Войти используя аккаунт
Войти используя аккаунт:
Логин Пароль Забыли свой пароль?

Блоги

23.09.2016 / 20:18

Секрет Полишинеля

Я знаю, что это секрет, потому что всюду о нем говорят.

Уильям Конгрив, английский драматург эпохи классицизма XVII-XVIII вв.

Давно и хорошо известно, что чем меньше в проекте технологии, тем он информационно запутаннее и темнее. Для примера достаточно назвать проекты ПЭТ в Иваново и Нальчике. Элементарные по сути своей проекты. Количество подобных измеряется в мире сотнями, а удельные капиталовложения на тонну бутылочного или волоконного ПЭТ сформулированы для всех мыслимых и немыслимых условий. Но почему-то в Иваново и Нальчике вызывают новые, интерпретируются свежо и необычно, и всегда в большую сторону в отличие от мировых стандартов.

Обсуждение плохих примеров бесперспективно и вредно, даже если руководствоваться правилом, что «умные учатся на чужих ошибках, а дураки на своих». Слишком велика степень абсурда в логистике проекта «Этаны» и в ивановских попытках приравнять создание «велосипеда» (классическое производство волокон ПЭТ) к полету в космос с космическими же затратами.

Именно поэтому, очень и очень не хочется, что бы такое важное направление, как создание завода «Росатома» по выпуску сырья для углеволокна превратилось в нечто с ивановским акцентом.

Наверное, вы помните, что недавно проводился тендер на сравнение технологий сополимеризации акрилонитрила в различных растворителях. Тендер проведен, победили достойные, которые аргументировано и наглядно показали на примерах из таблицы (ниже) какие различия имеются в капитальных и операционных затратах, какие существуют технологические и логистические нюансы, почему использование того или иного растворителя кардинально влияет на тип и качество получаемого углеродного волокна.

Компания

Тип полимеризации

Растворитель при полимеризации

Растворитель при формовании нитей

Водный раствор на полимеризации, % масс

Концентарция мономеров в реакторе полимеризации,%

Конверсия в реакторе полимеризации, %

Доля на рынке, %

Toray Industries

Периодический, в растворителе

Диметилсульфоксид

Диметилсульфоксид

>97

15-30

50-98

22,15

Непрерывная, в растворителе

Toho Tenax

Непрерывная, в растворителе

Вода/Хлорид Цинка

Вода/Хлорид Цика

50-70

11-20

50-70

17,90

Mitsubishi Rayon Co., LTD

Непрерывная, в водной дисперсии (суспензионная полимеризация)

Вода

Вода/Диметилацетамид

100

12-25

60-80

14,80

Hexcel

Непрерывная, в водной дисперсии (суспензионная полимеризация)

Вода

Вода/Роданид Натрия

100

12-25

60-80

5,70

Cytec Solvay Group ранее называлась
American Cyanamid

Непрерывная, в водной дисперсии (суспензионная полимеризация)

Вода

Вода/Роданид Натрия

100

12-25

60-80

2,50

Непрерывная, в растворителе

Вода/Роданид Натрия

50-52

15-25

50-70

SGL Group

Непрерывная, в водной дисперсии (суспензионная полимеризация)

Вода

Вода/Диметилацетамид

100

12-25

60-80

6,20

Zoltek

Непрерывная, в водной дисперсии (суспензионная полимеризация)

Вода

Диметилформамид

100

12-25

60-80

6,10

TaeKwang

Непрерывная, в водной дисперсии (суспензионная полимеризация)

Вода

Вода/Роданид Натрия

100

12-25

60-80

2,00

Непрерывная, в растворителе

Вода/Роданид Натрия

50-52

15-25

50-70

Nippon Graphite Fiber Corporation

Непрерывная, в водной дисперсии (суспензионная полимеризация)

