Список изобретений и технологий, ставших реальностью при участии этиленгликолей, пополнился новинками в первой половине этого года. Бесцветная жидкость без запаха по-прежнему помогает привносить в мир прогресс и комфорт.
Список изобретений и технологий, ставших реальностью при участии этиленгликолей, пополнился новинками в первой половине этого года. Бесцветная жидкость без запаха по-прежнему помогает привносить в мир прогресс и комфорт.
Этиленгликоли используют как важные компоненты конечных продуктов. У этиленгликолевых жидкостей две главные области применения: выпуск полиэтилентерефталата (ПЭТ) – материала, из которого производят пластиковые бутылки и другую упаковку, а также создание антифризов для автомобилей. Физические свойства гликолей также делают их востребованными в качестве хладоносителей в промышленных системах охлаждения, теплоносителей в автономных системах отопления, а также абсорбентов влаги из природного газа перед его транспортировкой по трубам.
Этиленгликоль регулярно упоминают на сайтах и в печатных изданиях в материалах, освещающих инновации. Характеристики гликолей помогают улучшать свойства материалов и создавать прорывные технологии даже в очень далеких от химпрома сферах. В этой статье расскажем об открытиях 2023 года, которые были бы невозможны без этиленгликоля.
Весной СМИ сообщили, что российские ученые получили новые сверхэффективные абсорбенты для улавливания аммиака из газового потока.
Аммиак используют в производстве азотных удобрений и органических соединений, соды и даже взрывчатых веществ. Получение аммиака из смеси водорода и азота происходит при высокой температуре и требует большого количества энергии, поэтому он является дорогим химическим сырьем.
Новые абсорбенты способны не только поглощать молекулы аммиака, но и впоследствии высвобождать их с минимальными затратами энергии. Важно, что они подходят для многократного использования. Основа абсорбирующих материалов – этиленгликоль и аммонийная соль. В последней есть ионы хлора и молекулы, состоящие из азота и присоединенных к нему органических «хвостов». Взаимодействие этиленгликоля с вариациями аммонийных солей создает эффект, при котором в смеси образуются многочисленные микропустоты, куда и попадают молекулы аммиака. Из таких «ловушек» они не могут самостоятельно выбраться.
По данным исследователей, килограмм абсорбента поглощает более 70 грамм аммиака. Внедрение и масштабирование применения нового вещества позволит предотвращать утечки аммиака на химических предприятиях, а также снизит себестоимость продуктов питания, выращенных с использованием азотных удобрений на основе аммиака (карбонад, сульфат и сульфид аммония, хлористый аммоний, аммофос и диаммофос).
В начале года инженеры из университета Карнеги – Меллона (США) сообщили, что им удалось соединить полимеры с жидким металлом и разработать новый органогелевый композит – электропроводящий, гибкий и способный к саморегенерации материал. В его основе желеобразный поливиниловый спирт и борат натрия, в смесь которых встроены нанохлопья серебра и вкрапления жидкого галлия. Новый материал дает ключ к созданию целого класса мягких гибких роботов.
Чтобы композит не высыхал и обеспечивал плавность движения роботов, он пропитан этиленгликолем. Ученые неоднократно испытали материал в деле. Они создали робота-улитку с мягким телом из органогелевого композита, оснащенного батарейкой и электродвигателем, и на видео показали, что композит способен самовосстанавливаться: когда проводящий материал разрезали, скорость ползущего робота упала наполовину, но как только концы слиплись обратно, робоулитка набрала скорость до 2/3 от изначальных показателей.
Команда инженеров использовала полоски композита для запитки двигателя игрушечной машины, а затем протестировала материал в качестве электродов для получения показаний электромиографии. Тесты показали, что вещество способно проводить электрический ток, а также растягиваться в пределах деформации 400%.
Согласно научной задаче ученых из университета Карнеги – Меллона, роботы из мягких и упруго деформируемых материалов должны быть сконструированы так, чтобы протискиваться в ограниченном пространстве, выдерживать сильные удары, быстро изменять форму и самовосстанавливаться, а также обладать другими свойствами, которых нельзя достичь с помощью жестких роботов.
Мягкие роботы небольшого размера уже в недалеком будущем могут использоваться в качестве биоэлектродов на теле человека или обследовать труднодоступные места в инженерных коммуникациях. Исследователи планируют в будущем объединить направление «мягкого» роботостроения с разработками по созданию искусственной нервной ткани и мышц.
В мае две компании из США – биотехнологическая LanzaTech и производитель упаковки Plastipak Packaging – объявили об успешном производстве нового ПЭТ-материала PPKNatura. Согласно их заявлениям, это первый в мире ПЭТ, созданный из улавливаемых выбросов углерода. Новый материал подходит для упаковки пищевых продуктов, средств личной гигиены и фармацевтических препаратов, а также для других областей производства, не связанных с упаковкой.
