Список тематических статей

Вспенивающийся полистирол

Продукт полимеризации стирола – полистирол, имеет широчайшее применение в бытовой сфере человека, из него производят одноразовую посуду, упаковку, игрушки для детей и пр. Широко используемый материал полистирол вспенивающийся представляет собой традиционный полистирол, в который добавлен газ пентан. Материал имеет невысокую механическую прочность, зато и плотность полистирола также очень низкая. Промышленное производство вспененного полистирола было освоено еще в середине 20 века в СССР. Современные компании, которые производят оборудование для производства полистирола, в основном находятся на Западе. Материал полистирол суспензионный вспенивающийся, является основным сырьем в производстве пенопласта, который на 98% состоит из воздуха и является на сегодня незаменимым стройматериалом для теплоизоляции.

Современная технология

Технология получения вспенивающегося полистирола – достаточно современное изобретение. Данная технология революционным образом снизила барьеры входа на рынок изолирующих материалов, сделав данное производство дешевым и доступным. Организация производства изделий из вспенивающегося полистирола требует несколько десятков тысяч долларов, а технологический процесс  прост и понятен. Поэтому практически в каждом населенном пункте можно встретить подобные производства.

Каждая гранула состоит из равномерно распределенных микроскопических плотных клеток заполненных воздухом. В результате образуется равномерновспененная масса с очень тонкой замкнуто-ячеестой структурой. 1 м3 такого материала на 98% заполнен воздухом, заключенным в 3-6 миллиардах закрытых ячеек. Благодаря внутренней структуре обладает очень низкой теплопроводностью, близкой к теплопроводности неподвижного воздуха (коэффициент теплопроводности воздуха около 0,00006 кал/см. сек. град., т.е. через каждый квадратный сантиметр при разности температур 1оС и при толщине 1 см. передается 0,00006 калорий в течение 1 секунды).    Таким образом, полистирол представляет собой застывшую при охлаждении жесткую вспененную полистирольную массу с замкнутыми ячейками, заполненными воздухом и является экологически безопасным строительным материалом.

 
Продукция из вспенивающегося полистирола

в производстве пенополистирольных блоков и плит различной конфигурации для тепло-звукоизоляции зданий и помещений любого назначения (стены, крыша, пол, склады, павильоны, жилые дома, гаражи, подвалы, лоджии);

в изготовлении упаковки сложной формы для различных приборов, требующих защиты от удара при хранении и транспортировке;

в изготовлении комплектующих деталей автомобилей, плавучих средств, декоративных изделий интерьера;

в получении полистиролбетона - легкого бетона на цементном вяжущем и вспененном полистирольном наполнителе, применяемого в изготовлении теплоизоляционных блоков и плит, монолитной теплоизоляции чердаков, кровель, наружных стен, полов и др.;

для изготовления отделочных материалов для потолка – плиток, плинтусов, розеток;

Достаточно новыми областями применения вспенивающегося полистирола являются производства несъемной опалубки для монолитного домостроения и скорлупы для теплоизоляции трубопроводов.

 
Две технологии производства – полимеризация в массе и суспензионная полимеризация

При производстве вспенивающегося полистирола основными являются способы суспензионной полимеризации и полимеризации в массе. Наиболее современным и эффективным является второй способ получения ВПС. Помимо того, что полимеризация в массе является более экономичным способом производства, качество конечной продукции очень сильно отличается. Вспенивающий полистирол, произведенный методом полимеризации в массе, позволяет изготавливать более качественную и сложную продукцию.

Полимеризация в массе

Метод производства полистиролов полимеризацией в массе с неполной конверсией мономеров является в настоящее время одним из наиболее распространенных в силу высоких технико-экономических показателей.  В отечественной промышленности метод полимеризации в массе был выбран в качестве преимущественного в 70-х годах, и в настоящее время по этому методу выпускается около 50% продукции. Этот метод имеет оптимальную схему технологического процесса. Процесс осуществляется по непрерывной схеме в системе последовательно соединенных 2-3 аппаратов с мешалками; заключительную стадию процесса часто проводят в аппарате колонного типа. Начальная температура реакции 80-100°С, конечная 200-220 °С. Полимеризацию прерывают при степени превращения стирола 80-90%. Непрореагировавший мономер удаляют из расплава полистирола под вакуумом, а затем с водяным паром до содержания стирола в полимере 0,01-0,05%. В полистирол вводят стабилизаторы, красители, антипирены и другие добавки и гранулируют. Блочный полистирол отличается высокой чистотой. Эта технология наиболее экономична (в ней отсутствуют операции промывки, обезвоживания и сушки мелкодисперсных продуктов) и практически безотходна (непрореагировавший стирол возвращается на полимеризацию).