Вода

Вода/Роданид Натрия

100

12-25

60-80

2,10

Accordis ранее называлась Courtaulds

Непрерывная, в растворителе

Вода/Роданид Натрия

Вода/Роданид Натрия

50-52

15-25

50-70

0,90

Периодический, в растворителе

Formosa Plastics Corporation

Непрерывная, в водной дисперсии (суспензионная полимеризация)

Вода

Диметилформамид

100

12-25

60-80

5,50

DowAksa (AKSACA) carbon fibers

Непрерывная, в водной дисперсии (суспензионная полимеризация)

Вода

Вода/Диметилацетамид

100

12-25

60-80

1,40

Kemrock Industries and Exports Limited

Непрерывная, в водной дисперсии (суспензионная полимеризация)

Вода

Вода/Роданид Натрия

100

12-25

60-80

0,50

Непрерывная, в растворителе

Диметилформамид

Диметилформамид

100

20-30

50-70

Zhongfu Shenying Carbon Fiber Co., Ltd.

Непрерывная, в водной дисперсии (суспензионная полимеризация)

Вода

Вода/Роданид Натрия

100

12-25

60-80

1,80

Непрерывная, в растворителе

Диметилформамид

Диметилформамид

100

20-30

50-70

Hyosung

Непрерывная, в водной дисперсии (суспензионная полимеризация)

Вода

Вода/Роданид Натрия

100

12-25

60-80

1,60

Непрерывная, в растворителе

Вода/Роданид Натрия

50-52

15-25

Непрерывная, в растворителе

Диметилформамид

Диметилформамид

100

20-30

50-70

Asahi Kasei

Непрерывная, в водной дисперсии (суспензионная полимеризация)

Вода

Вода/Азотная Кислота

100

12-25

60-80

5,80

Nippon Exlan

Непрерывная, в растворителе

Вода/Роданид Натрия

Вода/Роданид Натрия

50-52

15-25

50-70

0,75

Выбор технологии тоже уже был сделан и, надеюсь, публикации об этом последуют в ближайшее время.

Вопрос здесь, кто же будет исполнителем базового проекта? То есть кто на основании опыта и знаний нарисует PFD и PID схемы, рассчитает материальный и тепловой баланс, подберет расходные коэффициенты для катализаторов, химикатов и реагентов, определит параметры режима, которые необходимо соблюдать, что бы получать сополимер нужного качества? Я перечислил менее половины составных частей по технологии, а еще в базовый проект входят опросные листы на статическое и динамическое оборудование, листы электромоторов, перечень технологический линий, параметры энергоресурсов, листы приборов КиП, генеральный план и основные разрезы установки, некоторые аспекты строительства и, в частности, фундаменты. Оглавление занимает два листа, все это богатство является типовым документом с незначительными отступлениями в различных компаниях (о фокусах и магии, которые прижились под названием «расширенный базовый проект», почему то только на российской земле, уже было сказано и пересказано).

К слову сказать, желающих выполнять по базовому проекту проектную (ПД) и рабочую (РД) документацию, пруд пруди, а разброс цен между ними достигает одного порядка. Проверенный метод борьбы с «желающими» – это тендер, который дает поразительные результаты по экономии денежных средств Заказчика без ущерба качества.

Но мы увлеклись и отошли от основного вопроса, кто же возьмется за исполнение базового проекта по производству сырья для ПАН-прекурсоров? А в том случае, если в качестве растворителя в процессе полимеризации будет выбран роданид натрия, то кто будет делать базовый и по его регенерации?

Как не крути, а в основе базового всегда лежит: материальный баланс, PFD-схема с характеристиками потоков (состав, расход, температура, давление, вязкость и т. д.), параметры работы аппаратов, все остальное рассчитывается из перечисленного. В состав блока сополимеризации акрилонитрила входит:

  • смешение сырья и сомономеров, включая расходные емкости, а также фильтрация, дозирование катализаторов и химикатов (без учета очистки от ингибиторов)
  • реакторный блок полимеризации
  • секция демономеризации, включая буферные емкости рецикловых потоков (без учета разделения мономеров)

Далее раствор полимера подается на блок формования нитей или волокон, сушку и получение ПАН-прекурсоров, которые могут перерабатываться в углеродное волокно, как по месту производства, так и за тысячи километров от него.

