Раздел 1. Общая информация об отрасли по производству продукции тонкого органического синтеза

Раздел 1. Общая информация об отрасли по производству продукции тонкого органического синтеза

Малотоннажная химия занимает важное место в структуре мировой химической индустрии. В странах Евросоюза доля высокотехнологичной малотоннажной химической и нефтехимической продукции превышает 30 % отраслевого выпуска. В Российской Федерации доля малотоннажной химии в химическом производстве в настоящее время невелика и не превышает 5 %.

В промышленности малотоннажной химии в качестве сырья используются органические вещества, как правило, сложного строения, и относящиеся к продуктам основного органического и нефтехимического синтеза.

Для производств малотоннажной химии характерны многостадийность, сравнительно высокие энерго- и трудозатраты, связанные с низким съемом продукции с единицы реакционного объема аппаратов, значительные количества побочных веществ и отходов, а также определенные трудности с утилизацией или переработкой этих отходов. При расширении таких производств достаточно часто возникают проблемы, связанные с масштабным переходом.

Эффективность процессов тонкого органического синтеза повышается главным образом с помощью использования гибких блочно-модульных схем, автоматических систем управления, привлечения методов биотехнологии (для получения полупродуктов и утилизации отходов), лазерной химии и других современных методов физико-химического воздействия на химические реакции.

Основными продуктами малотоннажного органического синтеза, которые в отечественной научно-технической литературе называют еще продуктами тонкого органического синтеза, являются красители, лекарственные препараты, пестициды, текстильно-вспомогательные и душистые вещества, химикаты - добавки для полимерных материалов и смол, присадки к моторным топливам, кормовые добавки, дезинфицирующие средства, химические реактивы, селективные растворители, катализаторы, прекурсоры и т.п. Рассматривая номенклатуру малотоннажных органических веществ, следует отметить, что в ряде случаев эти продукты производятся как сырье для синтеза более сложных веществ тонкого органического синтеза, хотя одновременно могут использоваться в качестве целевых товарных продуктов.

Среди продуктов малотоннажного органического синтеза отдельно следует отметить сегмент композиционных материалов, которые используются практически во всех областях - от авиации и космоса до выпуска потребительских товаров. К сожалению, лишь по выпуску стеклопластиков наша страна занимает лидирующие позиции, а ситуация с остальными видами композитов достаточно печальна. Большие проблемы также связаны с углепластиками, хотя до распада СССР страна занимала в этой области лидирующие позиции.

Технологии получения малотоннажных органических веществ, как правило, являются сложными многостадийными процессами с использованием нетрадиционных подходов и методов, требующих иногда сложного нестандартного аппаратурного оформления. Хотя достаточно большая группа малотоннажных органических продуктов производится по простым, общеизвестным технологиям.

По принятой в настоящее время номенклатуре, к веществам малотоннажной химии отнесена большая группа сырьевых продуктов, которые являются исходными веществами для синтеза других веществ тонкого органического синтеза или используются при таких синтезах в качестве растворителей, экстрагентов и других вспомогательных веществ.

Одним из наиболее крупнотоннажных и давно используемых продуктов является ацетилен, получаемый пиролизом различных углеводородов или карбидным методом. Области применения ацетилена очень широки: он используется в производстве взрывчатых веществ (ацетилениды), для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, каучука, ароматических углеводородов, а также технического углерода. Известно использование ацетилена вместе с аммиаком в ракетных двигателях.

К крупным сырьевым веществам тонкого органического синтеза относиться ацетальдегид. Его глобальное производство в мире превышает 1 млн т. Основным способом получения ацетальдегида является окисление этилена (процесс Вакера). Кроме того, ацетальдегид получают гидратацией ацетилена (реакции Кучерова) или дегидрированием этилового спирта.

Применяют уксусный альдегид для получения уксусной кислоты, бутадиена, некоторых органических веществ, альдегидных полимеров. Он - важный прекурсор к пиридиновым производным, пентаэритролу и кротональдегиду. Мочевина и ацетальдегид конденсируются, образуя смолы. Уксусный ангидрид реагирует с ацетальдегидом, давая этилидендиацетат, из которого получают винилацетат - мономер поливинилацетата.

К продуктам малотоннажной химии относятся средства защиты растений (гербициды), стимуляторы роста и т.п. Алкилфенолы, которые сами относятся к продуктам малой химии, используются в качестве сырья для производства упомянутых выше веществ.

