Уголь не только топливо, но и будущее нефтехимической промышленности

Из интервью доктора химических наук Андрея Викторовича Иванова, директора ФИЦ Иркутский институт химии СО РАН, журналу «Наука и жизнь». Автор материала Наталия Лескова:

Весь XX век был временем появления новых материалов, в первую очередь – полимерных. Появились эпоксидные смолы, полистирол, полиэтилен, полипропилен, полиуретановые резины. И большая часть этих соединений синтезируется с использованием компонентов нефти. Если этилен и пропилен ещё можно получать из природного газа, то все остальные материалы, в состав которых входит бензольное кольцо, получают только с использованием нефтехимии. При этом ацетилен, получаемый совершенно из других источников, может стать заменой нефти в качестве исходного компонента или более эффективной альтернативой угольной энергетике. А нефть заканчивается, все это понимают.

С точки зрения бизнеса ещё на 50-60 лет её хватит, но с точки зрения науки нефть заканчивается. При этом в мире продолжают строить огромные нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы. Недавно китайский гигант Wanhua, обладатель одного из самых лучших патентов на создание полиуретановых смол, построил свой новый завод в США (забавно, что китайцы теперь находят дешевую рабочую силу в Америке). Но этот завод окупится только лет через 40, а нефть может закончиться раньше. И весь мир сейчас ищет способы, как бы продлить «бензольный век». Один из лучших ответов на этот вопрос дал русский химик Николай Дмитриевич Зелинский, имя которого носит Институт органической химии. Он открыл реакцию тримеризации ацетилена в бензол. Реакция Зелинского очень простая, есть множество вариантов её проведения, но самый простой – под действием обычного активированного угля.

Почему именно ацетилен молекула будущего, а не какое-нибудь другое вещество?

— Потому что эта молекула – компромисс между необходимостью изменения стартового источника и сохранения традиционного бизнеса. И среди возможных способов получить бензол, не используя нефть (т.е. как раз сохранить бизнес), именно использование ацетилена представляется самым простым.

Ацетилен можно получить из природного газа, этот способ запатентован немецкой компанией BASF. А ещё ацетилен можно получать из угля, причём практически из любого.

Китайские учёные в своих работах показали, что для получения ацетилена подходит даже древесный уголь – значит, ацетилен становится продуктом возобновляемого сырья, а это уже совсем другой разговор. Даже если закончится обычный уголь, у нас будут отходы деревопереработки, остатки сельскохозяйственных растений…

Основная проблема ацетилена в том, что он взрывоопасен, причём в любых соотношениях с воздухом, что делает его категорически небезопасным в обращении.

Сейчас нашли способ решать этот вопрос. Например, химики придумывают, в том числе и в нашем институте, малые системы генерации ацетилена, когда не нужно накапливать ацетилен в таком количестве, чтобы он мог взорваться, а можно сразу после генерации пускать его в следующий синтез. Одномоментно ацетилена образуется очень мало, и синтез становится безопасным.

Сам по себе ацетилен применяют только для ацетиленовой сварки. А используются сплошь и рядом продукты его превращения. Мы в основном нацелены на такие продукты ацетиленовой химии, как пирролы и индолы, которые получаются по реакции Трофимова, а также на различные винильные производные, например, виниловые эфиры, винилазолы – тот же винилпирролидон, который известен под торговым названием «Повидон». Сейчас это главный компонент кровеостанавливающих средств. Кроме того, он используется как заменитель плазмы крови при переливаниях. В своё время в этом качестве его ввёл в обращение Михаил Фёдорович Шостаковский, основатель нашего института, тоже ученик Фаворского, под названием «Гемодез». Повидон используется и для других целей – для осветления пива в пищевой промышленности, для маскировки горечи и увеличения срока хранения таблеток в фармацевтике и так далее. Таблетки, которые вы принимаете, не горькие благодаря Повидону.

Со временем у всех классических предприятий, которые сейчас производят бензольные продукты, например, тот же полиуретан, могут появиться цеха по генерации бензола как раз из ацетилена. С моей точки зрения, они внедрятся в существующие предприятия или мощности по производству полистирола, полиуретана и других ароматических соединений. Собственно, подобное уже есть у BASF, но таких мощностей станет больше, и не только у них. Я думаю, что появятся заводы, на которых будет центральный генерирующий ацетилен узел. В Германии его построили производительностью 90 тысяч тонн в год. А дальше от него расходятся «нитки» ацетилена на широкую линейку производств: на фармсубстанции, компоненты резины, антисептики и так далее. Такой многоассортиментный завод, в котором может реализоваться два принципа: либо принцип мажоритарного акционера, когда есть хозяин, который всё это нарабатывает, либо хозяину принадлежит центральный узел, а все вокруг – это малый и средний бизнес, который берёт в аренду площади и покупает газ. И тот и другой принцип возможен.