Как компании зарабатывают деньги. Производство полистирола

ПАО «Нижнекамскнефтехим»
Предыдущая статья:

1. Как компании зарабатывают деньги. Производство стирола и оксида пропилена
2. Как компании зарабатывают деньги. Производство бутадиен-стирольных каучуков и термоэластопластов

Вот и завершили мы рассмотрение производства синтетических каучуков на ПАО «Нижнекамскнефтехим». В 2020 году в структуре продаж каучуки занимали 41%. Второй по доле группой продукции (34%) были пластики. Согласно отчёту РСБУ 2021 пластики в структуре продаж достигли паритета с каучуками — по 36%, с небольшим перевесом в сторону пластиков. И если каучуки — продукт экспортный на 91,4% (2020), то пластики для компании — продукт внутреннего рынка, в России реализуется 83,6% от объёма выпуска (2020). Значит, пластиками теперь и займёмся. Их ПАО «Нижнекамскнефтехим» производит на Заводе пластиков. Начнём с самого большого по объёмам производства на Нижнекамскнефтехиме — Полистирола.
Думаю, будет нетрудно догадаться, что полистирол получают полимеризацией стирола. Полистирол — термопластичный полимер стирола, обозначающийся ПС или PS. Термопластичный — это значит, что он способен при нагревании обратимо переходить в вязкотекучее состояние, поэтому его можно подвергать формованию различными методами. А потом, после затвердевания и выбрасывания в помойку использованного изделия, достать, отмыть, отчистить и расплавить вновь для изготовления нового барахла. Как сказал классик:

Спешу заметить, что такой финт нельзя проделать со всеми полимерами — есть такие, у которых переработка сопровождается необратимыми реакциями, после которых полимер как-то растворить или расплавить не получится. Такие называются реактопластами, для примера — карбамидоформальдегидные смолы и эпоксидка с розочкой на рукоятке коробки передач в батиной шестёрке. Единственный способ вторичной переработки реактопластов — измельчить в крошку и использовать как наполнитель композитов, но композиты, как известно, это: «А давайте в этот чудный материал подкинем какой-нибудь байды, чтобы сэкономить, а там глядишь обнаружим уникальные свойства». Поэтому в композиты что только не кидают, от песка до тёртого чугуна.
А вот каучуки, кстати, не относятся ни к термопластам, ни к реактопластам, они — эластомеры, поскольку вообще не твёрдые, а эластичные при температурах эксплуатации.

Мономерное звено полистирола
Ароматические кольца в молекуле стирола — довольно объемные фрагменты, они «торчат» из полимерной цепочки, препятствуют «упаковыванию» полимера и кристаллизации, поэтому полистирол жесткий, но хрупкий полимер с невысокой термической устойчивостью. Вместе с тем полистирол хорошо пропускает свет, морозоустойчив, хорошо изолирует электрический ток, является дешевым и легкообрабатываемым материалом, что делает его очень популярным.
Из полистирола изготавливают не только пищевую упаковку. Всем известные пластиковые стаканчики, тарелки и приборы делают из полистирола. И даже одноразовые бритвенные станки.
Но самой, наверно, важной формой полистирола является пенопласт. Пожалуй, в арсенале современной строительной индустрии пока нет более универсального, эффективного и недорого утеплителя. Не удивительно, что 8 из 10 частных домов в Европе утеплены пенополистирольными плитами. При этом в России использование этого материала развито в недостаточной степени.
Ранее, я писал о термоэластопластах — это когда в гуще эластичных молекул бутадиен-стирольного каучука расположены твёрдые гранулы полистирола. Если поменять всё местами — в твёрдом полистироле расположить капельки микрогеля из бутадиен-стирольного каучука, то получим ударопрочный полистирол. Большая часть корпусов техники (телевизоры, компьютеры) делается из марок ударопрочного полистирола.
ПАО «Нижнекамскнефтехим» выпускает 14 марок полистирола общего назначения и 6 марок ударопрочного полистирола.

Фото kazanfirst.ru
Наиболее широко используемый сегодня процесс получения полистирола основан на термической полимеризации в массе. «В массе» означает, что реакционная среда в основном состоит из стирола и полистирола, иногда добавляется другой инертный углеводород, идеально смешивающийся со стиролом, часто этилбензол, который служит для регулирования скорости реакции. Производства, основанные на процессах полимеризации стирола в эмульсии или растворе сегодня считаются устаревшими.
Существует множество технологий процесса стирола, доступных на рынке. Они отличаются технологическими деталями, которые стремятся улучшить как качество продукта, так и производительность процесса, но суть одинакова для всех.
Подготовка сырья. Процесс получения полистирола не использует катализаторы, поэтому может принимать высокие концентрации примесей в сырье, следовательно предварительная очистка стирола практически не выполняется. Некоторые предприятия пропускают стирол через слой оксида алюминия для удаления ингибитора (замедлителя) полимеризации.