К группе сырьевых продуктов малотоннажной химии относятся: -олефины (прекурсоры в производстве детергентов, синтетических смазок, пластификаторов), бутиловый эфир акриловой кислоты (для получения акриловых эмульсий полибутил- и полиметилакриловых), меламин (сырье для смол и дубильных веществ), пара-третичный бутилфенол (синтеза фенольных смол) и терефталоилхлорид (сырье для полиамидных волокон и полиарилатов).

Хотя ацетон и отнесен к группе продуктов малотоннажной химии, его мировое производство составляет более 7 млн т в год и устойчиво растет.

В промышленности ацетон получается напрямую или косвенно из пропена. Основную часть ацетона получают как сопродукт при производстве фенола кумольным методом при алкилировании бензола пропиленом. Кроме того, ацетон производят из изопропанола окислением в паровой фазе при температурах 450 °C - 650 °C на катализаторе. Еще одним способом является прямое окисление пропена в жидкой фазе в присутствии PdCl₂ в среде растворов солей Pd, Cu, Fe при температуре 50 °C - 120 °C и давлении 50-100 атм.

Ацетон применяется как сырье для синтеза многих важных химических продуктов, таких как уксусный ангидрид, кетен, диацетоновый спирт, окись мезитила, метилизобутилкетон, метилметакрилат, дифенилпропан, изофорон, бисфенол А и т.д. Ацетон также является популярным растворителем, значительно превосходящим в плане безопасности уайт-спирит, скипидар и отчасти керосин. Он используется как растворитель в производстве лаков, взрывчатых веществ, лекарственных препаратов и т.п. Ацетон используется также при экстракции многих растительных веществ, служит сырьем для синтеза уксусного ангидрида, кетена, диацетонового спирта и многих других соединений.

Кроме ацетона, к группе специфических растворителей относятся и другие вещества тонкого органического синтеза: бутилацетат и метилацетат, спирт бутиловый, этилкарбитол и этилцеллозольв.

Винилацетат - органическое соединение класса сложных эфиров, используется в органическом синтезе для введения винильной группы и как мономер для получения поливинилацетата и сополимеров.

Технологии сегодняшнего дня требуют форсированных двигателей с большой степенью сжатия, работающих на высоких оборотах. Бензин для таких моторов должен обладать максимальным уровнем защиты от детонационного (взрывного) сгорания. Октановое число и есть тот параметр топлива, который показывает степень этой защиты.

Высокооктановые бензины производятся из низкооктановых исключительно с помощью присадок - антидетонаторов. N-метиланилин используется в производстве автомобильных бензинов с целью повышения их детонационной стойкости, а также является основным компонентом многофункциональных октаноповышающих добавок к автомобильным бензинам.

Алкилфенолы, содержащие в молекуле алкильные группы, также относятся к продуктам малотоннажной химии. Из моноалкилфенолов наибольший интерес представляет пара-третичный бутилфенол (ПТБФ), получаемый алкилированием фенола изобутиленом. При добавлении его к фенолу, подвергаемому поликонденсации с формальдегидом, получают маслорастворимые полимеры, применяемые как пленкообразующие в лакокрасочной промышленности.

По бактерицидному и дезинфицирующему действию n-трет-бутил- и n-трет-амилфенолы, а также алкилфенолы, содержащие более длинные алкильные группы, превосходят фенол, крезолы и ксиленолы. На основе алкилфенолов производят стимуляторы роста растений, гербициды (алкил- и арилфеноксиуксусные кислоты) и душистые вещества.

Продукты малотоннажной химии находят широкое применение при производстве полимеров как в качестве пластификаторов (диалкилфталат-789, диоктилфталат и др.), так и в качестве сырья для производства сополимеров (-олефины).

Развитие интенсивного животноводства требует использования высокоэффективных кормовых добавок, которые также обеспечиваются технологиями тонкого органического синтеза. К таким веществам относятся меламин и метионин, производимые на предприятиях страны.

Традиционными потребителями малотоннажных продуктов являются обогатительные фабрики и ГОКи, широко применяющие реагенты для флотации, например ксантогенат калия бутиловый, использующиеся при обогащении флотацией сульфидных руд для получении свинца из буланжерита.

Металлорганические соединения, получаемые на установках малой химии, используются в качестве высокоэффективных и селективных катализаторов. К таким соединениям относятся соединения неодима и этилалюминийсесквихлорид.

Эмульгаторы (оксиэтилированные алкилфенолы), поверхностно-активные вещества (сульфанол), загустители (поливиниловый спирт), антифризы (полиэтиленгликоль и этилцеллозольв), пироформный воспламенитель (триэтилалюминий) подтверждают тот тезис, что продукты малотоннажной химии имеют очень широкий диапазон использования в различных отраслях промышленности.