При использовании в качестве растворителя роданида натрия требуется блок регенерации, который включает в себя:

  • концентрирование роданида натрия после получения нитей от 10 до 55% и удаление органических примесей, как растворенных, так и механических
  • удаление сульфатов и ионов железа из концентрированного раствора роданида натрия

Базовый проект по разделам, выделенным жирным шрифтом, можно посчитать на калькуляторе или в любом редакторе электронных таблиц. Это немножко долго, зато осмысленно. А можно или с использованием стандартных пакетов хорошо известных инженерных программ – выбор, как говорится, на любителя.

По формованию нитей, как и по большинству других процессов переработки полимеров полноформатное базовое проектирование не выполняется, так как нет в этом необходимости. Изготовителю оборудования вполне достаточно характеристик прядильного раствора и требуемое качество нити или волокна используемых в качестве ПАН-прекурсора для углеволокна.

Гораздо сложнее обстоит дело с процессом полимеризации. Допустим, мы имеем рецептуру сополимера: 97% акрилонитрила, 2% акриловой кислоты и 1% метакрилата, а также физико-химические и термодинамические свойства этих веществ. Если чего-то не хватает, то мы легко рассчитаем это с помощью соответствующих программ.

Но этого мало. Почему? Да, потому, что необходима кинетика этой сополимеризации: константы скоростей, степень конверсии, физико-химические и термодинамические свойства получаемого сополимера. Где все это взять? В лаборатории и на пилотной установке день за днем получая необходимые данные для постановки в процесс, который в виде реактора имеется, например, в указанных выше моделирующих программных пакетах.

Кто будет этим заниматься? Применительно к производству и проектным организациям – никто, так как для этого существуют разработчики процессов, имеющие мощный R&D и зарабатывающие деньги на лицензировании процессов. Что из этого следует? Что все нереально и грустно, а не хорошо или быстро.

Но пессимистам нет места в стройных технологических рядах, а тем более, если эти ряды вооружены хорошими, профильными базовыми знаниями. Внимательно следите за руками, так как один из секретов Полишинеля будет раскрыт немедленно. Если вы, или ваши коллеги, или не коллеги имеете промышленный процесс сополимеризации с получением конечного продукта, т. е. сополимера с устраивающим вас молекулярно-массовым распределением по Гауссу и нужным молекулярным весом, то конечно вам известны и параметры процесса, включая конверсию. Следовательно, не все потеряно: смело запихивайте все добро в стандартное приложение «реактор», и можете заниматься моделированием с получением всех необходимых данных для составления PFD-схем с характеристиками потоков и параметрами работы аппаратов.

Слышу тут нездоровый гул менеджеров от химии, а также химиков-строителей, химиков- киповцев, химиков-дипломатов. Господа, нет места эмоциям, так как прыжки и гримасы не украшают профессионалов, поэтому опять следите за руками. В середине 60-х советский головной институт по искусственным волокнам спроектировал установку полимеризации акрилонитрила, используя в качестве растворителя диметилформамид. Посмотрите в таблицу, этот процесс не использует только ленивый, и, конечно, каждый пришел к нему самостоятельно, т. к. не бог весть, какая это сложность. Почему он не прижился в СССР, оставим на совести Госплана, который купил сополимеризацию с использованием в качестве растворителя роданида натрия. Почему купил - не знаю, но и у этого процесса имеются плюсы. Параметры процесса не изменились с того времени и вряд ли изменятся еще лет 200 – 300: так устроена химия.

