Что общего между крышечкой от колы, трубой в ванной, медицинской маской и подгузником Huggies? Полипропилен — один из самых популярных пластиков в мире.
Привет! Меня зовут Игорь, я работаю в PR команде Цифрового СИБУРа. Недавно я побывал на одном из наших заводов — «Томскнефтехим». Мы с коллегами там проводили митап для ИТ-специалистов, а потом отправились на экскурсию по производству.
По учебникам, роликам и разговорам с коллегами я понимал, как производят полипропилен. Но одно дело схемы и видео, другое — стоять рядом с реакторами и увидеть все своими глазами.
Уже в самолете, когда я летел домой, подумал: а ведь это может быть интересно не только мне — как из газа получается пластик, из которого делают привычные для нас вещи. Поэтому решил поделиться с вами, хабровчане.
Школьную химию для этого вспоминать не придется. Объяснять буду простым языком — коллеги-технологи всё проверили и сказали, что процесс описан верно.
Дисклеймер: Сразу оговорюсь: не везде на заводе можно фотографировать, из соображений безопасности. Поэтому часть иллюстраций — официальные фото и кадры из согласованных материалов. Поехали.
Где мы изготавливаем полипропилен?
Итак, мы с вами отправляемся примерно за 15 километров от Томска. Там находится наш завод.
На этом заводе мы постоянно выпускаем 14 марок полипропилена, самых востребованных. Ещё около 60 марок можем произвести по запросу клиентов.
В химической промышленности неизбежно возникают сточные воды и газовые выбросы, которые подлежат обязательной обработке в соответствии с экологическими стандартами. Мы применяем комплекс мер: очистка стоков, дожигание газов на факельных установках, а также непрерывный мониторинг с помощью датчиков.
Пробоотбор проводится как на территории предприятия, так и на границе санитарно-защитной зоны. Результаты замеров публикуем в открытом доступе. За четвертый квартал 2025 года взяли 200 проб — превышений допустимых концентраций не нашли.
На заводе работает около 1300 человек. Из них в производственном блоке полипропилена — примерно 120 человек.
Производство идёт непрерывно 24/7. Прежде чем идти на линию производства, нам провели ликбез.
Даже два. Первичный инструктаж по Охране труда и промышленной безопасности. И экскурс — что такое полипропилен и зачем он нужен. Давайте и я вам быстро расскажу буквально на пальцах, что это такое.
Ликбез по полипропилену
Итак, полипропилен — это пластик. Каждый из нас имеет с ним дело каждый день.
Это сложное вещество. Оно состоит из молекул газа пропилена.
Чтобы понять, что это такое, представьте бусы. Каждая бусина — молекула газа пропилена. Когда тысячи таких бусин соединяются в цепочку, получается полимерная цепь — полипропилен.
Это универсальное вещество. Меняя добавки и способ переработки, из него можно сделать и жёсткий пластик, мягкую плёнку или волокно. При этом, он прочнее и жаростойчее другого популярного пластика — полиэтилена.
Поэтому именно из полипропилена делают трубы горячего и холодного водоснабжения, автозапчасти, пищевые контейнеры для микроволновки.
Изготавливаем полипропилен мы 24 /7.
Этап 1: Получаем пропилен
Итак, в первую очередь нам нужны «бусины» — молекулы пропилена.
В природе пропилен не встречается, поэтому будем выделять его из другого сырья — нафты.
Всей группой идём к печам пиролиза.
По этим трубкам течет нафта. Там она превращается в газ за 0,56 секунды. На выходе получается смесь простых веществ: этилен, пропилен, бутадиен и другие.
Теперь нам нужно вытащить из этой смеси пропилен. Для этого мы перемещаемся на другую установку — ректификационные колонны. Вот так они выглядят:
У каждого вещества своя точка кипения. Когда температура опускается ниже этого значения, вещество конденсируется — превращается из газа в жидкость.
Тяжёлые компоненты — например, смолы и бутадиен — конденсируются на нижних уровнях, где температура ещё высокая.
Более лёгкие — такие как пропилен и этилен — поднимаются выше и конденсируются уже в верхней части колонны, где прохладнее.
Забираем жидкий пропилен с верхних уровней и отправляем в буферные резервуары. Оттуда по трубопроводам он поступает к нам на производство полипропилена.
Остальные продукты пиролиза — этилен, бутадиен — используем в других производствах на площадке. Об этом я расскажу в другой раз.
