student
Russian Federation
Russian Federation
The paper presents technological and economic calculations for a catalyst complex preparation unit for the ethylene dimerization to butene-1 process. Based on plant capacity data, the material balance was calculated, and the main and auxiliary equipment (vessels, pumps, pipelines) were selected con-sidering import substitution. An economic efficiency assessment of the project was carried out. It is shown that creating a unit based on domestic components (TBT, THF, n-hexane) allows replacing the imported LC2254 catalyst, providing annual savings of about 8.5 million rubles and a payback period of 3.2 years
ethylene dimerization, butene-1, import substitution, catalyst complex, material balance, economic efficiency
Процесс димеризации этилена в бутен-1 является ключевым для получения сомономера линейного полиэтилена низкой плотности. На Иркутском заводе полимеров (ИЗП) используется лицензионная технология AlphaButol® компании Axens с применением катализатора LC2254, поставки которого оказались под санкционными ограничениями. Ранее автором в работе [1] был обоснован выбор отечественной каталитической системы на основе тетрабутоксититана (ТБТ), тетрагидрофурана (ТГФ) и триэтилалюминия (ТЭАЛ) в среде н-гексана (патент RU 2304147 C2) [2], в работе [3], приведено описание технологической схемы. Один из возможных вариантов узла приготовления катализаторного комплекса 
представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Технологическая схема узла приготовления катализаторного
комплекса
Целью настоящей статьи является детальная инженерная проработка данного решения: расчет материального баланса, обоснование выбора технологического оборудования и оценка экономической эффективности создания узла непосредственно на производственной площадке ИЗП.
С учетом технологических параметров установки по производству бутена-1 материальный баланс узла приготовления катализаторного комплекса можно представить в виде таблицы 1.
Таблица 1
Материальный баланс узла приготовления катализаторного комплекса
|
Наименование |
Содержание, % масс. |
Расход, кг/ч |
|
Тетрабутоксититан |
14,71 |
2,5 |
|
Тетрагидрофуран |
3,12 |
0,53 |
|
Н-гексан |
82,17 |
13,97 |
|
Итого |
100 |
17 |
Средняя плотность раствора при 25 °C, рассчитанная по правилу аддитивности [4]:
Объёмный расход:
Концентрация ТБТ в растворе:
Концентрация находится в рекомендованном интервале 60–120 г/л.
Годовой расход (7500 ч/год): ТБТ – 18,75 т, ТГФ – 3,98 т, н-гексан – 104,8 т, раствора – 127,5 т. Производительность узла – 127,5 т/год.
Расчет емкостного оборудования выполнен исходя из обеспечения непрерывности технологического процесса с учетом норм запаса сырья.
Емкость D-01 (н-гексан). Суточный расход н-гексана 335,3 кг, что при плотности 655 кг/м³ соответствует объему 0,512 м³. С учетом коэффициента заполнения 0,8 и необходимости создания логистического запаса на 8 суток, объем емкости принят равным 5,3 м³.
Емкость D-02 (ТБТ). Суточный расход ТБТ 60 кг (0,06 м³). Принятый объем 2,6 м³ обеспечивает запас на 35 суток, что обусловлено периодичностью поставок компонента в бочках и необходимостью накопления партии для приготовления раствора.
Емкость D-03, D-04 (раствор катализатора). Суточный расход раствора 408 кг (0,586 м³). Для обеспечения непрерывной подачи в реактор предусмотрены две емкости (рабочая и резервная) объемом 5,3 м³ каждая, что соответствует запасу более чем на 7 суток.
При подборе насосов приоритет отдавался российским производителям для обеспечения технологической независимости и упрощения сервисного обслуживания.
Для циркуляции и перемешивания раствора (поз. P-03 A/B) с расходом 15 м³/ч и напором 60 м выбран центробежный химический насос типа Х 65-50-160 (АО «ГМС Ливгидромаш») в взрывозащищенном исполнении.
Для точного дозирования раствора в реактор R-01 (поз. P-04 A/B) с расходом до 50 л/ч и давлением нагнетания 2,45 МПа выбран плунжерный насос-дозатор типа НД 0,5/25 (российского производства).
