От углеводородов к спирту: как и из чего делается моноэтиленгликоль
Технология получения моноэтиленгликоля (МЭГ) существенно не менялась с момента открытия этого вещества в середине 19 века, в то время как методы добычи и переработки исходных продуктов – нефти и газа — сильно шагнули вперед. В перспективе, отмечают эксперты, основной задачей производителей МЭГ останется удешевление сырья — этиленоксида, объемы предложения которого пока не всегда покрывают спрос, что ведет к росту его цены.
Базовое сырье
Динамика рынка моноэтиленгликоля, в последние полтора года не раз демонстрировала ценовые рекорды. В отдельные моменты стоимость превышала 1000 евро за тонну, что втрое выше обычных значений прошлых периодов.
Основной причиной таких всплесков была недоступность сырья из-за серии форс-мажоров на крупнейших мировых химических производствах и следовавшее за этим сокращение предложения на рынке, а также из-за резкого роста стоимости нефти и газа как первичных продуктов переработки.
Именно они являются первой ступенью производства моноэтиленгликоля. После добычи нефть и газ проходят специальную подготовку и очистку, в ходе которых из них выделяются полезные для нефтехимии компоненты — широкие фракции легких углеводородов (ШФЛУ), сжиженные углеводородные газы (СУГ) и нафта. Они направляются на пиролиз (высокотемпературное разложение) с последующим низкотемпературным газоразделением получающихся веществ.
Основным конечным продуктом этого процесса является этилен, представляющий самый большой рынок олефинов. Менее популярное сырье для производства моноэтиленгликоля — уголь. Технология coil-to-MEG используется в основном в Китае, который располагает большими запасами этого вида углерода.
Следующая ступень переработки
Реакция разложения нефтегазовых фракций проводится в трубчатых печах при температуре в 800-950°С и давлении 0,3 МПа. Объем этилена на выходе может существенно различаться в зависимости от основы переработки.
Самые высокие показатели дают насыщенные углеводороды: этан, пропан и бутан. Их пиролиз в присутствии водяного пара на выходе позволяет получить до 50% этилена. Если использовать как сырье прямогонный бензин, выход составляет около 30% с параллельным образованием большого количества жидких углеводородов, включая ароматические. Самый низкий показатель – у пиролиза газойля (около 15-25% этилена).
Помимо этого, этилен производится путем выделения из природного газа жирных фракций, которые направляются на термический крекинг и последующую дегидратацию.
В России, несмотря на масштабы добычи углеводородов, в последние годы сформировался дефицит пиролизных мощностей, который только сейчас начал сокращаться за счет вводов новых перерабатывающих заводов.
По планам Минэнерго, ситуация с сырьем должна существенно улучшиться уже к 2025 году, когда объемы производства этилена вырастут в 2,5 раза от текущего уровня до 12,4 млн тонн в год. К 2030 году российские мощности по этилену могут превысить 15 млн тонн.
Основной прирост должны обеспечить мегапроекты крупнейших российских нефтегазовых и химических компаний:
- «Амурский ГХК» СИБУРа в Арктике — 2,3 млн тонн этилена в год;
- завод совместного предприятия «Газпрома» и «Русгаздобычи» «Русхимальянс» в Усть-Луге — около 3 млн тонн этилена в год;
- расширение мощностей недавно вошедшего в СИБУР «Нижнекамскнефтехима» — рост на 600 тыс. тонн в год до 1,2 млн.
На базе дополнительных объемов сырья будет выпускаться основные виды полимеров, также почти у каждой компании есть планы по выпуску моноэтиленгликоля.
Следующая ступень нефтехимического процесса переработки углеводородов на пути к его производству — получение оксида этилена, который на данный момент является одним из наиболее востребованных крупнотоннажных продуктов тяжелого органического синтеза.
Открытие этиленоксида в 1859 году принадлежит французскому химику Шарлю Адольфу Вюрцу, но при этом синтезировать оксид этилена напрямую из этилена химики не могли до 30-ых годов 20 века, когда перед войной был разработан процесс прямого окисления этилена с участием серебряного катализатора.
Нет пределов совершенству
Это открытие дало толчок развитию производства этиленгликоля, который синтезировали одновременно с этиленоксидом, но долго не находили ему практического применения. Наиболее распространенный способ получения МЭГ еще со времен Вюрца — дегидратация оксида этилена в присутствии серной или ортофосфорной кислоты.
В качестве побочных продуктов образуются диэтиленгликоль и триэтиленгликоль, которые также нашли промышленное применение. Сейчас наиболее продвинутыми технологиями синтеза этиленоксида и моноэтиленгликоля владеют компании Dow Chemical, Mitsubishi, Scientific Design и Shell. Единственный производитель МЭГ в России — СИБУР.
Дальнейшие разработки в этой области направлены на получение высоко очищенного МЭГ, а также на сокращение выхода диэтиленгликоля. Как отмечает глава Инфо-ТЭК Тамара Канделаки, технически сильно усовершенствовать процесс выработки МЭГ фактически невозможно, так что производящие его компании стремятся к снижению ОПЕКСов. Лучшую возможность оптимизации даёт снижение стоимости сырья, а также увеличение продолжительности межремонтного пробега.
Экологично, но дорого
В секторе МЭГ формируется отдельное направление промышленного производства этого продукта из растительного сырья без применения углеводородов. Использоваться могут сахарный тростник, свекла, кормовая патока, а также некоторые виды злаков.
Наиболее распространенная технология — переработка сахаров в биоэтанол с последующим применением уже знакомой цепочки:
- переработка в этилен;
- окисление в этиленоксид;
- гидратация в моноэтиленгликоль.
При этом способе повышается выход основного продукта с одновременным снижением объемов побочных продуктов.
Хотя есть и более короткие цепочки его получения. Так, The Coca-Cola Company совместно с Changchun Meihe Technology Development Co., Ltd. разработали технологию выработки МЭГ напрямую из источника сахара.
На основе этой технологии компании произвели несколько сотен полностью перерабатываемых бутылок для напитков. Первым промышленным лицензиатом этого метода стал лесопромышленный концерн UPM, который на данный момент начал строительство завода в Германии для переработки древесного сырья лиственных пород и других побочных продуктов деревообрабатывающей промышленности в биоМЭГ.
Еще один крупный проект по выпуску «зеленого» моноэтиленгликоля заявила французская Technip Energies, которая в начале 2022 года купила у Iowa Corn Promotion Board’s (ICPB) технологию его производства из сырья на основе кукурузы.
Но пока в области моноэтиленгликоля из растительного сырья речь идет скорее об опытной эксплуатации технологий, мощности которых насчитывают всего несколько десятков тысяч тонн в год во всем мире. Основное препятствие широкого производства биоМЭГ — высокая себестоимость конечного продукта.