Любой ПЭТ получают из терефталевой кислоты и моноэтиленгликоля (МЭГ, наиболее распространенный этиленгликоль). В PPKNatura именно МЭГ происходит из переработанных углеродных выбросов. В прошлом году LanzaTech сообщала, что совместно с инженерами Danone разработала технологию конвертации углерода в МЭГ. Основа технологии – специальные инженерные бактерии, которые перерабатывают СО2 в МЭГ посредством ферментации. Разработчики подчеркивают, что этиленгликоль из углеродных выбросов не отличается по свойствам от традиционного, который в основном создают из продуктов нефтегазопереработки. Мы посвятили этому открытию отдельную статью, где рассказали про технологию и перспективы масштабирования альтернативного и экологичного способа получения МЭГ.
LanzaTech продвигает свою технологию, делая акцент на том, что PPKNatura снижает выбросы парниковых газов, кроме того, упаковка, изготовленная из этого материала, может быть полностью переработана в конце срока службы, сохраняя углерод в круговом цикле переработки.
«Коммерческая технология LanzaTech разработана так, чтобы позволить нашим партнерам в различных отраслях промышленности снизить выбросы углекислого газа и общее воздействие на окружающую среду, – подчеркивает Дженнифер Холмгрен, главный исполнительный директор LanzaTech. –
Наше партнерство с Plastipak имеет решающее значение для демонстрации того, что возможно сегодня. Сейчас мы производим упаковку пищевого и фармацевтического качества и находимся на пути к созданию более устойчивого будущего для всех».
У LanzaTech есть собственные установки для улавливания углеродных газов на металлургических производствах в Китае. Продвижение технологии удачно совпадает с развитием практики CCS (от англ. carbon capture and storage technology – захват углерода и его хранение). У CCS огромный потенциал использования на промышленных предприятиях во всем мире в свете все более жестких экологических нормативов правительств.
Разработки LanzaTech в сфере экологичных материалов востребованы глобальными компаниями. В портфеле LanzaTech сотрудничество с L’Oréal, Lululemon (производитель спортивной одежды) и Zara. Последняя создала коллекцию одежды, изготовленную из выбросов углерода.
Отрасль производства химической продукции в РФ без больших потерь пережила бурный 2022-й. Чтобы устойчиво развиваться и выйти на новый уровень, компаниям нужно замещать импорт и расширять линейку продуктов средне- и малотоннажной химии. Готовы ли они к этому
Отрасль производства химической продукции в РФ без больших потерь пережила бурный 2022-й. Чтобы устойчиво развиваться и выйти на новый уровень, компаниям нужно замещать импорт и расширять линейку продуктов средне- и малотоннажной химии. Готовы ли они к этому?
Процессы выпуска этиленгликолей и их потребления в следующих переделах встроены в отлаженные сырьевые, производственные и сбытовые цепочки. Рынок этиленгликолей – это небольшой сегмент рынка химических продуктов, и его будущее зависит от состояния дел в отрасли со всеми ее трендами и влиянием макроэкономических факторов.
В этом материале говорим о драйверах развития российского химпрома с акцентом на его основу – выпуск полимеров (пластиков).
По итогам прошлого года отечественный химпром впервые с 2009-го показал отрицательную динамику. Согласно Росстату, отрасль, в предыдущее десятилетие ежегодно прибавлявшая в среднем 5,5 %, сократила производство на 3,8 %. В условиях санкций и логистических проблем худших последствий удалось избежать – ни одно крупное предприятие не остановило работу.
Производство пластиков (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и т. д.) пострадало серьезнее – снижение по году достигло 7,3 % (всего выпустили 10,33 млн тонн продукции). Более всего сократился выпуск полиамидов и полиуретановых смол.
До событий 2022-го Россия торговала полимерами с государствами, впоследствии признанными недружественными: многие товарные позиции ввозились в страну, а другие экспортировались. По подсчетам экспертов Высшей школы экономики (ВШЭ), треть экспорта полимеров из РФ (830 тыс. тонн) в 2021-м потребляли страны, которые потом ввели санкции.
Однако уже к концу года российские экспортеры полимеров смогли переориентировать торговые потоки из ЕС на Китай, Турцию, страны СНГ и Азиатско-Тихоокеанского региона. По словам гендиректора СИБУРа (российский производитель полимеров № 1) Михаила Карисалова, компания полностью переключила экспорт с европейского направления в Китай.
Росстат зафиксировал снижение выпуска полимеров внутри страны и по итогам I квартала 2023 года – на 4 % ниже показателей аналогичного периода 2022-го. Тем не менее в дальнейшем динамика улучшилась: +15 % в апреле и +2 % в мае к соответствующим месяцам прошлого года.