Для перекачки ТБТ и ТГФ из бочек (поз. P-01, P-02) применены бочковые насосы типа НБ-2-1,6/16 с проточной частью из нержавеющей стали.
Диаметры трубопроводов рассчитаны исходя из рекомендованных скоростей потоков: для циркуляционной линии – DN 65, для дозировочной – DN 15.
Экономическая эффективность проекта оценивалась путем сравнения годовых эксплуатационных затрат (OPEX) на приготовление отечественного катализаторного комплекса с затратами на закупку импортного катализатора LC2254.
Капитальные затраты (CAPEX) на создание узла, включая стоимость оборудования, монтаж и проектные работы, оценены в 23,0 млн руб. (в ценах 2026 г.). Годовые эксплуатационные затраты отечественного узла складываются из стоимости сырья (ТБТ, ТГФ, н-гексан), энергоресурсов, заработной платы персонала, ремонтного обслуживания и амортизации (линейный метод, 10 лет).
Основные экономические показатели, рассчитанные в соответствии с методическими рекомендациями [5] и учебным пособием [6], сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Основные экономические показатели
|
Показатель |
Значение |
|
Капитальные затраты (CAPEX), млн руб. |
23,0 |
|
Годовые эксплуатационные затраты (OPEX), млн руб./год |
129,4 |
|
Затраты на импортный катализатор, млн руб./год |
135,6 |
|
Годовая экономия до налогообложения, млн руб./год |
8,5 |
|
Чистый годовой денежный поток, млн руб./год |
7,1 |
|
Простой срок окупаемости, лет |
3,2 |
|
NPV (10%, 10 лет), млн руб. |
20,6 |
|
IRR, % |
28 |
Капитальные вложения окупаются за 3,2 года, внутренняя норма доходности составляет 28 %, что превышает типичную требуемую доходность (20 %). Проект устойчив к изменению CAPEX (сохраняет положительный NPV даже при росте затрат на 30 %) и эффективен при цене импортного катализатора выше 3750 руб/кг (текущая цена 4000 руб/кг, запас прочности 6,7 %).
Выполненные технологические расчеты подтвердили возможность организации собственного узла приготовления катализаторного комплекса для димеризации этилена на основе доступных отечественных компонентов.
Подобрано оборудование, соответствующее требованиям взрывобезопасности и технологического режима, с приоритетным использованием российских аналогов.
Экономический анализ демонстрирует инвестиционную привлекательность проекта со сроком окупаемости 3,2 года и внутренней нормой доходности 28 %.
При реализации данной технологической схемы производство полиэтилена будет стабильно обеспечено бутеном-1, так как узел приготовления катализатора решает проблему импортозависимости и непрерывности выпуска сомономера.
1. Danilov, A.A. Osobennosti processa dimerizacii etilena dlya po-lucheniya butena-1 / A.A. Danilov, A.A. Istomina // Sbornik nauchnyh trudov Angarskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. – 2025. – № 22. – S. 77-79.
2. Patent RU2304147C2. Kataliticheskaya sistema dlya dimerizacii etilena i sposob dimerizacii etilena v 1-buten / Belov G.P., Kudryashov V.N., Alehin L.S., Potapov S.S.; OAO «Kazan'orgsintez». – Opubl. 10.08.2007.
3. Danilov, A.A. Razrabotka uzla prigotovleniya katalizatora dlya processa dimerizacii etilena v usloviyah importozamescheniya / A.A. Danilov, A.A. Istomina // Sovremennye tehnologii i nauchno-tehnicheskiy progress. Mezhdunarodnaya NTK imeni prof. V.Ya. Badenikova. – 2026.
4. Timofeev V.S. Osnovnye processy i apparaty himicheskoy tehnologii / V.S. Timofeev – M.: Himiya, 2020. – 450 s.
5. Metodicheskie rekomendacii po ocenke effektivnosti investicionnyh proektov (utv. Minekonomiki RF 21.06.1999 № VK 477, s izm. 2008).
6. Savickaya G.V. Analiz hozyaystvennoy deyatel'nosti predpriyatiya / G.V. Savickaya – M.: INFRA-M, 2022. – 512 s.