Этап 2. Очищаем пропилен
Итак, мы получили пропилен, и идем к колоннам очистки. Принцип как у фильтра для воды, только в промышленном масштабе.
Внутри колонн мы засыпаем цеолит — пористый материал с микроскопическими каналами.
На выходе получаем супер чистый пропилен.
Этап 3: Готовим катализатор
Пока пропилен очищается, готовим катализатор. Без него молекулы пропилена не соединятся в полипропилен — реакция просто не запустится.
На нашем заводе используем титано-магниевый катализатор Циглера-Натта. Снаружи он выглядит как обычный порошок.
Технолог сказал, что каждый такой шарик становится точкой роста: к нему примыкают молекулы пропилена и выстраиваться в цепочки. Из одного грамма катализатора получается 40 килограммов полипропилена.
Новую партию мы готовим каждые 3–5 дней.
Этап 4: Превращаем пропилен в полипропилен
А теперь мы идем с вами получать порошок полипропилена.
Это похоже на приготовление супа. Берем основу — жидкий пропилен, и добавляем к нему в реактор ингредиенты:
Активированный катализатор — запускает реакцию.
Нефрас — нефтяной растворитель из Белоруссии. Он нужен, чтобы пропилен и катализатор равномерно распределились по реактору.
Триэтилалюминий — дополнительно активирует катализатор и очищает «бульон» уже внутри реактора.
Водород — регулирует длину полимерной цепи. Без водорода молекула пропилена росла бы бесконечно, и материал нельзя было бы переработать.
Процесс идет при постоянном перемешивании. Когда пропилен соприкасается с катализатором, на частицах катализатора шаг за шагом вырастают длинные полимерные цепочки.
Реакция идёт с выделением тепла. Если его не отводить — процесс станет неуправляемым. Поэтому снаружи реактор обмотан рубашкой теплообмена — системой трубок с охлаждающей жидкостью. Она поддерживает температуру около 60 °C.
В результате получаем твёрдый порошок полипропилена.
Но в нём ещё остался растворитель нефрас — это нужно очистить. Поэтому мы идем на линию очистки. Кажется, что на сегодня я уже выполнил норму 10 тыс шагов.
Этап 5: Очищаем полипропилен
Теперь очищаем порошок в три этапа:
Снижаем давление в установках-дегазаторах. Тут часть нефраса и пропилена испаряются.
Отделяем порошок от растворителя — в центрифуге порошок прижимается к стенкам, нефрас стекает вниз, порошок подаём дальше.
Сушим азотом
После центрифуги в порошке ещё около 10% нефраса. Поэтому применяем двухступенчатую очистку с помощью горячего азота. Азот инертный — не вступает в реакцию с полипропиленом.
Горячий азот проходит через слой порошка снизу вверх, частицы взлетают и «кипят» в воздухе. В этот момент происходит сразу две вещи: частицы не слипаются и равномерно прогреваются, а нефрас испаряется.
Сушилка двухуровневая — порошок проходит процесс дважды. На выходе содержание нефраса падает с 10% до 0,1%. Чистый, сухой порошок готов.
Этап 6: Превращаем порошок в гранулы
Порошок готов, но отправлять его в таком виде невозможно. Без специальных добавок из него невозможно получить нужный потребителю продукт. Поэтому добавляем добавки и превращаем порошок в гранулы на специальных машинах, которые называются экструдеры. Это финал.
Итак. Идём к экструдеру — машине, которая плавит порошок.
Сначала мы плавим порошок полипропилена.
Кстати, тут же мы и задаём марку полипропилена. Сейчас расскажу, как.
Марка — это разновидность полипропилена с определёнными свойствами. Из одной марки делают жёсткие тазики, из другой — медицинские халаты, из третьей — гибкие трубы.
Чтобы получить нужную марку, в экструдер добавляют разные добавки:
Светостабилизаторы — защищают от ультрафиолета. Без них пластик на солнце быстро желтеет и становится хрупким.
Антиоксиданты — замедляют старение материала от контакта с воздухом.
Красители — если нужен цветной материал, например, синие или зелёные трубы, цветная посуда.
Перекисные инициаторы — укорачивают полимерные цепи и делают расплав более текучим. Такой материал используют, например, для нетканых материалов и медицинских масок.
Смена марки занимает несколько часов. Останавливаем экструдер, меняем добавки, выставляем новый режим, запускаем.
Нарезаем на гранулы
Расплав выходит из экструдера через фильеру — металлическую пластину с отверстиями, по принципу мясорубки. Из них тянутся тонкие нити полипропилена. Они сразу попадают в холодную воду и твердеют. На выходе стоят вращающиеся ножи — они нарезают нити на гранулы по 5 мм.