Анализ приоритетных проблем отрасли

Развитие производства малотоннажной химии в СССР во многом стимулировалось потребностями военно-промышленного комплекса (ВПК). С начала 1980-х гг. при планировании разработок и производств данное направление было выделено в отдельный целевой блок. В стране составлялся список остродефицитных химических соединений и материалов, создать или развить производства которых требовалось в первую очередь. Выбор приоритетных химических продуктов осуществлялся на основе анализа зарубежного опыта химизации ВПК. Это позволяло своевременно корректировать упомянутый список. Новый список мог включать как новые продукты, так и продукты из предыдущих списков, производства которых нужно было расширить или развить в отношении качества.

Однако развитию малотоннажных химических производств в Российской Федерации в постсоветский период практически не уделялось внимания. В результате значительное число предприятий и производств по выпуску малотоннажной химической продукции, созданных на территории России в советский период, прекратило свое существование. Эти малотоннажные химические производства нуждались в коренной реконструкции и техперевооружении для сохранения своей конкурентоспособности, однако собственники предприятий, в том числе и крупные компании, предпочитали закрывать эти производства и направлять инвестиции в проекты по созданию предприятий крупнотоннажной химии, позволяющие реализовывать товары на внешнем рынке. В результате объем выпуска продукции малотоннажной химии в Российской Федерации упал в десятки раз, и основная часть потребностей в этой продукции стала удовлетворяться за счет импорта (по различным группам товаров малотоннажной химии - от 70 % до 100 %).

В последние годы возникла реальная угроза, связанная с возможным прекращением поставок в Россию химических веществ, используемых в различных отраслях промышленности (как в гражданских отраслях, так и в оборонном комплексе), обеспечивающих безопасность нашей страны.

В связи с этим проблема импортозамещения должна стать одной из ключевых в промышленной политике государства.

Остродефицитные продукты малотоннажной химии можно разделить на несколько групп. Это малотоннажные неорганические и органические продукты, химикаты-добавки для производства полимерных материалов (для переработки пластмасс и каучуков) и малотоннажные полимеры различного назначения. Один из важных малотоннажных неорганических продуктов, производство которого в Российской Федерации отсутствует, - это перманганат калия, используемый в медицине, химической промышленности и в производстве взрывчатых веществ. В России не вырабатывается также полифосфат аммония, используемый в качестве антипирена в производстве огнезащитных красок. К этой же группе продуктов нужно отнести бензоат натрия, используемый главным образом в качестве консерванта для напитков и парфюмерно-косметических товаров.

Одной из важнейших подотраслей малотоннажной химии является производство химикатов-добавок, используемых при переработке пластмасс и каучуков. К этой же группе веществ следует отнести группу химикатов-добавок, являющихся антиоксидантами для синтетических каучуков на основе производных парафенилендиамина, используемых главным образом в шинной промышленности (ИППД, 6ППД и др.); ускорители вулканизации; комплексные стабилизаторы для пластмасс и каучуков; порообразователи на основе азосоединений; перекисные инициаторы полимеризации на основе пероксидов спиртов, простых эфиров и кетонов и многое другое.

В последние годы объемы производства малотоннажных веществ сокращаются, а лавина импорта растет. После вступления в ВТО Россия оказалась абсолютно неконкурентоспособной - цены на электроэнергию сравнялись с европейскими, а стоимость коммунальных услуг (тепло, вода и т.д.) - уже превысила. Дешевой и квалифицированной рабочей силы тоже нет, поскольку по размеру средней зарплаты РФ обогнала страны Восточной Европы.

Кроме приведенного выше, отсутствие производств малотоннажной химии в России имеет еще один очень существенный недостаток: малотоннажный химический контрафакт на российском рынке процветает.

Одной из проблем малотоннажной химии является то, что она очень часто является неокупаемой. Как самостоятельный бизнес, выпуск одного-трех или даже десяти наименований химической продукции нерентабелен. Надо, чтобы было как минимум 200-300 наименований, что под силу только крупным специализированным предприятиям.

Охрана окружающей среды

Промышленность, выпускающая продукты малотоннажной химии по большому счету в стране отсутствует и должна быть создана практически заново.

При создании современных универсальных и гибких технологий выпуска веществ тонкого органического комплекса должны быть разработаны Исходные данные для проектирования этих промышленных производств, в которых естественно будут решены все экологические вопросы. Сегодня невозможно построить химическое производство без прохождения Государственной технической и экологической экспертиз. Таким образом, развитие промышленности тонкого органического синтеза не будет сопряжено с нарушением экологических норм.