Его можно применять при обжиге известняка (производство карбида кальция) и сушке пасты поливинилхлорида вместо пара.

Использование природного газа позволит вытеснить из производства менее технологичные процессы и тем самым существенно повысить его экономичность и экологичность. В частности, возможно устранить такие технологические процессы, как газификация твердого топлива и пиролиз прямогонных бензинов при получении аммиака, метанола и этилена.

Особый интерес представляют крупные запасы газа, сосредоточенные недалеко от индустриально освоенных районов. Прежде всего это относится к Ковыктинскому газоконденсатному месторождению, газ с которого целесообразно поставлять в Ангарск по газопроводу. В перспективе, по уже действующему газопроводу, можно поставлять сырье через Жигаловский район с более отдаленных северных месторождений.

Очень важно, что газ месторождений Сибирской платформы содержит большое количество этана, пропана, бутана и гелия. Это делает его весьма ценным сырьем для химической промышленности. Данные фракции можно выделять на газоперерабатывающих заводах. В частности, этан целесообразно использовать для получения этилена — сырья для некоторых химических производств Ангарска и Саянска, а в дальнейшем — и Усолья-Сибирского. Расчеты показывают, что потенциальных ресурсов этана одного Ковыктинского месторождения будет достаточно для организации крупномасштабного производства этилена. Данное производство способно не только обеспечить существующие мощности по выпуску полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола, но и стать основой для создания других этиленпотребляющих предприятий.

Газификация нефтехимического комплекса существенно повлияет на его развитие. Во-первых, целый ряд крупнотоннажных производств сможет перейти на более экономичную (и экологичную) сырьевую базу, что неизбежно снизит потребность в сырой нефти. Во-вторых, будут интенсифицированы многие технологические процессы, что позволит повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции, снизить вредные выбросы и улучшить экологическую обстановку в Приангарье.

Один из этапов газификации связан с переводом на природный газ крупнотоннажного производства метанола на АНХК. Это потребует строительства новых предприятий с использованием современных энергосберегающих технологий. На основе метанола предусматривается выработка нетоксичной добавки к бензинам, что даст возможность перейти к выпуску неэтилированных видов топлива.

Газификация существенно изменит и структуру потребления топлива. При этом газ будет конкурировать в топливном балансе не только с углем, но и с мазутом. Существуют оценки, по которым к 2010 г. доля газа в топливопотреблении региона может сравняться с долей угля и составить примерно 30 %.

Наконец, использование природного газа позволит успешно решить проблему обеспечения этиленом второй очереди саянского «Химпрома», строительство которой намечено в среднесрочной перспективе.

По предварительным оценкам, ввод в хозяйственный оборот месторождения природного газа с добычей и химической переработкой в объеме 5 млрд. м³ будет эквивалентен в условиях Иркутской области переработке 5 млн. т нефти.

Использование минерального сырья

Иркутская область располагает высокоэффективными минерально-сырьевыми ресурсами. Некоторые из них уже применяются в качестве сырья для химической промышленности — поваренная соль (галит) и карбонатные породы (химически чистый известняк). В перспективе возможно использование калийных солей, апатитов и фосфоритов, природных минеральных красителей и др.

Поваренная соль (галит). Содержит ценные для химической промышленности элементы. Служит основным сырьем для получения каустической соды, хлора и натрия. Ее запасы в Приангарье огромны и могут обеспечивать потребности электрохимического производства в течение многих десятилетий.

Для промышленных целей разрабатываются Усольское, Зиминское и Братское месторождения соли. Добыча ведется методом подземного выщелачивания, непосредственно в зоне залегания, вблизи от места переработки. Рассол перечисленных месторождений отличается высоким качеством, почти не содержит технических примесей, не нуждается в сложной и дорогостоящей очистке.

