Производство полиэтилена как бизнес: описание технологий изготовления, примеров оборудования, нюансов организации дела 2

Полиэтилен является наиболее дешевым неполярным синтетическим полимером, который относится к классу полиолефинов. Он широко востребован во всем мире. Для успешного старта потребуются определенные вложения, но при правильной организации технологических процессов и разумному поиску точек сбыта они быстро окупятся. Рассмотрим информацию для организации производства полиэтилена как сырья для изготовления упаковочных пленок, пакетов и множества других изделий.

Рынок полиэтилена

Производство полиэтилена (ПЭ) занимает примерно 35% мирового рынка термопластов. Из них 17% приходится на изготовление функционального и плотного материала, а 18% — на полимер с более рыхлой структурой. В последние годы общая доля полиэтилена снизилась, что связано с частичной заменой на полипропилен.

Если рассматривать российский рынок полиэтилена в глобальных масштабах, объем данной продукции занимает всего 2% от мирового выпуска. Однако есть определенные особенности:

• введение международных санкций стало причиной сокращения импорта, в результате наблюдается активный переход на потребление полиэтилена собственного производства;
• значимую долю полиэтилена выпускают несколько крупнейших производителей, задающих общую тенденцию;
• аналогично ситуации на мировом рынке, цены на российский полимер постепенно растет, но резких скачков не наблюдается. 

В связи с появлением новых производств по переработке полиэтилена для изготовления конечной продукции, спрос на сырье продолжает умеренно расти.

Крупнейшие предприятия по производству полимеров расположены в Узбекистане, России, Южной Корее, Беларуси.

В России лидерские места занимают:

• ОАО «Казаньоргсинтез» — крупнейший производитель полиэтилена в РФ, находится в Казани;
• «Сибур Холдинг» — крупнейшая в РФ интегрированная нефтехимическая компания;
• ООО «Ставролен» — предприятие химической промышленности, которое находится в Буденновске, Ставропольского края
• «ЗапСибНефтехим» — нефтехимический комбинат группы «СИБУР» в Тобольске (открыт в мае 2019 года);
• завод «Нижнекамскнефтехим» — один из лидеров отечественного рынка по выпуску полиэтилена, в городе Нижнекамск.

Для нового предприятия крупные промышленные компании не будут являться прямыми конкурентами. Прежде чем рассматривать их в качестве соперников, стоит обойти более мелких производителей.

Описание продукта

Полиэтилен — органическое соединение, полимер этилена, принадлежит к классу полиолефинов. Выпускается в виде цветных или прозрачных гранул размером 3-5 мм, а также в форме порошка.

ПЭ классифицируется по плотности, что зависит от условий технологического процесса (температуры, давления, катализаторов).

Основными видами являются:

• полиэтилен низкой плотности (высокого давления) — ПВД, ПЭНП (используется для изготовления полиэтиленовых пакетов, упаковочной пленки и прочего);
• полиэтилен высокой плотности (низкого давления) — ПНД, ПЭВП (являются основой полимерных канализационных труб, горшков для комнатных растений и других изделий из пластика).

Другие разновидности:

• полиэтилен среднего давления (высокой плотности) — ПЭСД;
• линейный полиэтилен высокой плотности — ЛПВД;
• линейный полиэтилен средней плотности — ПЭСП;
• линейный полиэтилен низкой плотности — ЛПЭНП;
• полиэтилен очень низкой плотности — VLDPE;
• полиэтилен сверхнизкой плотности — ULDPE;
• металлоценовыйлинейный низкой плотности — MPE;
• сшитый ПЭ — XPE;
• высокомолекулярный полиэтилен — ВМПЭ;
• сверхвысокомолекулярный — UHMWPE.

Все виды полиэтилена отличаются друг от друга, как по своей структуре, так и по свойствам, соответственно, и используются они для решения различных задач.

Линейный полиэтилен ― промежуточное звено между ПЭНП и ПЭВП, сочетает свойства обоих материалов.

ПЭ практически не пропускает газы, устойчив к воздействию щелочей и кислот. При комнатной температуре не вступает в реакцию с растворителями. Под высоким давлением может растворяться в воде, нагретой до 180 градусов по Цельсию.

Сырье

Сырьем для производства полиэтилена является этилен ― горючий газ без цвета, имеющий сладковатый запах. При определенных условиях частично растворяется в воде и этаноле. Для получения полиэтилена используется газ, прошедший высокую степень очистки, поскольку сторонние примеси (метан, этан) тормозят реакцию полимеризации, а также способны менять окрас материала.

Нефтяные газы получают путем крекинга под воздействием температуры 400―450 градусов по Цельсию и пиролиза при 700°С. Помимо этилена, выделяются метан, этан, пропилен и другие вещества. Поэтому полученная смесь перед поступлением на производство подвергается предварительной очистке.