А вот аппаратурное оформление претерпело колоссальные изменения. То есть используя РТ-параметры, а также современное оборудование, которое вы легко рассчитаете с разными прикладными программами, вы получите свой родной процесс, но в новом исполнении. Примерно, как у Высоцкого в песне про реинкарнацию, ну или как у кошки с ее девятью жизнями.

Было бы наивным предполагать, что изменение каталитических систем никак не влияет на процесс. Конечно нет, влияет и еще как, именно для этого создаются новые катализаторы. Но в случае сополимеризации в диметилформамиде катализатор за 60 лет не поменялся и вряд ли изменится, уж очень был удачным первоначальный выбор.

По-моему, все ясно, понятно и доступно? Имея параметры процесса сополимеризации с роданидом натрия в качестве растворителя совсем не сложно одеть его в новую аппаратурную рубашку.

Переходим ко второму секрету Полишинеля. Кто же занимается моделированием процесса в различных хорошо известных программных продуктах, название самого известного из которых созвучно имени самого известного горнолыжного курорта в Колорадо, США (написать просто название не могу – будут ругать за рекламу). Обычно они делятся на три категории:

  • Тыкающие пальцами в программы «ученые обезьяны», которые могут натыкать все, что угодно и перетыкать в обратную сторону; что собственно делают, понимают плохо, тем самым напоминают офисный планктон. С уровнем з\п в РФ до 1-2€х1000.
  • Тыкающие пальцем в программы, но умеющие сделать то же самое и вручную, а также знающие, что колонна это то, что стоит вертикально, теплообменник, как правило, горизонтально, а нефть горит. С уровнем з\п в РФ до 3-4€х1000.
  • Не тыкающие пальцем в программы, но умеющие сделать все то же самое в голове. Или объяснить тыкающим, как это сделать правильно. И самое главное, они могут проверить выполненные расчеты, при этом задумчиво ковыряя в носу. Также могут принять пар и углеводороды на установку, поговорить с оператором, директором или инженером, не чувствуя себя не в своей тарелке. Нарисовать генплан большинства производств, сосчитать стоимость проекта между двумя бокалами красного вина за ужином, обсудить рынок диметиламиноазобензосульфокислоты с маркетологом или коммерсантом исходя исключительно из сложности производства и попадая при этом в 80 случаях из 100, если не десятку, то в девятку. С уровнем з\п в РФ непонятным и неясным в €х1000.

Конечно, это была шутка о трех категориях модельеров химических процессов, но в каждой шутке есть только доля шутки. Я очень надеюсь, что эта заметка позволит преодолеть страх перед моделированием технологических процессов, а также вспомнить о том, что по огромному количеству проектов в химии и нефтехимии имеются собственные базы данных. Недавно один из очень уважаемых мною директоров от проектирования внятно выразил свою мысль: как только дело касается новых исходных данных для концептуального инжиниринга, не говоря уже об исполнении базовых проектов, даже по своим собственным процессам – проектировщик впадает в ступор. На это я могу ответить только одно: ну учим же мы аппаратчиков на заводах и неплохо учим при наличии хорошего начальника цеха, смены и главного инженера, которые не жалеют и передают свой опыт. Так и проектировщик это тот же «аппаратчик». В конце концов и зайца можно научить курить.

Ну и самое главное: бесконечная тенденция менеджеров от химии во всевозможных структурах нанимать кого-то на выполнение элементарных работ (отсюда, кстати, обилие всякого рода консультантов, которые, получая миллионные контракты, садятся за школьные учебники химии, пытаясь понять, на что же они все-таки подписались - пример не выдуманный, а из жизни) проистекает даже не от неуверенности в своих силах и не отсутствии нужных навыков, знаний и умений у собственных людей, а от страха за неудачу и возможность в случае этой неудачи свалить ответственность на подрядчика. Именно поэтому в цене именитые подрядчики: чем именитее, тем меньше спрос с нанявшего их менеджера в том случае, если подрядчик оплошает. Совет один: учитесь и верьте в себя. 

Вернуться в раздел