Соляной рассол по трубопроводу поставляют непосредственно на хлорное производство, где путем электролиза получают хлор и каустическую соду. Процесс осуществляется в электролизных ваннах двух типов: с движущимся ртутным катодом, а также с твердым катодом и пористой диафрагмой (диафрагменный метод). Для выработки каустической соды и хлора путем электролиза требуется значительное количество электроэнергии. Поэтому подобные предприятия размещены преимущественно в районах, где имеются запасы данного вида сырья и дешевая электроэнергия.

Производство хлора, каустической соды, соляной кислоты и других хлорсодержащих соединений налажено в Усолье-Сибирском и Саянске. Производство жидкого хлора для нужд целлюлозно-бумажной промышленности имеется в Братске, на хлорном заводе, входящем в состав Братского ЛПК.

Карбонатные породы (химически чистые известняки). Являются сырьем для получения карбида кальция на усольском «Химпроме», где с этой целью в середине 1960-х гг. созданы крупнейшие в стране производственные мощности. Известняк поставляется из Республики Бурятии, с Билютинского месторождения, находящегося в 600 км от химкомбината. Производства по переработке карбонатных пород требуют очень больших затрат энергии, поэтому размещаются вблизи мест ее выработки.

Иркутская область тоже располагает громадными топливно-энергетическими ресурсами и запасами высококачественного карбонатного сырья. Каждое из разведанных в ее пределах месторождений (Усть-Ангинское, Цаган-Ходинское, Малобыстринское и др.) по качеству и запасам известняка не уступает Билютинскому. Однако иркутские месторождения пока менее доступны в транспортном отношении (хотя и находятся ближе к Усолье-Сибирскому) и на них отсутствует необходимая  инфраструктура. Тем не менее, в перепективе здесь возможна добыча сырья, применяемого в химической промышленности при производстве карбида кальция и ацетилена. Кроме того, для обжига известняка возможно привлечение местных ресурсов природного газа.

Апатиты и фосфориты. Могут использоваться при выработке фосфорных удобрений, в частности суперфосфата. Крупнейшие в России запасы данного сырья, обнаруженные в Иркутской области, создают благоприятные предпосылки для успешного развития в регионе суперфосфатной промышленности. Получение 1 т суперфосфата требует такого же количества фосфоритов и примерно 0,4 т серной кислоты. Учитывая, что серная кислота малотранспортабельна, при суперфосфатных заводах, как правило, проектируются цехи по ее производству.

Калийная соль. Является сырьем для развития промышленности калийных удобрений. Дореволюционная Россия удовлетворяла потребность в калийных удобрениях исключительно за счет импорта. К настоящему времени на территории России выявлены громадные запасы калийных солей, в том числе в Иркутской области. Для развития калийной промышленности не нужно большого количества энергии, ее предприятия целесообразно размещать вблизи источников сырья.

Прочие. К прочим видам сырья можно отнести серу, минеральные краски, асбест, тальк, цеолиты и др.

Сера используется на АНХК при производстве серной кислоты, необходимой для выпуска целого ряда химических продуктов — минеральных удобрений, взрывчатых веществ, искусственных волокон, красок и др. Месторождения самородной серы известны в Иркутской области. Однако целесообразнее завозить ее из других районов России или употреблять в качестве сырья сернистые соединения, образующиеся при сжигании углей на мощных ТЭЦ.

В регионе разведаны запасы минеральных красок. Эти запасы являются своеобразной базой для развития лакокрасочной промышленности. Данная отрасль представлена пока небольшим ассортиментом густотертых и сухих красок и олифы, получаемой из привозного сырья.

Кроме рассмотренных в Иркутской области имеются запасы асбеста, талька, цеолитов и другие минеральные ресурсы, использование которых возможно при развитии химической промышленности.

Разнообразное сырье применяется на таких предприятиях, как Ангарский завод химических реактивов, Усольский химфармкомбинат и Черемховский химический завод. Поставляют его в Иркутскую область из различных уголков России и СНГ.