Этилен поставляют в цистернах или баллонах. К продукту прилагается документ о соответствии качеству (ГОСТ 25070-2013). В нем содержится следующая информация:

• наименование изготовителя;
• товарный знак, юридический адрес;
• название продукта;
• масса нетто;
• результаты исследований;
• дата изготовления;
• обозначение действующего стандарта.

Помимо основного сырья (этилена), в производстве участвуют и другие вещества.

ГОСТы

• ГОСТ 16338-85 Полиэтилен низкого давления. Технические условия
• ГОСТ 16337-77 Полиэтилен высокого давления. Технические условия
• ГОСТ 26393-84 Полиэтилен. Метод определения экстрагируемых веществ диэтиловым эфиром
• ГОСТ 26359-84 Полиэтилен. Метод определения содержания летучих веществ

Технологии производства полиэтилена + Видео как делают

ПЭ можно разделить на две большие группы: низкой и высокой плотности. Материал, изготовленный при среднем давлении, является разновидностью материала высокой плотности. Поэтому будет рассмотрено два основных технологических процесса, применяемых на предприятиях.

Производственный процесс для получения полиэтилена под высоким давлением (низкой плотности)

Технологический процесс протекает в 3 стадии:

1. Инициирование.
2. Рост цепи.
3. Обрыв цепи.

Суть инициирования состоит в распаде элементов при воздействии высоких температур на свободные радикалы, которые затем присоединяются к молекуле этилена. Та, в свою очередь, набирает требуемую энергию активации, приобретает способность присоединять новые аналогичные молекулы. Передает им энергию, начинается рост цепи полимера. В качестве инициаторов выступают кислород, органический периоксид, нитрильные соединения.

По мере роста цепи образуются молекулы полимера с боковыми ответвлениями (длинными и короткими). Формируется приближенное шестичленовое кольцо.

Полимеризацию этилена под высоким давлением можно осуществить одним из двух способов: полимеризацией в массе или с растворителем (в суспензии). Первая технология используется чаще. Ее суть состоит в следующем:

1. Этилен, подающийся на полимеризацию, состоит из смеси нового и возвратного газа (при непрерывном процессе). Чтобы очистить от твердых примесей, его пропускают сквозь фильтр.К этилену из баллона добавляют кислород (инициатор). Его количество зависит от условий реакции. Каждому значению температуры и давления соответствует определенный объем кислорода. Если его превысить, этилен может взорваться и разложиться на водород, углерод и метан.
2. Процесс смешивания этилена с кислородом начинается на стадии транспортировки газа, продолжается во время фильтрации, а также осуществляется при сжатии, которое происходит в 2 этапа (под давлением 30—35 и 150 МПа) с промежуточными охлаждениями в водяном холодильнике и очисткой от масляных примесей.
3. В верхней части реактора имеются трубки, диаметр которых составляет 10 мм. Они оснащены рубашками, где циркулирует вода, нагретая до 20 градусов по Цельсию. Смесь разогревается до 200–260°С, что способствует процессу полимеризации.
4. Полиэтилен с остаточным газом выводится через нижнюю головку устройства. Затем происходит процесс дросселирования до 30—40 МПа, после чего поступает в сепаратор.
5. Этилен отправляется на очистку, а полиэтилен — в шнек-приемник. На пути он дросселируется до 0,2—0,3 МПа.
6. Через верхний штуцер отводится газ для повторного производства, а через нижний в виде жгута выводится готовый материал и поступает в гранулятор.
7. Далее продукция отправляется на дополнительную обработку: отделитель конденсата, центрифугу, вибросито.

Второй способ изготовления полиэтилена (с растворителем или в суспензии) не настолько популярен, как первый. Реакция осуществляется в трубчатом реакторе при температуре 200 градусов по Цельсию и под давлением 100 МПа. Участие принимает бензол и незначительное количество кислорода или в эмульсии.

Видео:

Производственный процесс для получения полиэтилена под низким давлением (высокой плотности)

Реакция протекает при участии этилена и смешанного катализатора(четыреххлористого титана и триэтилалюминия). Технологический процесс может протекать непрерывно или периодически.

Чаще всего применяются 3 последовательные операции:

1. полимеризация этилена;
2. отмывка от катализатора;
3. сушка.

Процесс полимеризации:

1. В мерники поступают катализаторы в виде 5%-ных растворов. Там они смешиваются с бензином и циклогексаном до получения концентрированной 0,2%-ной смеси.
2. Благодаря наличию водяной рубашки в емкости, раствор нагревается до температуры 50 градусов по Цельсию. При помощи насоса закачивается в реактор (автоклав емкостью 10 м³), поддерживаясь на постоянном уровне.
3. В нижнюю часть реактора подается этилен, способствует перемешиванию массы, отведению тепла, частичной полимеризации. Реакция протекает при температуре 120 градусов по Цельсию и под  давлением 0,5МПа.