Еще один позитивный фактор для российского химпрома: по данным Сбербанка, более 80 % компаний в отрасли имеют долгосрочный запас оборудования или активно используют параллельный импорт для приобретения нужных единиц и целых парков. Это важно, так как весной–летом прошлого года казалось, что главная проблема, с которой столкнутся химкомпании РФ, – это отсутствие доступа к западному производственному оборудованию и запчастям.
Драйвером развития химпрома на ближайшие годы, по мнению авторов доклада ВШЭ, станет импортозамещение. Предприятия должны заменить те виды пластиков, поставки которых в Россию сейчас недоступны из-за санкций.
Потребность в российских пластиках, считают эксперты, может вырасти на 37 % к 2028 году. Наиболее велика потребность в импортозамещенных полимерах в сегменте медицинских изделий, автопроме и строительстве.
В ВШЭ оценивают совокупные потери экономики РФ от прекращения торговли полимерами из-за санкций в 18,4 трлн рублей ежегодно (~14 % ВВП). Такой сценарий возможен при полном отсутствии усилий для импортозамещения внутри страны.
Эксперты ВШЭ отметили более 50 проектов российских производителей химии по замещению импортного сырья, разработке рецептур и выпуску новых продуктов.
Крупные проекты 2022–2023 годов по преодолению ограничений в доступности сырья и примеры импортозамещения импортных полимеров:
Отметим, что самый гликолепотребляющий сегмент в пластиках – производство ПЭТ – закрывает до 90 % спроса на ПЭТ-сырье для выпуска пластиковых бутылок и пищевой упаковки. Эксперты ВШЭ просчитали, что внутренний спрос на ПЭТ уже через пять лет может вырасти более чем на треть. При таком сценарии ПЭТ «вытянет» производство МЭГ и поддержит стабильный спрос на этиленгликоли.
Другой долгоиграющий драйвер роста химпрома – развитие мало- и среднетоннажного производства. Критерий отнесения к малотоннажности – годовые объемы производства до 10 000 тонн, к среднетоннажности – до 150 000 тонн соответственно.
Основные продукты малотоннажной и среднетоннажной химии – спецполимеры, строительные добавки, поверхностно-активные вещества. Например, для производства красок требуются консерванты, ингибиторы, антиоксиданты. Эти вещества относятся к продуктам малотоннажной химии.
Доля мало- и среднетоннажного производства в России не превышает 15 %, тогда как в других странах с развитой химической промышленностью показатель достигает 40 %. Уход с нашего рынка западных поставщиков актуализировал развитие собственного производства мало- и среднетоннажных химпродуктов.
Государство намерено участвовать в создании бизнес-ландшафта для мало- и среднетоннажной химии. Власти готовы субсидировать ставки по кредитам инвесторов, а также предоставлять доступ к льготным займам Фонда развития промышленности. По планам Минпромторга РФ, уже к 2030 году внутреннее производство мало- и среднетоннажной химии вырастет на 70 %. В портфеле министерства более сотни проектов, которым оказывается господдержка.
Участники рынка и эксперты говорят о преимуществах кластерного подхода в мало- и среднетоннажном сегменте. Вещества высоких переделов служат основой для производных продуктов, востребованных в разных отраслях. Объединение в кластеры, когда участники получают совместный доступ к ценному сырью или высокотехнологичному оборудованию, может выступать оптимальной моделью для проектов в сфере некрупнотоннажной химии.
Из природного газа перед транспортировкой по трубам удаляют воду. Распространенная технология осушки – абсорбция. Благодаря своим физическим свойствам лучшими абсорбентами (поглотителями) воды выступают этиленгликоли. Зачем газу нужна осушка? Природный газ сразу после добычи малопригоден для транспортировки и переработки – в нем слишком много воды. Влага в виде пара или капель опасна для газопроводных систем и […]
Из природного газа перед транспортировкой по трубам удаляют воду. Распространенная технология осушки – абсорбция. Благодаря своим физическим свойствам лучшими абсорбентами (поглотителями) воды выступают этиленгликоли.
Природный газ сразу после добычи малопригоден для транспортировки и переработки – в нем слишком много воды. Влага в виде пара или капель опасна для газопроводных систем и другого технологического оборудования тем, что провоцирует коррозию металлических сплавов. Кроме того, при минусовых температурах намерзший лед способен повредить трубы изнутри.
Присутствие воды в газотранспортных системах чревато и образованием гидратов – соединений органических и неорганических компонентов газа и молекул воды, которые внешне напоминают снегообразную массу. Гидраты на стенках трубопроводов приводят к уменьшению внутреннего сечения и даже к полной закупорке труб. Также гидраты способны нарушить нормальную работу клапанов, регулирующих давление в газопроводах.
