студент
Россия
Россия
В работе выполнены технологические и экономические расчеты узла приготовления катализа-торного комплекса для процесса димеризации этилена в бутен-1. На основе данных о производительности установки рассчитан материальный баланс, подобрано основное и вспомогательное оборудование с учетом импортозамещения (емкости, насосы, трубопроводы). Проведена оценка экономической эффективности проекта. Показано, что создание узла на основе отечественных компонентов (ТБТ, ТГФ, н-гексан) позволяет отказаться от импортного катализатора LC2254, обеспечивая годовой экономический эффект около 8,5 млн руб. и срок окупаемости 3,2 года
димеризация этилена, бутен-1, импортозамещение, катализаторный комплекс, материальный баланс, экономическая эффективность
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. Данилов, А.А. Особенности процесса димеризации этилена для по-лучения бутена-1 / А.А. Данилов, А.А. Истомина // Сборник научных трудов Ангарского государственного технического университета. – 2025. – № 22. – С. 77-79.
2. Патент RU2304147C2. Каталитическая система для димеризации этилена и способ димеризации этилена в 1-бутен / Белов Г.П., Кудряшов В.Н., Алехин Л.С., Потапов С.С.; ОАО «Казаньоргсинтез». – Опубл. 10.08.2007.
3. Данилов, А.А. Разработка узла приготовления катализатора для процесса димеризации этилена в условиях импортозамещения / А.А. Данилов, А.А. Истомина // Современные технологии и научно-технический прогресс. Международная НТК имени проф. В.Я. Баденикова. – 2026.
4. Тимофеев В.С. Основные процессы и аппараты химической технологии / В.С. Тимофеев – М.: Химия, 2020. – 450 с.
5. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов (утв. Минэкономики РФ 21.06.1999 № ВК 477, с изм. 2008).
6. Савицкая Г.В. Анализ хозяйственной деятельности предприятия / Г.В. Савицкая – М.: ИНФРА-М, 2022. – 512 с.