Полученный полимер загрязнен остатками катализатора, поэтому требует очистки.

Промывка от катализатора и сушка:

1. Циркулирующая по кольцу суспензия отбирается в центрифугу, где происходит отделение жидкости от готового материала. Она самотеком поступает в сборник и перекачивается при помощи насоса в отстойник для дальнейшей нейтрализации и очистки.
2. ПЭ, в котором содержится не менее 30% растворителя и катализаторный комплекс, поступает в сборник и нагревается до температуры 50 градусов по Цельсию.
3. Подается метиловый спирт, происходит смешивание с полиэтиленом в течение 1 часа. Этого времени достаточно для разложения катализатора до растворимых продуктов.
4. Суспензия поступает в другую центрифугу, происходит отжим и промывка метанолом (по завершению процесса он самотеком поступает в сборник и при помощи насоса отправляется на регенерацию).
5. Отжатый материал, который содержит до 40% метанола и продукты разложения катализаторов, поступают в сборник. Снова подается метиловый спирт для отмывки продукта (процесс протекает при температуре 50 градусов по Цельсию в течение 1 часа).
6. Затем суспензия поступает в третью центрифугу, где происходит отмывка осадка метанолом и последующий отжим. Спирт самотеком отправляется в сборники.
7. Отжатый ПЭ поступает в шнек и переносится поочередно в бункеры-смесители. Туда же поступают добавки (воск, нитрофосфат и другие) для улучшения качества материала.
8. Влажный продукт транспортируется в цех для просушки, осуществляемой при помощи тока горячего азота (100 градусов по Цельсию). Высушивание осуществляется до содержания метанола 5%.
9. После первичной просушки полимер проходит еще одну камеру сушилки. Там он проходит окончательную обработку и избавляется от большей части метилового спирта (концентрация 0,15%). Результат достигается снова при воздействии горячего азота (70 градусов по Цельсию), подаваемом под решетку.

Готовый продукт в виде порошка через дозатор выгружается в бункера, откуда отправляется на грануляцию.

Помещение

Предприятие по изготовлению полиэтилена относится к категории опасных производственных объектов (Приложение 1 ФЗ-116 от 01.07.1997), требует согласования и проверки Ростехнадзором. К помещению предъявляют следующие требования:

• производственный цех находится в загородной нежилой либо промышленной зоне;
• помещение оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией, отоплением;
• установлено трехфазное электроподключение, выполнено заземление элементов питания;
• высота потолков в производственном цеху не менее 8 метров, поскольку предполагается установка высокого технологического оборудования;
• стены и потолок отделаны при помощи негорючих материалов;
• установлена противопожарная система, есть план эвакуации;
• производственное оборудование размещается согласно требованиям ГОСТа 12.3.002-74;
• рабочие места организованы в соответствии с ГОСТами 12.2.061-81 и 12.3.002-74.

Предприятие, площадью около 300 м², разделено на рабочие зоны:

• производственный цех (150 м²);
• склад для хранения готовой продукции и сырья (80 м²);
• офисы (40 м²);
• служебные комнаты с санузлами (15 м²);
• холл, гардеробная и прочее (15 м²).

На общей территории, но в виде отдельных строений, можно разместить ремонтные цеха, столовую и помещения других назначений.

Требования к хранению и транспортировке готового полимера

Готовую продукцию упаковывают в полиэтиленовые (ГОСТ 17811-78) или бумажные многослойные мешки (ГОСТ 2226-88). Горловину прошивают с помощью специальной машины либо заваривают.

При условии предварительного согласования с потребителем допускается упаковывание в мягкие контейнеры, используемые для сыпучих материалов. Затем они пломбируются.

Полимер хранят в сухом помещении. Нагревательные приборы разрешается устанавливать на расстоянии не менее 1 метра от нагревательных приборов.

Срок хранения — 3 года со дня изготовления.

Оборудование для производство полиэтилена

Таблица 1. Оборудование для производства полиэтилена (на примере изготовления материала под высоким давлением).

Наименование	Цена, руб.
Реактор 1000L	500 000
Компрессоры ZW-1.8/15, DW-18/0,35-40	1 740 000
Холодильная установка Qe	256 801
Сепаратор HB-1500	5 100 000
Смеситель SHR1000L	1 122 000
Гранулятор SJ100	2 700 000
Центрифуга LW	1 800 000
Другое оборудование	7 000 000
Итого	20 218 801

При открытии бизнеса стоит обратиться в проектную организацию. Специалисты предоставят услуги по конструированию технологических узлов.

