Как компании зарабатывают деньги. Производство капролактама

Фото ПАО «КуйбышевАзот»
Предыдущие статьи:

1. Как компании зарабатывают деньги. Производство прямогонного бензина
2. Как компании зарабатывают деньги. Производство бензола

Продолжаем рассматривать производственную цепочку Шинного корда на КуйбышевАзот. Сегодня наконец добираемся до предприятия самого КуйбышевАзота. Полученный из нефтяного сырья бензол поступает на предприятие группы в Тольятти. Здесь он является сырьём для первого продукта компании в цепочке производства шинного корда — Капролактама С6H11NO. Мне трудно сказать, приобретает ли КуйбышевАзот бензол у Омского НПЗ. По данным Argus, российские производители капролактама единственные, кто в России покупает импортный бензол (из Казахстана, Украины и Белоруссии), но при невысоких объёмах импорта очевидно, что российский бензол тоже используется, возможно и с Омского НПЗ в том числе.
В промышленности применяют различные технологические схемы получения капролактама: окислительную (бензольную), фенольную, толуольную, фотохимическую схемы. Насколько мне известно, на КуйбышевАзоте используют бензольную схему.

Погнали! Чубайс на КуйбышевАзоте жмёт нанокнопку. Фото st.volga.news
Технологический процесс производства капролактама состоит из следующих основных стадий:

• гидрирование бензола до циклогексана;
• окисление циклогексана;
• разделение продуктов окисления циклогексана;
• дегидрирование циклогексанола;
• производство гидроксиламинсульфата;
• оксимирование циклогексанона;
• перегруппировка циклогексаноноксима;
• нейтрализация;
• экстракция капролактама из лактамного масла;
• ионообменная очистка водного раствора капролактама;
• выпаривание;
• дистилляция;
• кристаллизация (при получении кристаллического капролактама).

На стадии получения циклогексана C6H12 проводят гидрирование бензола C6H6 в паровой фазе в присутствии никелевого или никель-хромового катализатора при температуре 100–250°С и давлении 18-20 атм. Водород H2 для гидрирования КуйбышевАзот получает на собственном производстве промышленных газов методом паровой конверсии природного газа (метан CH4). В ходе процесса гидрирования незамещённые углерод-углеродные связи в молекуле бензола разрываются и к атомам углерода цепляются дополнительные атомы водорода.
Продуктовую смесь охлаждают, разделяют на циркуляционный газ (это непрореагировавшее сырьё, его рециркулируют обратно в реактор) и жидкий циклогексан, который направляют на очистку.
На стадии окисления циклогексана подготовленный циклогексан подают в реактор, в котором протекает реакция окисления циклогексана кислородом O2 воздуха с образованием смеси циклогексанола C6H12O и циклогексанона C6H10O, являющихся основными полупродуктами в синтезе капролактама. Именно производство циклогексанона запускал на КуйбышевАзоте в 2016 г. Анатолий Чубайс, руководивший тогда Роснано — одним из инвесторов проекта.

К сожалению, на этом производстве в марте 2017 года произошёл пожар. Пожар был ликвидирован, производство полностью восстановлено. Фото st.volga.news
Продуктовую смесь направляют на стадию разделения, где выделяют циклогексанол-ректификат, циклогексанон-ректификат и непрореагировавший циклогексан, возвращаемый в процесс. Для получения капролактама необходим циклогексанон, однако при окислении циклогексана с ним неизбежно образуется некоторое количество циклогексанола, для дальнейшего синтеза непригодного. Поэтому циклогексанол превращают в циклогексанон с помощью дегидрирования — «удаления» из молекулы циклогексанола молекулы водорода.

Производство циклогексанона. Фото КуйбышевАзот
Циклогегсанол-ректификат направляют на стадию каталитического дегидрирования. Дегидрирование циклогексанола-ректификата до циклогексанона-сырца проводят в трубчатом реакторе при температуре 240–380°С. Температурные условия выбираются с учетом состава катализатора и состояния катализатора. В течение эксплуатации активность катализатора постепенно снижается, это компенсируют постепенным повышением температуры в зоне реакции.
На стадии получения гидроксиламинсульфата (NH2OH)2*H2SO4, являющегося оксимирующим агентом (то есть тем веществом, которое превратит циклогексанон в циклогексаноноксим), проводят парокислородную конверсию аммиака NH3 с получением чистого оксида азота NO, очистку серной кислоты H2SO4 и синтез гидроксиламинсульфата путем каталитического восстановления оксида азота водородом в разбавленной серной кислоте в присутствии платинового катализатора при температуре 40–45°С. Аммиак и серную кислоту КуйбышевАзот производит самостоятельно здесь же, в Тольятти.
Стадию оксимирования циклогексанона гидроксиламинсульфатом с получением циклогексаноноксима C6H11NO осуществляют при температуре 45–85°С и атмосферном давлении в присутствии аммиака. Как видите, циклогексаноноксим имеет уже ту же формулу, что и капролактам, и теперь для получения продукта нужно провести изомеризацию — перегруппировку атомов в молекуле в новую структуру.

Реакцию проводят в присутствии серной кислоты. Слева циклогексаноноксим, справа — целевой капролактам
Перегруппировку циклогексаноноксима в капролактам проводят при температуре 90–125°С в среде олеума (раствор серного ангидрида SO3 в серной кислоте) с последующей нейтрализацией аммиаком и получением т. н. лактамного масла. На стадии экстракции из лактамного масла извлекают капролактам (водный раствор) и направляют на очистку, выпаривание и дистилляцию. Полученный жидкий капролактам направляют на отгрузку или на стадию кристаллизации.

Колонны установки ректификации на производстве капролактама. Фото КуйбышевАзот

Кристаллический капролактам
При нейтрализации избытка серной кислоты аммиаком образуется сульфат аммония. Этот продукт КуйбышевАзот продаёт как удобрение, и о нём я уже упоминал в статье о производстве комплексных удобрений. Также в качестве товарных продуктов КуйбышевАзот частично продаёт полупродукты циклогексан и циклогексанон. А ещё кубовые и головные фракции их дистилляции (мерзкая жижа под названием «масло ПОД» и растворитель СФПК соответственно), щелочной сток с побочными продуктами окисления циклогексана, кальцинированную соду (это запекли щелочной сток) и гептановую фракцию (побочный продукт получения циклогексана). Короче, даже из такой дряни КуйбышевАзот выколачивает всё до копейки.

Вот Михалыч как раз занимается сульфатом аммония. Спасибо, Михалыч!
Теперь о цифрах. Согласно отчёту 2020 КуйбышевАзот произвёл 189,7 тыс. тонн капролактама при мощности 238 тыс. тонн/год. Это крупнейшее производство капролактама в России (52% в российском производстве). Кроме КуйбышевАзота капролактам в России производит АО «Азот» из Кемерово (33%) и ООО «Щекиноазот» (15%). Большую часть продукта (75%) КуйбышевАзот потребляет самостоятельно — на производство полиамида-6.
Капролактам занимает 9% от выручки компании в 2020 году. Большую часть проданного продукта (96%) направили на экспорт — в основном в страны Азии. Цена на капролактам в 2021 году стартует от 135000 руб/т.