Как компании зарабатывают деньги. Производство капрона

Фото КуйбышевАзот
Предыдущие статьи:

1. Как компании зарабатывают деньги. Производство прямогонного бензина
2. Как компании зарабатывают деньги. Производство бензола
3. Как компании зарабатывают деньги. Производство капролактама

Продолжаем рассматривать производственную цепочку Шинного корда на КуйбышевАзот. Сегодня рассмотрим последнее химическое превращение на пути к изделию — превращение капролактама в полиамид-6. После этого все приключения будут происходить уже с полиамидом без изменения его химического состава. Полиамид-6 ещё называют капроном или найлоном. Всё это суть одно вещество — полимер капролактама. Есть ещё нейлон — полимер с тем же составом, но несколько иным присоединением мономерных звеньев друг к другу, хотя в англоязычной литературе нейлоном называют оба полимера — и капрон и собственно нейлон. Индекс 6 в названии обозначает количество углеродных атомов в молекуле мономера. Поскольку в молекуле капролактама 6 атомов углерода (С6H11NO), то и получаем из него полиамид-6. Куйбышевазот выпускает первичный полиамид-6 шести различных марок, отличающихся относительной вязкостью раствора полимера в серной кислоте. Например, марка Волгамид 24 означает, что вязкость раствора полиамида в серной кислоте в 2,4 раза выше, чем чистой серной кислоты без полимера. Итак, как же получают капрон на предприятии КуйбышевАзота в Тольятти?

Мы не знаем что это такое, если бы мы знали что это такое, мы не знаем что это такое!
Суть всего процесса производства полиамида-6 заключается в полимеризации. Молекула капролактама — циклическая. Если это колечко «расцепить», то получится молекулярная «ниточка» с двумя концами (мономерное звено), соединяя концы «ниточек» можно получить одну длинную — макромолекулу полиамида. Количество мономерных звеньев для полиамида составляет от 100 до 200 в одной макромолекуле. Раскрытие кольца капролактама осуществляют в присутствии воды при нагревании, такой тип полимеризации называется гидролитической (от греческого названия воды). Длина макромолекулярной цепи регулируется концентрацией специального вещества — агента обрыва цепи. В его роли здесь обычно выступает уксусная кислота.

Сырье (капролактам, деминерализованная вода, регулятор вязкости) смешивается и непрерывно подается в верхнюю часть реактора — полимеризационную колонну. Реакция протекает в течение 15–20 ч при температуре до 300 °C (для нагрева используют встроенные в колонну змеевики с теплоносителем). Протекая вниз по реактору через разные температурные зоны, капролактам нагревается и полимеризуется до полиамида-6.

Цех полиамида. Фото КуйбышевАзот
Полиамид проходит через фильер (сетку), расположенный в нижней части колонны, охлаждается и разрезается на гранулы с помощью режущей машины.
В условиях реакции полимеризации выход полиамида составляет 89 % — 90 %, то есть около 10% исходного капролактама не полимеризуется. Продукт загрязнен исходным мономером и циклическими олигомерами (это когда молекулярная цепочка сама замкнулась в огромное кольцо, так не положено), которые должны быть удалены. Мешающие соединения удаляются путём экстракции горячей дистиллированной водой в противотоке в экстракционной башне.
После промывки вода содержит высокие концентрации капролактама и, следовательно, направляется на концентрирование (испарение лишней воды) для повторного использования капролактама в процессе.
Гранулят после экстракции содержит 12-13 % влаги, он поступает на стадию сушки, где высушивается в потоке горячего азота (обескислороженный воздух). Затем сухие гранулы отправляются в бункер для хранения путем пневматической транспортировки.

Гранулы готового полиамида-6. Фото КуйбышевАзот
Готовые гранулы используются на КуйбышевАзоте для производства полимерной нити, а также инженерных пластиков — в Тольятти и на дочерних предприятиях в Рудольштадте (Германия) и Шанхае (Китай). Инженерные пластики — это в данном случае композиты полиамида-6 с различными наполнителями (например стекловолокном) или модификаторами для улучшения их физических свойств. Их используют для литья под давлением в изготовлении пластмассовых деталей.

Михалыч управляет дозировкой полиамида. Фото КуйбышевАзот
Теперь о цифрах. Согласно отчёту 2020 КуйбышевАзот произвёл 142 тыс. тонн полиамида-6 при мощности 204 тыс. тонн/год. Это де-факто единственное производство полиамида-6 в России (99,6% в российском производстве). Кроме КуйбышевАзота полиамид в России производит Метафракс (Губаха) — около 1,5 тыс. тонн/год и продаёт его как сырьё для литья полимерных деталей машиностроения.
Самостоятельно КуйбышевАзот потребляет 32% выпускаемого полиамида — на производство полимерной нити. Из проданного полиамида доля экспорта составила 62%, поставки осуществлялись в страны Северо- и Юго-Восточной Азии, Западной и Восточной Европы, Ближнего Востока, Латинской и Северной Америки. Средняя цена на полиамид-6 в 2021 году находится в районе 200000 руб/т.