Медицина, косметика, легкая промышленность, химическая промышленность, электроника, машиностроение, строительство, нефтегазовая промышленность не обходятся без применения кремнийорганических полимеров (силиконов). Полимеры представлены в следующих формах: жидкости, эмульсии, каучуки и смолы. Правильно полагать, что при такой распространенности по формам и сферам применения продукции номенклатура конечных изделий производящих предприятий может измеряться сотнями. Тем не менее, отличие перечисленных предприятий от ныне существующих не в количестве наименований полимерной продукции, а в наличии интеграции производства и переработки собственного сырья – мономеров.

Технология. Рецикл туда, рецикл сюда

Силиконы, как и прочая полимерная продукция, производятся из промежуточных соединений (мономеров). Однако называть мономеры и полимеры соединениями с единой общей формулой в большинстве случаев не приходится: силиконы (полиорганосилоксаны) состоят из органической части, кремния и кислорода, тогда как у мономеров вместо кислорода имеется хлор. Мономеры с метильной группой – метилхлорсиланы (МХС) – не единственные, но наиболее распространенные кремнийорганические промежуточные соединения.

Несмотря на интерес лабораторий как в мире, так и в РФ к разработке более экологического метода производства силиконов, чем ныне существующий через хлорсиланы, без хлора промышленное получение кремнийорганической продукции не обходится уже более 50 лет.

Впрочем, обращение с отходами и оптимизация процесса не стояли на месте все это время. Сегодня, если и не удалось достигнуть менделеевского пророчества: "В химии нет отходов, а есть неиспользованное сырье", то приблизиться удалось уж точно. Конечно же, о полном исключении узла нейтрализации на производстве не идет и речи, как и о производстве без отходов. Но обеспечение замкнутости производства, где под утилизацией понимается полезное использование – звучит совсем иначе.

Обобщенно схема производства кремнийорганических полимеров показана ниже.

"Бесшовное" технологическое взаимодействие производств проявляется в следующем.

1. Восстановление соляной кислоты со стадии гидролиза и вовлечение в производство хлористого метила. В противном случае – нейтрализация огромного количества кислых стоков после гидролиза, что при постоянном производстве хлористого метила из закупаемой соляной кислоты выглядит несколько странно, хотя и экономически обосновано для малых мощностей производства.

2. Использование произведенной воды со стадии гидрохлорирования метанола в производстве полупродуктов.

3. Добавление пиролиза SICL4 позволяет дополнительно закрепить комплексность производства:

а) абгазы с высоким содержанием метана и водорода – отличное топливо;

б) использование стоков, содержащих SiCL4, со стадии ректификации выглядит обоснованно;

в) разве можно отказаться от дополнительного источника хлористого водорода с пиролиза?

г) пирогенный SiO2 еще может пригодиться при получении полимеров.

Примечательно, что о перечисленном выше хорошо известно в РФ при отсутствии действующих интегрированных производств.

На этом возможности по расширению структуры не кончаются: получение собственного SiCL4, хлорсиланов (фенил-, винил-), алкоксисиланов и продукции на их основе. Главное в этом деле – вовремя остановиться.

Следует также упомянуть, что использование вторичного сырья позволяет снизить расходные показатели, что, в свою очередь, является фактором повышения эффективности производства.

Сказанное выше, между тем, напоминает, что система – это не только элементы, но и связи между ними. Так, из представленной схемы видна другая связь – метанол-МХС. В текущих условиях расширение цепочек применения и полезного использования такого крупнотоннажного продукта было бы очень к месту: загруженность установок получения метанола в РФ составляет ~70% в 2023 году.

Остается немного дополнить высказывание академика и основоположника химии кремнийорганики Андрианова: "…Песок и метанол — вот наше сырьё!" Кстати, эта фраза была произнесена в ответ на реакцию окружающих при изменении стоимости нефти. Действительно, в данном случае была бы более показательна цена на кремний. О чем чуть ниже.

Ценообразование. Сглаживание пиков

Принято считать, что экспорт энергоресурсов и продуктов первичной переработки (крупнотоннажная химия, удобрения и базовые полимеры) при зависимости от импортной продукции с высокой добавленной стоимостью – это не есть хорошо.

Насколько хороша другая крайность: импорт веществ низких переделов и производство конечной продукции для внутреннего рынка?

Около 70% мирового производства металлического кремния расположено в Китае. Оно и понятно, ведь немаловажным фактором для такого энергоемкого производства (12 МВт*ч/т) является стоимость электроэнергии. Так, в 2021 году в КНР были приняты новые правила энергопотребления, которые повлекли за собой сокращение производства кремния в нескольких провинциях (30% производственных мощностей в Китае). Сюда же можно добавить энергетический кризис в Европе в 2021 году и повышение стоимости на энергоресурсы в КНР. Результат: в моменте стоимость кремния достигла отметки в 300% от прежних значений. Сегодня же рост стоимости на мировом рынке все еще заметен, хотя и всего до 200% в 2022 году.

Повышение стоимости базового сырья не могло не сказаться и на кремнийорганической продукции, ведь затраты на кремний в силиконовых полупродуктах составляют около 50%. Так, стоимость полуфабрикатов из КНР поднялась идентично стоимости кремния, т.е. в 2 раза. Реакция ведущих производителей кремнийорганической продукции с полным производственным циклом (от базового сырья до конечной продукции) была несколько скромнее.

И, конечно, перечисленные компании прекрасно осведомлены о положительных чертах формирования стоимости на продукцию при кластерно-территориальном подходе. В случаях же небольших компаний – производителей конечной продукции – можно было обнаружить затраты на закупаемое сырье, которые превышают стоимость произведенной продукции.

Подводя итоги

"Запуск силиконового завода позволит российским компаниям, выпускающим кремнийорганические композитные материалы, перейти на отечественное сырье. Это, в свою очередь, даст толчок для создания новых производств, продукция которых будет востребована во многих отраслях как внутри страны, так и на внешнем рынке", – министр промышленности и торговли РФ, 2014 год.

Высказывание можно перечитывать и сегодня: ничуть не утратило актуальности.

Автор: Павел Левин,
"ИЭС Инжиниринг и Консалтинг"

RUPEC в Telegram