Проведение процесса  до неполной конверсии мономера (80-90%) позволяет использовать высокие скорости полимеризации, контролировать температурные параметры, обеспечивать допустимые вязкости полимеризуемой среды. При проведении процесса до более глубоких степеней превращения мономера, затрудняется отвод тепла от высоковязкой реакционной массы, становится невозможным вести полимеризацию в изотермическом режиме. Эта особенность процесса полимеризации в массе привела к тому, что все большее внимание уделяется другим способам производства, и, в первую очередь, суспензионному методу.

Суспензионная полимеризация

Полимеризация в суспензии – конкурирующий технологический процесс, который развивается параллельно с полимеризацией в массе, основан на малой растворимости виниловых мономеров в воде и на нейтральности последней в реакциях радикальной полимеризации. Процесс используется для получения продукта специальных марок, главным образом, пенополистирола. Суспензионный метод производства – полунепрерывный процесс – характеризуется наличием дополнительных технологических стадий (создание реакционной системы, выделение полученного полимера) и периодическим использованием оборудования на стадии полимеризации. Процесс проводится в реакторах объемом 10-50 м3, снабженных мешалкой и рубашкой. Стирол суспендируют в деминерализованной воде, используя стабилизаторы эмульсии; инициатор полимеризации (органические пероксиды) растворяют в каплях мономера, где и происходит полимеризация. В результате образуются крупные гранулы в суспезии полимера в воде. Полимеризацию ведут при постепенном повышении температуры от 40 до 130°С под давлением в течение 8-14 часов. Из полученной суспензии полимер выделяют центрифугированием, после чего его промывают и сушат. Закономерности суспензионной полимеризации близки к закономерностям полимеризации в массе мономера, но существенно облегчены теплоотвод и перемешивание компонентов системы.

В России устаревшие технологии

Как уже отмечалось, в России вспенивающийся полистирола производится пока устаревшим на сегодняшний день способом - методом  суспензионной полимеризации стирола в присутствии порообразователя. (Исключение составляет линия, установленная на «Салаватнефтеоргсинтез» мощностью 10 тыс.тонн в год).

На мировом рынке уже несколько десятилетий преобладающим способом производства вспенивающегося полистирола является метод непрерывной полимеризации в массе, что позволяет получать более совершенную продукцию с более высокими эксплуатационными показателями.
Вспенивающий полистирол, получаемый методом непрерывной полимеризации в массе, при использовании дает лучший выход готового материала (цвет, четкость границ, гибкость, плотность) и позволяет значительно снизить нормы расхода сырья. Главное преимущество первого суспензионной полимеризации – более продолжительный срок хранения гранулята, что обуславливается нахождением малекул изопентана внутри гранулы.
Поэтому, несмотря на более половины потребляемого в России ВПС поставляется из-за рубежа, мощности отечественных производителей простаивают.

Отечественные производители

Производство вспенивающегося полистирола в России осуществляется на трех предприятиях:
1. ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», г. Салават
2. ОАО «Пластик», Узловая
3. ОАО «Ангарский завод полимеров» (Иркутская область)

Мощности для суспензионной полимеризации имеются у «Омской химической компании». Более того, это самое современное в России производство вспенивающегося полистирола. В 1980-х годы ВПС в Омске производился, однако затем производство было остановлено. В настоящее возобновлять производство вспенивающегося полистирола руководство «Омской химической компании» не собирается.

Прогноз объемов производства в 2006-2010 гг. 
 
Прогнозирование объемов внутреннего производства вспенивающегося полистирола связано исключительно с вводом в строй новых мощностей.  Возможность загрузки установленных мощностей остается еще очень значительной. Простаивает линия на «Ангарском заводе полимеров», есть возможности производства ВПС у «Омской Химической Компании». Однако суспензионные технологии производства ВПС безнадежно устарели и реанимация отживших технологий навряд ли может быть перспективной.

