Как компании зарабатывают деньги. Производство изопропанола

Фото ПАО «Химпром»
Предыдущие статьи:
Как компании зарабатывают деньги. Производство фенола и ацетона
Как компании зарабатывают деньги. Хлорщелочное производство
Всем привет, сегодня завершаем изучение производств ПАО «Химпром» из группы «Органические продукты». Осталось у нас не рассмотренными два продукта: изопропиловый спирт технический и изопропиловый спирт абсолютированный. Оба являются по сути одним веществом, изопропанолом, но с разной концентрацией: технический — 75%, абсолютированный 99,7%. Молекула изопропанола выглядит так:

А как он выглядит и пахнет «вживую» вы скорее всего знаете. Дело в том что изопропанол является основным компонентом бытовых антисептиков для рук и незамерзающих жидкостей для автомобиля.

История производства изопропанола на Химпроме такова. С давних времён завод производит пероксид водорода H2O2 так называемым органическим методом. Там в качестве сырья используется изопропанол, который окисляясь даёт собственно пероксид водорода и ацетон (CH3)2CO. Ацетон затем подвергают гидрированию водородом H2, превращая его обратно в изопропанол, и процесс повторяется. Изопропанол завод закупал у нефтепереработчиков, которые делали его в процессе сернокислотной гидратации пропилена С3H6 (реакция пропилена с водой в присутствии серной кислоты).
В 2006 году Химпром перешёл на другую технологию — в качестве сырья используется ацетон, его подвергают каталитическому гидрированию до изопропанола, при этом получают более чистый изопропанол, чем тот, что получают из пропилена:
СН3СОСН3 + Н2 = (СН3)2СНОН.
Часть изопропанола по-прежнему используют для производства перекиси водорода, а часть продают как товарный продукт. Спустя 10 лет, в 2016 году, эта установка была планово модернизирована и с тех пор так и работает.
Сырьём для процесса является ацетон, закупаемый у «Казаньоргсинтез» (Сибур) и «Новокуйбышевская нефтехимическая компания» (Роснефть). Водород получают на собственном хлорщелочном производстве.
В реактор гидрирования работающий при температуре 120-135 °С подаются следующие сырьевые и рецикловые потоки:
— ацетон со склада хранения
— свежий водород из буллитов хранения
— водород рецикл после сепаратора водорода
— изопропанол-сырец 95% масс., как рецикл после сепаратора водорода.
Подача производится через смеситель. Соотношение между ацетоном и свежим водородом настраивается с помощью вычислителя в АСУТП.
После смесителя сырье подается на теплообменник-рекуператор, который обогревается реакционной смесью от реактора гидрирования.
Гидрирование ацетона проводят в паровой фазе в трубчатом реакторе. Трубки реактора заполнены катализатором — никелем Ренея. Никель Ренея или «скелетный никель» — твёрдый микрокристаллический пористый никелевый катализатор, используемый во многих химико-технологических процессах. Способ приготовления данного вещества предложил американский инженер Мюррей Реней в 1925 году. Выглядит катализатор так:

Лирическое отступление. Катализаторы для гидрирования ацетона, применяющиеся при производстве высококачественного изопропилового спирта, мы импортируем до сих пор. До начала СВО и санкционного режима их поставляли западные страны, а после производители нашли новых поставщиков в Индии, Китае и у других восточных соседей. В 2024 году Институт катализа им. Г.К. Борескова объявил о создании отечественной технологии производства катализатора для синтеза изопропанола, над разработкой они трудились около трёх лет. Сейчас технология отрабатывается в инжиниринговом центре завода «Омский каучук» (ГК «Титан»), партнера института. Первую опытную партию катализаторов гидрирования ацетона планируется выпустить в 2026 году. Для российской катализаторной подотрасли это перспективная разработка, так как процессы гидрирования на никелевых катализаторах это не только гидрирование ацетона в изопропиловый спирт, но и, например, получение комбижира из растительных жиров. Об этом можно почитать в моей статье про бизнес Русагро.
Вернёмся к нашему реактору гидрирования. Реакционная смесь выходя из реактора проходит через рекуператор, подогревая сырьё и сама при этом охлаждаясь, далее охлаждается до 40°С в аппарате воздушного охлаждения и водяном холодильнике. Охлажденная реакционная смесь поступает в сепаратор, где происходит разделение на циркуляционный водород, который после компримирования возвращается процесс и жидкий продукт с содержанием изопропанола около 95% масс. Циркуляционный водород контролируется на содержание углеводородов С1-С2 и инертов, при снижении объемной концентрации водорода происходит сбрасывание части циркуляционного потока в топливную сеть завода.
Жидкий продукт из сепаратора, изопропанол-сырец с концентрацией 95% масс., в балансовых количествах подается на ректификацию, часть продукта подается насосом на смешение с сырьём.
Блок ректификации состоит из двух колонн:
— колонна стабилизации и отгонки легких с азеотропом изопропанола
— колонна товарного изопропанола и удаление тяжелых с кубовым продуктом.