Годовая производительность оборудования рассчитывается, исходя из продолжительности работы. При непрерывном технологическом процессе она составляет 8 000 часов в год.

Важно также правильно разработать мероприятия по утилизации отходов. Если на территории комплекса это сделать невозможно, следует предусмотреть пункты сбора и отгрузки отработанного материала при технологическом проектировании.

Персонал

Предприятие работает круглосуточно. Для сотрудников производственного цеха предусмотрены 3 смены.

Таблица 2. Заработные платы сотрудников по должностям.

Должность	Оклад, руб.	Количество человек	Заработная плата, руб.
Директор	55 000	1	55 000
Менеджер по поставкам сырья и сбыту готовой продукции	45 000	1	45 000
Технолог	35 000	2	70 000
Руководитель производственного цеха	30 000	3	90 000
Специалист на линии	25 000	15	375 000
Подсобный рабочий	15 000	10	150 000
Операторы	20 000	6	120 000
Водитель	25 000	2	50 000
Бухгалтер	25 000	2	50 000
Уборщица	15 000	2	30 000
Итого			1 035 000

Юридическое оформление

Для легализации деятельности нужно выбрать организационно-правовую форму и зарегистрироваться в ФНС. В соответствии сост. 12 ФЗ-99 от 4.05.2011, на производство полиэтилена не требуется лицензия. Согласно Постановлению Правительства РФ от 01.12.2009 N 982, Полиэтилен не подлежит обязательной сертификации.

Государственная регистрация

Организационно-правовая форма — ООО, АО.

Основной код ОКВЭД: 20.16. Производство пластмасс и синтетических смол в первичных формах.

Дополнительные:

• 52.10.2. Хранение и складирование жидких или газообразных грузов.
• 46.76.3. Торговля оптовая пластмассами и резиной в первичных формах.

Потребуется проверка Ростехнадзора, Пожарной инспекции, Роспотребнадзора.

Законодательная база

Деятельность ведется, согласно следующим официальным документам:

• ГОСТ 12.2.003-91. Система стандартов безопасности труда.
• ГОСТ 12.2.061-81. Требования к безопасности на рабочих местах.
• ГОСТ 12.4.011-89. Средства защиты работающих.
• ГОСТ 12.0.230‒2007. Охрана труда.
• ГОСТ 2.3.002‒2014. Безопасность труда.
• ГОСТ 12.3.002-2014 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Процессы производственные. Общие требования безопасности.
• СП 157.1328500.2014 Правила технологического проектирования нефтеперерабатывающих и нефтехимических комплексов.
• СанПиН 2.2.4.548-96. Микроклимат в производственной зоне.
• СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Защита от шума.
• Противопожарная безопасность № 390 от 25.04.2012.
• 24104-88. Весы лабораторные общего назначения с максимальным пределом взвешивания 200 г (2-й класс точности).
• 1770-74. Посуда мерная, стеклянная.
• 25336-82. Стеклянная лабораторная посуда и оборудование.
• 6507-90. Микрометры.

Законы:

• ФЗ-116 от 01.07.1997;
• Трудовой кодекс РФ;
• ФЗ-54 «О применении ККТ».

Финансовые расчеты

Таблица 3. Первоначальные вложения.

Статья расходов	Сумма, руб.
Аренда помещения	200 000
Юридическое оформление	14 000
Обустройство помещения и прилегающей территории (покупка мебели, косметический ремонт)	300 000
Закупка оборудования и сопутствующих инструментов	20 218 801
Закупка сырья на месяц	2 500 000
Покупка онлайн кассы	12 000
Реклама	70 000
Дополнительные расходы	3 000 000
Итого	26 314 801

Таблица 4. Ежемесячные расходы.

Статья расходов	Сумма, руб.
Аренда помещения	200 000
Заработная плата сотрудникам	1 035 000
Закупка сырья	2 500 000
Коммунальные услуги	450 000
Охрана	50 000
Непредвиденные расходы	2 000 000
Итого	6 235 000

Стоимость 1 кг полиэтиленовых гранул составляет около 50 рублей. При условии выпуска 200 тонн в месяц будет получен доход размером 10 000 000 руб. С вычетом налога получится 9 400 000 рублей.

Чистая прибыль: 9 400 000 – 6 235 000 = 3 165 000 руб.

Рентабельность: 3 165 000/10 000 000* 100% = 31,65%.

Окупаемость: 26 314 801/3 165 000 = условно 8,3 мес.

Поскольку в первые месяцы деятельности спрос на продукцию будет понижен, срок окупаемости затянется, как минимум, условно от 1 года.