В настоящее время организация производства вспенивающегося полистирола рассматривают две нефтехимические компании – «Сибур» и «Нижнекамснефтехим».

1. ОАО «Пластик», Узловая

Руководство «СИБУРА» обозначило амбициозные планы по реорганизации производства на ОАО «Пластик» (Узловая). На 2006 год запланирована реконструкция действующей установки для суспензионной полимеризации. Плюс к этому планируется приобретение оборудования для получения вспенивающегося полистирола путем непрерывной полимеризации в массе. Объем планируемых к установке линий пока не утвержден. Можно предположить, что в планы «Сибура» входит организация нового производства на уровне 50 тыс.тонн в год.

Производство вспенивающегося полистирола «Сибур» планирует также организовать в Перми на площадке «Сибур-Химпром». Предполагаемая мощность будущего производство – 50 тыс.тонн в год.

2. ОАО «Нижнекамскнефтехим»

Нижнекамское предприятие заключило с соглашение с корейской компанией LG International Cor. качестве лицензиара процесса ВПС выступает корейская компания LG Chem. при участии LG International. Мощность производства составит 37,8 тыс. тонн в год.

Предыстория вопроса состоит в том, что осенью 2003 года корейская компания LG International Corp . совместно с акционерными обществами «Татнефть», «Нижнекамскнефтехим» и «Связьинвестнефтехим» (все – Татарстан) подписали соглашение о создании акционерного общества «Татаро-корейская нефтехимическая компания» (ТКНК), цель которой - строительство в Нижнекамске крупного нефтеперерабатывающего и нефтехимического комплекса. Предметом переговоров стало создание в Нижнекамске (Республика Татарстан) крупнейшего нефтехимического и нефтеперерабатывающего комплекса проектной стоимостью 1 миллиард 300 млн. долларов США, а также участие южнокорейской корпорации в проектировании и строительстве двух производств – вспенивающегося полистирола и линейного полиэтилена. Планируемый запуск линии для производства вспенивающегося полистирола намечен на 2007 год.

 
Производство в странах СНГ

Помимо трех российских предприятий – ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», ОАО «Пластик» (Узловая), ОАО «Ангарский завод полимеров», - вспенивающий полистирол на территории СНГ производят ОАО «Концерн «Стирол» (Горловка, Украина) и «Завод пластических масс» (Актау, Казахстан).

ОАО «Концерн «Стирол» (Горловка, Украина)

Производство вспенивающегося полистирола было введено в действие на предприятии еще в 1965 году. Изначальная проектная мощность составляла 16 тыс. тонн в год (реконструкции позволили увеличить мощность до 17,8 тыс. тонн в год). Тогда это еще был Горловский азотно-туковый завод. Название «ПО Стирол» предприятие получило в 1976 году. Как акционерное общество «Концерн Стирол» было зарегистрировано 1 сентября 1995 года.

В сентябре 2002 года открыт новый цех по производству вспенивающегося полистирола (на месте старого оборудования, которое было демонтировано), мощностью 24 тыс. тонн в год, состоящий из четырех технологических линий. Проект был осуществлен за счет собственных средств концерна. Общий объем средств, инвестированных в приобретение оборудования и производство строительно-монтажных работ, составил чуть больше 16 млн. гривен.

Проектную часть работ выполнил «Стиролинжпроект», монтаж оборудования и коммуникаций - строительно-монтажное управление «Стиролхиммонтаж» треста «Стиролхимремстрой», тогда как технологию, базовый инжиниринг, полимеризационное оборудование и четыре реактора поставили венгерская фирма Inter-Kemikal KFT и американская компания PST International.

Новое производство позволило сократить время одного цикла полимеризации до 12 часов (до этого было 28 часов), сократить число обслуживающего установку персонала, но, главное, улучшились физико-механических свойств полистирола, (выход гранул основной фракции размером от 0,5 мм до 2 мм составляет 99,5 %).

ТОО «Sat Operating Aktau» (г. Актау, Казахстан)

ТОО «Sat Operating Aktau» - бывший «Завод пластических масс», г.Актау, Республика Казахстан - последнее из промышленных производств полистирола, введенных в эксплуатацию в еще в бывшем СССР. Производство было запущено в 1981 году. Тогда предприятие называлось Шевченковский завод. На сегодняшний день наряду с «Омской химической компанией» - это самое мощное и современное производство полистирола, доставшееся с советских времен. 

