Новые катализаторы: станет ли Казань центром российской спецхимии?
Стало известно, что в Казани вместе с новым научно-прикладным химическим центром будет построено производство катализаторов. Но большинство из нас после школьной программы редко встречаются с этим термином. Объясняем, почему производство катализаторов в Татарстане значимо, и рассказываем для чего они нужны.
В Казани – на территории «Казаньоргсинтеза» и рядом с предприятием будет создан новый научно-промышленный парк «Алабуга – Северные ворота». На его территории появится фабрика катализаторов. Разработкой и совершенствованием важнейших для нефтехимии добавок займется научный центр СИБУРа. «Пришла пора опомниться и развивать свою экономику, а не промплощадки других, пусть и дружественных для нас стран» - призывают эксперты. – Иначе вся наша нефтехимия может остановиться».
Что произошло?
«Казаньоргсинтез» (входит в СИБУР) и ОЭЗ «Алабуга» подписали соглашение по созданию индустриального парка «Алабуга – Северные ворота». Парк будет способствовать развитию технологической независимости всей нефтехимической отрасли, отмечают стороны. Он обеспечит население и промышленность новыми синтетическими материалами. На территории парка «Алабуга – Северные ворота» СИБУР будет проводить исследования по созданию новых полимеров и внедрять опытные образцы в массовое производство.
Ключевой проект в рамках партнерства связан с созданием центра научных исследований и масштабирования технологий нового поколения. В задачи НИОКР-центра входит разработка новых катализаторов и материалов по принципу полного цикла — от лабораторных исследований до создания промышленных технологий и их коммерциализации. В связке с научным центром в индустриальном парке будет организовано производство катализаторов для нефтехимической продукции объемом более 10 млн тонн ежегодно.
Фото: © «Татар-информ»
Что такое катализаторы, и почему они так важны?
Катализаторы – это вещества, которые ускоряют химические реакции. 80% технологических процессов нефтехимии, нефтепереработки и промышленной химии проистекают только с участием катализаторов. Передовая наука сосредоточена на разработке и совершенствовании этих веществ.
Сегодня существует более тысячи марок катализаторов. Они применяются в химии при производстве аммиака, серной кислоты, полимеров, в нефтепереработке при получении моторного топлива, в масло-жировой промышленности и в фармацевтике.
Разработка сложных катализаторов требует многолетнего труда выдающихся ученых. Например, одно из важнейших достижений в химии полимеров совершил в 1949 году немецкий химик Карл Циглер – ему удалось получить полиэтилен путем полимеризации этилена с применением комплексного титан-алюминиевого катализатора. Итальянский коллега Циглера Джулио Натта продолжил его исследования, и на промышленной установке впервые получил изотактический полипропилен - синтетическую ткань, которую используют для производства водонепроницаемых плащей и курток. За свои разработки оба ученых в 1963 году получили нобелевскую премию, а производство пластмасс, эластомеров и резин с применением серии катализаторов Циглера-Натта за десятки лет сделало жизнь человечества удобнее, позволило прийти к прорывным решениям в автопроме, медицине, строительстве.
Раньше в России производили катализаторы?
Сильная школа по разработке и внедрению катализаторов существовала еще в СССР, однако с переходом на рыночные отношения это научное направление угасло. «Когда у нас начался курс на глобализацию, мы вместо производства своих катализаторов начали закупать чужие в Германии, Китае, Южной Корее и в других стран», - рассказал корреспонденту «Татар-информа» генеральный директор "Межотраслевого института переработки пластмасс — НПО «Пластик» Игорь Цапенко. - Но сейчас многие рецепты катализаторов, созданных в 70-х и 80-х годах прошлого века, снова встают на вооружение и совершенствуются».
Почему именно сейчас все заговорили о катализаторах?
Поддержкой импортозамещения на государственном уровне в России занялись в 2014-2015 годах, с появлением первых ограничений на поставки компонентов. С введением новых санкций в 2022 году основные лицензиары и производители катализаторов отказались от поставок в РФ.
