Как компании зарабатывают деньги. Производство кумола

ПАО «Казаньоргсинтез». Фото ПАО «Сибур»
Ещё одной группой продуктов, которую выпускает НКНХ, являются неонолы. Для их производства потребуется особое сырьё, которое на НКНХ нужно ещё привезти. Но и оно получается не сразу. Начнём рассказ о производственной цепочке неонолов, пожалуй, с кумола C6H5CH(CH3)2, который очень удачно выпускается на другом заводе Сибура — ПАО «Казаньоргсинтез».
Впервые кумол был выделен в 1840 г. из того, что вы можете найти у себя на кухне — семян кумина (зиры), и первоначально тоже назывался «кумин». Впоследствии немецкий химик Юстус фон Либих предложил для вещества название «кумол», что прижилось в немецком и русском языке. В англоязычной литературе принято название cumene (с суффиксом -ene как унифицированное для ароматических соединений), так же как и в большинстве европейских языков. На азербайджанском кумол называют поэтическим словом "İzopropilbenzol", что, конечно, ближе к научной номенклатуре.
Кумол (изопропилбензол, 2-фенилпропан) выпускается промышленностью в виде бесцветной прозрачной жидкости. Кумол используют в основном для синтеза фенола, ацетона и альфа-метилстирола. Собственно, с «фенольного куста» и начинался «Казаньоргсинтез» в советские годы: в 1963-м запустили производство фенола и ацетона из кумола, закупая его на стороне, а в 1964 году стали получать собственный кумол.
Промышленным методом получения кумола является алкилирование бензола C6H6 пропиленом CH3CHCH2 в присутствии катализатора по реакции Фриделя-Крафтса.
Француз Шарль Фридель и американец Джеймс Крафтс, изучая реакции хлорсодержащих производных бензола, обнаружили: добавление металлического алюминия в реакционную смесь оказывает на неё огромное (и неожиданное) действие. Поначалу ничего особенного не происходит, но при нагревании процесс начинает идти столь бурно, что выделяется колоссальное количество тепла («собственного» тепла реакции) и образуется широкий спектр продуктов. Следовало предположить, что при этом — поначалу медленно — образуется какой-то неизвестный прежде промежуточный продукт, который постепенно ускоряет реакцию. Фридель и Крафтс выдвинули предположение (оказавшееся справедливым), что этот промежуточный продукт — хлорид алюминия AlCl3 и именно он ускоряет реакцию, поскольку при его добавлении реакция начинается мгновенно. В 1877 г. они опубликовали результаты своей работы, и скоро описанный ими процесс стали именовать реакцией Фриделя-Крафтса.
Исторически первые технологии по этой реакции использовали в качестве катализатора именно хлорид алюминия и проводились в растворе. Такая технология была описана мной в статье, посвящённой получению этилбензола — этот процесс также протекает по реакции Фриделя-Крафтса. Технологию на основе хлорида алюминия использовали и на «Казаньоргсинтезе» для получения кумола.
В последнее время в России внедряются процессы алкилирования в реакторе с неподвижным слоем цеолитных катализаторов. Использование твердых катализаторов значительно упрощает технологию подготовки сырья и переработку реакционной массы: отпадает необходимость осушки сырья и стадии удаления катализатора.  «Казаньоргсинтез» не отстаёт от этих веяний — реконструкция производства кумола, завершившаяся в 2023 году, проводилась на основе более современной цеолитной технологии. Её и рассмотрим сегодня.

Большие шишки жмякают большую кнопку. Фото РИА Новости / Максим Богодвид
Сырьевой пропилен очищают от примесей в блоке очистки пропилена на адсорбентах и подают на стадию алкилирования. Туда же со склада подают насосами сырьевой бензол и рециклируемый непрореагировавший бензол со стадии разделения продуктов.
Алкилирование проводят при высоких скоростях подачи жидкого сырья и температурах 210-255°С. Реакция Фриделя-Крафтса неизбирательна как ковровая бомбардировка: к одной молекуле бензола может присоединиться до трёх молекул пропилена, и, таким образом, дать совсем другие продукты (полиизопропилбензолы). Поэтому процесс проводят при большом (семи- или восьмикратном) избытке бензола — так образование молекулы всего с одним присоединённым пропиловым радикалом наиболее вероятно.
После реактора продукты алкилирования охлаждаются в холодильнике, затем направляются в колонну для отделения пропана (примесь в сырьевом пропилене). В следующей колонне от реакционной массы отделяют непрореагировавший бензол (а он был в избытке, как вы помните). Бензол возвращают в реактор.

Если вы уже успели запутаться, то вот схема
Далее реакционную смесь направляют в ещё одну колонну, где из неё выделяют целевой продукт — кумол. Тяжёлые фракции этой колонны — побочные продукты алкилирования, те самые полиизопропилбензолы. Их, после отделения от совсем уж тяжёлых смол (тоже в отдельной колонне) направляют на трансалкилирование. Это процесс, при котором на специальном катализаторе согласно заветам Шарикова произойдёт перераспределение пропиловых радикалов от тех молекул бензола, у кого их много, к тем, у которых их нет вообще. Так получают ещё некоторое количество кумола, который направляют по тому же маршруту разделения.

Третьекурсник Бог Вычислений защищает перед профессором А.И. Рахимовым семестровую работу по органической химии «Технология трансалкилирования производных бензола» (оценка «хорошо»). ВолгГТУ, 2014 год, фото в цвете
Теперь о цифрах. Производственная мощность «Казаньоргсинтеза» по получению кумола после модернизации составляет 110 тыс. тонн/год с возможностью увеличения до 120 тыс. тонн/год. Другие производители в России -- ООО «Газпром нефтехим Салават» (Газпром), ПАО «Уфаоргсинтез» (170 тыс. тонн/год, Роснефть), АО «Омский каучук» (160 тыс. тонн/год, ГК «Титан»), ООО «Саратоворгсинтез» (Лукойл). Продукт — один из наиболее крупнотоннажных среди производных бензола. Примерно 20 % мирового производства бензола расходуется для получения кумола.
Единственное российское предприятие, поставляющее кумол на рынок (включая внешние отгрузки), – «Уфаоргсинтез». Весь получаемый на ПАО «Казаньоргсинтез» кумол подвергается переработке в фенол и ацетон. Это, кстати, самый распространённый вариант потребления продукта. Сам по себе кумол может использоваться как высокооктановая добавка к моторному топливу (сейчас почти не используется по современным стандартам топлив), иногда применяется в качестве растворителя органических веществ.
В мире ситуация аналогичная — только 4% от производимого кумола поступает на рынок, около 2 млн тонн/год, т.е. мировые производственные мощности составляют суммарно около 50 млн тонн/год, и большая часть перерабатывается в фенол и ацетон самими производителями. Крупнейшие мировые экспортёры — Япония (30% рынка), Нидерланды (27% рынка), Сингапур (26% рынка). Россия входит в десятку крупнейших экспортёров с долей рынка около 2%. Крупнейшие страны-потребители: Бельгия, Китай, Германия.