Поток воды несёт гранулы в центрифугу, где отделяется влага. Потом сухие гранулы попадают на вибросито: слишком мелкие и крупные отбраковываются, а стандартные идут дальше.
Готовые гранулы мы перемешиваем в гомогенизаторе — аппарате, где воздух поднимает и перемешивает материал. После этого вся партия становится однородной по составу и свойствам.
Этап 7: Фасуем и отгружаем
Когда приходит заказ, гранулы отправляем на автоматическую линию фасовки.
В одной паллете — 1250 кг продукции или 50 мешков. Готовые паллеты отвозим на склад.
Как всем этим управляют
Сегодня производство мы почти полностью автоматизировали. Но так было не всегда.
Еще тридцать лет назад большую часть делали люди — и это было узким местом. Аппаратчики обходили ряды циферблатов, вручную записывали показания в журналы. Сигнализации срабатывали часто, на каждую нужно было реагировать сразу.
В 90-е у нас уже появились первые системы автоматизации. Данные вывели на экраны, часть рутины ушла. Но нагрузка на операторов никуда не делась: тысячи сигналов сыпались одновременно, а чтобы разобраться в причинах, приходилось поднимать бумажные архивы.
Постепенно мы все больше автоматизировали производство. Например, нам помогают следующие системы и цифровые продукты, которые разработали сами внутри:
СУУТП — работает как автопилот. Система сама оптимизирует температуру, давление, расход сырья, чтобы получить максимум продукции при минимуме затрат.
МПА — автоматизирует процесс марочного перехода, операции приготовления катализаторного комплекса — это десятки последовательных действий в строгом порядке.
Раньше такие знания хранились только в бумажных инструкциях и головах опытных работников. Теперь это алгоритмы: система ведёт оператора по шагам и не даст пропустить или перепутать.
Цифровая модель печи пиролиза — ИИ следит за температурой в печах пиролиза, чтобы предотвратить образование кокса и прогорание труб.
Предиктивная диагностика — это система на базе ИИ и математических моделей, которая прогнозирует сбои оборудования до их возникновения. Она анализирует данные с датчиков (вибрация, температура, давление) в реальном времени, выявляя отклонения от нормы и присваивая приоритеты проблемам.
ЭКОНС — показывает, зарабатывает завод прямо сейчас или теряет. Поменял параметр, и сразу видишь, как это повлияло. В целом по СИБУРу систему внедрили на 72 производствах: экономический эффект — 6 млрд рублей, попутно снизили выбросы CO2 на 80 тысяч тонн.
IIoT-платформа — это больше 8000 датчиков по всему заводу, которые передают данные в единую систему. В масштабах СИБУРа это экономит 5000 человеко-часов обходов в год и около 1,5 млрд рублей.
Умные камеры — 70% камер по всей группе СИБУР оснащены ИИ. Показывают только аномалии, не нужно смотреть тысячи потоков: экран остаётся тёмным, пока всё в порядке. Как только система видит проблему — показывает именно этот кадр.
Это лишь часть систем и мнемосхем, которые видят операторы производства. На каждом участке свой набор систем.
В результате сигнализаций стало меньше на 40%, ошибок и простоев — тоже. Операторы больше не «тушат пожары» в режиме нон-стоп, а управляют процессом стратегически.
На мониторах операторов видно всё: схемы реакторов, графики температур, уровни в ёмкостях. Если что-то идёт не так — система подсвечивает зону красным и подаёт сигнал. Оператор решает: поправить самому или вызвать бригаду.
Есть и полевые операторы. Они обходят оборудование по графику: проверяют утечки, клапаны, сверяют показания датчиков на месте с данными на пульте.
Плюс у нас есть система предиктивной диагностики, которую мы разработали сами — она предсказывают поломки до того, как те случатся. Об этомх можно почитать в нашем блоге на Хабре.
А у меня все на этом. Если вам интересны цифровые технологии на производстве, подписывайтесь на наш тг-канал. Он полезен айтишникам, которые хотят понять, что реально происходит в промышленном ИТ.
Там мы рассказываем о цифровых технологиях для производства — от IIoT и аналитики до инженерных инструментов и ИИ. Делимся кейсами, экспериментами, новостями и выкладываем вакансии.
За помощь в подготовке статьи благодарю Антона Межова, менеджера по технологии и развитию Томскнефтехима (СИБУР) в Томске.