«Проблема сейчас даже не в цене катализаторов, а в доступности некоторых марок, - говорит генеральный директор компании United catalyst technologies (Нижнекамск) Борис Малышкин. – Да, простые марки могут производить на Казаньоргсинтезе, на территории других республиканских предприятий. Но нужны более сложные марки, например, BMC-200, который используется при производстве полиэтилена низкого давления. Подобные катализаторы в текущих реалиях мы произвести не можем».
Что изменит фабрика катализаторов?
«Создание своих катализаторов позволит не только увеличить объем уже выпускаемой продукции, но и получить новые материалы в России, - говорит Цапенко. - В частности сверхмолекулярные полиэтилены или суперконструкционные пластики». Эти материалы пригодны для работы в экстремальных условиях и востребованы в стратегически важных отраслях экономики: от оборонно-промышленного комплекса до производства электромобилей.
Совершенствование катализаторов позволяет улучшить характеристики полимеров. Например, в том числе благодаря новым катализаторам срок службы полиэтиленовых труб увеличился с 50 до 100 лет, что уже в несколько раз превышает срок службы труб из металла.
«Без развития малой химии, включая производство катализаторов, не достичь успехов в крупнотоннажной химии, - говорит директор «Межотраслевого научно-производственного центра» Инна Артеменкова. – Сейчас нам приходится на ходу восстанавливать опыт советских научных лабораторий, и изобретать новые продукты, о создании которых мы даже не задумывались, пока успешно функционировали каналы поставок из-за рубежа. Пришла пора опомниться и развивать свою экономику, а не промплощадки других, пусть и дружественных для нас стран».
Разве мы не закупаем катализаторы у дружественных стран? Зачем изобретать велосипед?
Помимо Европы катализаторы получают в Китае или Индии. Однако там производят не всю линейку необходимых для России марок. Кроме того, логистика занимает значительное время, а ввозимые из Азии катализаторы не всегда подходят по свойствам для производства целевого продукта, объясняют наши эксперты.
Применение катализатора недостаточного качества ухудшает свойства производимых полимеров. Пластиковый автомобильный бампер должен быть одновременно прочным, вязким и гибким. Но при несовершенном катализаторе он потеряет защитные функции и будет раскалываться даже при легком ударе.
Катализаторы также могут отличаться уровнем «концентрации». В одном случае для производства 100 килограмм полимеров потребуется 1 килограмм катализатора, а в другом – 10 килограмм. Эти скачки объемов добавок при выпуске полимеров приводят к браку, производственным потерям, невыполнению планов, росту стоимости. Страдают все участники производственной цепочки.
«Обернитесь вокруг – все, что вас окружает, состоит из полимеров, от корпусов телефонов до протезов суставов и контактных линз, - заметил Малышкин. - У каждого из этих материалов свои функции. Если мы хотим, чтобы наша промышленность работала, надо наращивать лабораторные партии катализаторов и масштабировать их».
«Создание полноценной катализаторной фабрики – это важнейшая и сложнейшая задача, - говорит профессор, доктор химических наук, профессор кафедры Общей химической технологии КНИТУ-КХТИ Харлампий Харлампиди. - Если мы сейчас не начнем производить катализаторы сами, а будем всегда их покупать, в какой-то момент вся наша нефтехимия и полимерная химия может остановиться без зарубежных поставок.
Почему технологиями производства полимерных катализаторов обладает Китай, а не Россия?
Это связано с торможением, а затем и деградацией нефтехимической отрасли в период 90-ых годов прошлого века – середины нулевых годов текущего века. В России не велось строительство новых мощностей, практически не обновлялись действующие. Компоненты вообще не входили в зону внимания. С начала нулевых и по сегодняшний день в российской нефтехимии фокус внимания был направлен на крупнотоннажное производство. Благодаря реализации крупных инвестпроектов Россия вошла в ТОП-5 крупнейших полимерных экономик мира. Вместе с тем, глобальный рынок формировал страновую специализацию – так, например, крупнейшими экспортерами катализаторов для мировых производителей полимеров являются США, Германия, Южная Корея. Доступ России к открытому рынку удовлетворял потребности отрасли в спецхимии – изменение ситуации диктует новые условия. Кроме того, усложняется структура отрасли – переработчикам нужны специальные марки базовых полимеров, малотоннажные продукты со сложной рецептурой. Таким образом, создание катализаторного производства – это логичный ответ на запрос рынка.