О влагосодержании природного газа судят по его точке росы. Это температура, ниже которой водяной пар конденсируется, то есть выпадает из газа в виде капель (росы). В России зимой принято значение точки росы – минус 20 ᵒС, летом – минус 14 ᵒС.
Осушка (удаление воды) – обязательная часть подготовки газа к транспортировке и переработке. Осушка газа снижает риски аварий на газопроводных системах. Процесс осушки применим и к природному, и к попутному нефтяному газу (ПНГ).
Об отрасли переработки газа в России мы рассказали в этой статье. Как утилизируют и во что перерабатывают ПНГ, читайте здесь.
Абсорбция – процесс впитывания одного вещества другим. Осушка с помощью абсорбции – распространенный технологический процесс при подготовке газа к транспортировке.
В роли веществ-абсорбентов, поглощающих воду из газа, с 30-х годов прошлого века используют растворы диэтиленгликоля (ДЭГ) и триэтиленгликоля (ТЭГ). Абсорбенты для осушки газа должны иметь следующие свойства:
ДЭГ и ТЭГ обладают этими свойствами. Это вещества с повышенной гигроскопичностью, то есть способностью впитывать водяные пары. Применение моноэтиленгликоля (МЭГ, наиболее распространенный гликолевый продукт) при осушке газа менее востребовано из-за его летучести и повышенного расхода сравнительно с ДЭГ и ТЭГ.
В ТЭГ растворимость газа на 30 % выше, чем в ДЭГ. Последний также меньше вспенивается, это считается преимуществом перед ТЭГ. Но высокой степени осушки природного газа достигают и при использовании ТЭГ.
Для осушки используют разные модели специальных установок, этапы работы которых, несмотря на все вариации, можно описать следующим образом:
Процент регенерации ТЭГ доходит до 98, а ДЭГ – до 96. При этом эффективность восстановления этиленгликолей зависит от глубины степени осушки. Чем выше концентрация вещества, тем глубже степень осушки.
О том, как получают ДЭГ и ТЭГ и где их еще применяют, у нас есть отдельный материал. Гид по производителям этиленгликолей в России разместили здесь.
Адсорбция – еще одна распространенная технология осушки газа. Она основана на способности твердых материалов притягивать и удерживать молекулы, с которыми они взаимодействуют.
Соответственно, суть адсорбционной осушки газа состоит в поглощении порами твердых поглотителей молекул воды. Процесс проходит в специальных установках с неподвижным слоем адсорбента. Наиболее эффективными адсорбентами считают:
Силикагель – самый распространенный адсорбент для осушки газа. Это высушенный гель кремниевой кислоты. Благодаря впитывающей способности его используют для защиты от влаги при хранении оборудования, кожаных изделий, продуктов питания.
Чтобы уменьшить сопротивление движению газа, адсорбенты выпускают в виде гранул. На первом этапе осушки газ проходит через сепаратор, где идет отделение примесей и капельной влаги. Затем газ поступает в аппарат с адсорбентом, где происходит основное поглощением влаги из газа. Далее осушенный газ поступает в газопровод.
Существуют и другие способы осушки газа. В их числе:
По разным причинам эти методы не получили такого широкого распространения, как абсорбция или адсорбция. Например, применение ингибиторов (веществ, подавляющих течение физико-химических процессов) связано с их большим расходом. Ингибиторами обычно выступают гликоли или метанол.
О том, почему рынок метанола в России в 2023-м переживает не лучшие времена, мы рассказали в этом материале.
У гликолевой абсорбции и адсорбции с помощью гранулированных веществ есть свои плюсы и минусы. При более качественной осушке адсорбцией, в числе главных недостатков этой технологии называют:
Среди ключевых преимуществ абсорбции, помимо низких эксплуатационных затрат и простой технологической схемы, эксперты выделяют возможность осушки газов с высоким содержанием веществ, разрушающих твердые поглотители.
Экономичность работы установок абсорбционной осушки зависит от потерь гликолевых жидкостей, которые связаны с разложением и окислением при регенерации, испарением в потоке газа, уносом с конденсатом воды и ее парами.
На практике газовые компании часто сочетают использование абсорбентов и адсорбентов для осушки. Например, в «Газпром трансгаз Ставрополь» при отборе из подземного хранилища производится осушка газа с помощью жидкого абсорбента – ДЭГ. Также на предприятии применяют и адсорбцию с поглощением влаги твердым гранулированным веществом – цеолитом. Его используют в блоках подготовки импульсного газа на компрессорных станциях.
В России и за рубежом часто применяют комбинированную осушку газа – вначале жидким поглотителем, а затем твердым адсорбентом. Для лучшего удаления воды, как правило, используют адсорбционную технологию. Разнообразные установки осушки работают на сборных коллекторах, магистральных газопроводах и газоперерабатывающих заводах.