• Полимеризация. Стирол полимеризуется самопроизвольно, тем быстрее, чем выше температура. Реакторы, по сути, представляют собой сосуды, в которых температура устанавливается (обычно от 100 до 200 °C) и обеспечивается однородность путем перемешивания. Для ускорения реакции также могут быть добавлены пероксиды, которые действуют как инициаторы полимеризации. Существует множество различных конструкций реакторов, которые отличаются главным образом способом отвода тепла (внутренними трубами или внешним контуром) и типом перемешивающих устройств.
• Дегазация. Конверсия сырья в реакторах колеблется от 60 до 90 % в зависимости от конкретного процесса. Не преобразованный стирол и этилбензол отделяются от полистирола в разделе дегазации и рециркулируются в начало процесса. Дегазация, как правило, состоит из одного или нескольких дегазаторов, в которых применяется высокая температура и глубокий вакуум, для того чтобы при испарении в продукте оставалось менее 0,1% остаточных углеводородов.​ Температура не должна превышать определенного значения (от 250 до 300 °C), чтобы не ухудшить свойства полистирола.
• Очистка рециркулята. Стирол и этилбензол, отделенные при дегазации, содержат большую долю примесей. На некоторых заводах происходит очистка рециркулята либо путем вакуумной дистилляции, либо с помощью глиноземных адсорбентов. На других заводах часть рециркулята просто сбрасывается на утилизацию, что позволяет контролировать постоянную концентрацию примесей в процессе.
• Гранулирование. В наиболее частом процессе расплавленный полистирол, выходящий из дегазатора, проходит через ряд отверстий, образуя нити толщиной в несколько миллиметров, которые охлаждаются, высушиваются и разрезаются в виде небольших цилиндров — гранул. В других процессах нити режутся перед сушкой, для того чтобы образовывалось меньше пыли.
• Фасовка. Полистирол либо отправляется в бункеры для продажи навалом, либо упаковывается в биг-беги или мешки.

Ударопрочный полистирол производится по процессу, очень похожему на процесс получения полистирола общего назначения.
Наиболее очевидным отличием является то, что в состав продукта входит каучук (бутадиен-стирольный), поэтому он должен растворяться в стироле перед подачей его в реакторы. Для этого используются большие резервуары с мешалками.
Реакторы могут иметь ту же геометрию, что и реакторы для полистирола общего назначения но управление процессом более тонкое, поскольку параметры реакции влияют на морфологию частиц полибутадиена (количество частиц, размер, форма), что оказывает большое влияние на механические свойства конечного продукта.
Наконец, необходимо также более точно контролировать температуру дегазации, поскольку от нее зависит сшивание полибутадиена с молекулами полистирола, которое не должно быть ни чрезмерным, ни недостаточным.

Гранулы полистирола. Фото ПАО «Нижнекамскнефтехим»
Теперь о цифрах. Суммарная производственная мощность ПАО «Нижнекамскнефтехим» по полистиролу и ударопрочному полистиролу составляет 295 тыс. тонн/год. Это крупнейшее производство в России. Другие производители полистирола общего назначения и ударопрочного: «Газпром нефтехим Салават» (Газпром, 33,5 тыс. тонн/год), «Пеноплэкс СПб» (8,4 тыс. тонн/год). Производители вспенивающегося полистирола: «Ангарский завод полимеров» (Роснефть, 6,8 тыс. тонн/год), «Пластик» (г. Узловая, 9,8 тыс. тонн/год), «Сибур-Химпром» (г. Пермь, 99 тыс. тонн/год). Полистирол Нижнекамского производства продаётся в основном в России, главное направление экспорта — ближнее зарубежье.
Крупнейшие мировые производители полистирола -- Dow Chemical Company (США), BASF (Германия), Nova Chemicals Corporation (Канада). Всего в мире производится около 11 млн. тонн/год полистирола.
Средняя цена на полистирол в 2021 году составляла 189000 руб/т. Если в 2021 году ПАО «Нижнекамскнефтехим» удалось реализовать 295 тыс. тонн полистирола (как в 2020), то это принесло 55,755 млрд. рублей выручки или 22% выручки от реализации продукции компании по РСБУ 2021.