Кроме того, существуют страновые отличия по использованию лицензий. «При строительстве химических производств в Китае лицензиары предоставляли технологии производства, - вспоминает Малышкин. - Например, такими технологиями обладает компания Sinopec (Sinopec Corporation - одна из крупнейших интегрированных энергетических и химических компаний Китая – прим. ред.), они разработали и производят катализаторы. В России же концентрировались на проработке новых мощностей, а не компонентов. При этом, цены в РФ на некоторые катализаторы, например, титан-магниевые, которые нужны при производстве полиэтилена и разного рода сополимеров, плавали от $200 до $600 за кг. Неопределенность в поставках и плавающая цена – таковы последствия катализаторной зависимости».
Какова потребность России в катализаторах? И когда мы достигнем катализаторной независимости?
По данным института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, объем потребления катализаторов в России – 60-70 тыс. тонн в год. Доля импортных катализаторов в промышленности России – от 20% до 95%, в зависимости от процесса. По каучукам в России исторически хорошие компетенции, локализация катализаторов здесь около 80-90%.
СИБУР для получения своей продукции использует более 100 наименований катализаторов, более 50% из которых представляют собой импортные продукты, что в условиях санкционного режима усложняет деятельность холдинга, рассказал главный научный сотрудник лаборатории сорбционных и каталитических процессов Химического института им. А.М. Бутлерова, доктор технических наук, профессор КФУ Александр Ламберов. Член правления СИБУРа Павел Ляхович в прошлом году в Казани заявил, что до наступления 2030 года холдинг будет полностью себя обеспечивать катализаторами.
По оценке гендиректора НПО «Пластик» Игоря Цапенко, сейчас в России производится около 20% катализаторов. «Надо нарастить этот объем хотя бы в 2-3 раза, в идеале выйти на 100% независимость, - говорит Цапенко. – Причем сделать это надо было вчера. Сейчас это первостепенная задача».
Зачем СИБУР строит фабрику катализаторов именно в Казани?
В столице Татарстана научно-исследовательский потенциал сосредоточен в КФУ и КНИТУ-КХТИ, а также в научно-технологическом центре «Нижнекамскнефтехима» и лаборатории «Казаньоргсинтеза». Полученные разработки обкатываются на промышленных площадках СИБУРа в республике. «Казань превращается в полимерный хаб, скоро большинство полимерных материалов будет выпускаться в Татарстане, - уверен Цапенко. – В республике десятилетиями выстраивались традиции химической школы, здесь развита и нефтедобыча, и нефтепереработка».
«Решение СИБУРа построить фабрику катализаторов позволит развернуть конкуренцию не столько за стоимость полимеров на мировых поставках, сколько за их качество, - говорит Малышкин. - Вдобавок, производитель полимеров должен думать о том, чтобы разрабатывать новые марки. Но эта задача даже не одной корпорации, это должно быть общее дело для всего государства.
Где брать кадры?
Разработка и внедрение катализаторов требует привлечения немалых научных ресурсов. Высокими компетенциями в этом направлении обладают сотрудники новосибирского института катализа имени Г. К. Борескова Сибирского отделения РАН, нижегородского института металлоорганической химии имени Г. А. Разуваева РАН, санкт-петербургского государственного технологического института, московского федерального исследовательского центра химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН. «В этих институтах синтезируют многокомпонентные катализаторы со сложной модификацией, но эти разработки не выходят за пределы лаборатории, - говорит профессор, доктор химических наук, заведующий кафедрой общей химической технологии Института нефти, химии и нанотехнологий КНИТУ-КХТИ Николай Улитин. - Сложность в том, чтобы перейти от фундаментальной науки к внедренческой».
Именно эту задачу и должна решить катализаторная фабрика.