Колонны блока ректификации изопропанола. Фото ПАО «Химпром»
Колонна стабилизации и отгонки легких с азеотропом изопропанола работает под вакуумом 380 мм рт. ст. при температуре верха 62-63°С и куба 65-66°С. Обогрев куба колонны производится паром низкого давления, конденсация паров оборотной водой. В этих условиях отгоняются лёгкие примеси и азеотроп изопропанола — нераздельнокипящая смесь изопропанола с водой (87,9 % изопропанола). Пары с верха колонны конденсируются в водяном холодильнике и возвращаются в колонну в виде флегмы (орошения). Прошедшая холодильник парожидкостная смесь выводится в сепаратор, из которого газовая фаза подается в топливную сеть завода, а жидкая – азеотроп изопропанола — насосом подается на склад. Азеотроп может быть использован в качестве сырьевого компонента при получении пероксида водорода.
Кубовый продукт колонны стабилизации с концентрацией не менее 96% масс. насосом подается в верхнюю часть колонны товарного изопропанола. Колонна товарного изопропанола 99,7% масс, и удаление тяжелых с кубовым продуктом работает под вакуумом 380 мм рт. ст. при температуре верха 64,5-65,5°С и куба 76,5-77,5°С. Обогрев куба колонны производится паром низкого давления, конденсация паров оборотной водой. Пары с верха колонны конденсируются на аппарате воздушного охлаждения и и возвращаются в колонну в виде флегмы. Прошедшая охлаждение парожидкостная смесь выводится в сепаратор, из которого газовая фаза направляется в топливную сеть завода, а жидкая – азеотроп изопропанола — насосом подается на склад. С целью исключения попадания любых легких продуктов в товарный изопропанол, часть потока флегмы постоянно выводится в верхнюю часть колонны стабилизации. Товарный изопропанол 99,7 % масс. выводится с тарелки в средней части колонны. Подача на склад товарного изопропанола 99,7% масс. производится насосом через водяной холодильник. Кубовый продукт — вода и тяжёлые примеси направляется на утилизацию. Вакуум в колонне стабилизации и колонне товарного изопропанола создается отдельными вакуум-насосами для каждой колонны.

Водокольцевой вакуум-насос для примера. Фото forvacuum.ru
Товарный изопропанол фасуется в автоцистерны, танк-контейнеры, а ещё Химпром может сам произвести из него антисептик в канистре.

Михалыч во время ковидлы затарил вам антисептика из изопропанола. Фото ПАО «Химпром»
Теперь о цифрах. Производственная мощность Химпрома по изопропанолу составляет около 12 тыс. тонн/год. Перед 2020 годом предприятие было единственным в стране, сохранившим производство изопропанола. Однако ковидла дала мощного пинка развитию этой отрасли в России. В 2020 году находящиеся в стадии банкротства предприятия Завод синтетического спирта (ныне «СинтезСпирт» г. Орск) и СинтезАцетон (ныне «Синтез-Ацетон 2000», г. Дзержинск) получили указание экстренно возобновить производства изопропанола. В Орске изопропанол производили гидратацией пропилена, в Дзержинске — гидрированием ацетона. Тогда же в 2020 году был дан старт проекта по производству изопропанола методом гидрирования ацетона на «Омском каучуке» (ГК «Титан»). В качестве референсов был использован опыт ПАО «Химпром» и аналогичного южнокорейского производства, производство запущено в январе 2021 года. Кроме того, о планах начать выпуск изопропанола из собственного ацетона в 2020 году заявляла Новокуйбышевская нефтехимическая компания (Роснефть), но пока не было слышно новостей о запуске их производства.
Всего в России производится около 55 тыс. тонн/год изопропанола, около 38% производит «СинтезСпирт», 30% производит «Омский каучук», 22% за ПАО «Химпром», около 10% за «Синтез-Ацетон 2000». При этом мощности загружены чуть более чем наполовину — предприятия России суммарно могут выпускать около 100 тыс. тонн/год изопропанола.
Продукт активно отправляется на экспорт (13,3 тыс. тонн/год), но и импортный изопропанол завозится в Россию в достаточном количестве (20,7 тыс. тонн/год). В 2021 году данный товар импортировался в основном из Азербайджана, США, Германии, ЮАР и Китая, а из РФ наибольший объем был отправлен в Турцию, Белоруссию и Казахстан. Сейчас импорт, я думаю, остался только из ЮАР и Китая.
После введения закона о регулировании оборота метанола и этанола их заменителем в технике и в быту стал изопропиловый спирт. Он нашёл широкое применение в различных сферах: используется для производства незамерзающих жидкостей, защищающих стёкла от обледенения, выступает в роли антисептика в виде 70 % водного раствора. В промышленности изопропанол используют в составе косметики, парфюмерии и средств гигиены. Благодаря своей хорошей растворяющей способности и быстрой испаряемости он применяется в производстве репеллентов. В авиационной промышленности изопропанол служит стабилизатором для авиационного бензина, а в химической — используется как реагент для извлечения смол из растительного сырья.
Крупнейшие мировые производители изопропанола: Exxon Mobil Corporation (США); Shell (Нидерланды); Dow (США); Китайская нефтехимическая корпорация (Китай); Mitsubishi Chemical Corporation (Япония); LG Chem (Южная Корея).