Завод сооружен в 1976-1980 годах на базе комплектного импортного оборудования. Огромное производство, построенное Советским Союзом в 1980 году при участии французских специалистов (фирма "Литвин"), было организовано по полной технологической схеме – от синтеза мономера стирола до выпуска готовых форм полистирола. Причем рентабельность достигалась за счет использования при первичном синтезе местного углеводородного сырья. В год АКПО выпускал по 100 тыс. тонн вспенивающегося и 110 тыс. тонн ударопрочного полистирола, что составляло более половины общего производства этой продукции по СССР. С распадом Союза спрос на продукцию АКПО не ослаб, причем он стабилен не только внутри СНГ, но и в мире.

С 1994 по 2000 годы завод работал по укороченной схеме в связи с произошедшей в декабре 1993 года аварией на установке этилбензола. Был утрачен уникальный технический комплекс по синтезу стирола, а закупать мономер  за рубежом – экономически бессмысленно: в этом случае себестоимость готового продукта превышала его рыночную стоимость. Реанимировать разрушенный комплекс самостоятельно ни область, ни республика были не в состоянии.

В 2001 году завод пережил второе рождение, когда после приобретения Торговым домом "Экстрапласт" на аукционе (на конкурсной основе) имущественного комплекса завода, было восстановлено производство полистиролов. ООО «Экстрапласт » возглавляет группу промышленных предприятий, объединенных в общую финансовую структуру, работающих в сфере химической промышленности России и Казахстана.

Таким образом, было создано крупнейшее в СНГ химическое объединение, состоящее из двух российских (“Томский завод композитных материалов и пластических масс” и Томский Нефтехимический завод) и двух казахстанских (Атырауский нефтехимический завод и Актаусский "Завод пластических Масс")  заводов. Для возобновления производства материнская компания выделяет заводу более 15 млн. долл., при этом около половины из этой суммы предназначено для пополнения оборотных средств ЗПМ.  Высокое качество продукции обеспечивается использованием современных процессов ведущих мировых фирм - Emejota (США), Rhone Pнojil (Франция). В  декабре 2001 года была запущена только одна линия. Ее производительность - 2,5 тыс. тонн полистирола в месяц. В 2002 году была пущена вторая линия.

Однако этим планам не суждено было сбыться. Устойчивый выпуск полистиролов так и не был налажен. С августа 2003 года завод практически не работал, не выплачивалась заработная плата, не погашались налоговые платежи. Главная проблема - ООО "Торговый дом "Экстрапласт" не смог решить проблему поставок сырья. В 2005 году ООО "Торговый дом "Экстрапласт" был вынужден отказаться от завода. Владельцем стала казахстанская компания, близкая к государству - акционерное общество «Атолл», дочернее предприятие «SAT&Co» и АО «Разведка Добыча «КазМунайГаз»,

Дальнейшее развитие предприятия связано с реализацией Государственной программы развития нефтехимической промышленности Республики Казахстан. К 2010 году планируется увеличить производство всех видов полистирола на ЗПМ до 150 тыс. тонн в год. Столько смелые заявления основаны на планах Правительства по открытию газоперерабатывающих производств, которые должны будут решить сырьевую проблему. Себестоимость получаемого на последнем полистирола существенно ниже цен стран СНГ благодаря высоким мощностям технологической линии (при условии загрузки на 70-100%) и будет еще ниже при обеспечении предприятия отечественными сырьевыми ресурсами вблизи производства.

Импортные поставки

В настоящее время в Россию импортируется более половины потребляемого объма данного полимера. Как уже говорилось, импортируемый вспенивающийся полистирол значительно отличается от отечественного. Импортируется ВПС, изготовленный методом полимеризации в массе, и имеющий несравнимые потребительские преимущества. В России же пока ВПС производится методом суспензионной полимеризации. (Линия, установленная на «Салаватнефтеоргсинтез», пока в промышленном режиме не работает). Исключением составляют поставки из Украины и Казахстана. «Концерн «Стирол» также производит ВПС методом суспензионной полимеризации. Сегодня это самое современное производство ВПС на территории СНГ и по своим свойствам ВПС производства «Концерна «Стирол» значительно превосходит продукцию российских заводов. В 2006 году вновь были возобновлены поставки ВПС с «Завода пластических масс» в Актау (Казахстан).