Общая характеристика химической промышленности

Глава 1

Общая характеристика химической промышленности

1.1 Основные тенденции развития химической промышленности на современном этапе

Химическая промышленность – общее наименование ряда отраслей промышленности, включающих производство продукции из углеводородного, минерального и другого сырья путём его химической переработки [30].

Химическая промышленность – вторая после электронной ведущая отрасль промышленности, которая наиболее быстро обеспечивает внедрение достижений научно-технического прогресса во все сферы хозяйства и способствует ускорению развития производительных сил в каждой стране. Особенность современной химической промышленности – ориентация главных наукоёмких производств (фармацевтического, полимерных материалов, реагентов и особо чистых веществ), а также продукции парфюмерно-косметической, бытовой химии и т.д. на обеспечение повседневных нужд человека и его здоровья [1, с. 381].

Развитие химической промышленности обусловило процесс химизации народного хозяйства. Он предполагает повсеместное широкое использование продукции отрасли, всемерное внедрение химических процессов в разные отрасли хозяйства. Такие отрасли промышленности, как нефтепереработка, тепловая энергетика (кроме АЭС), целлюлозно-бумажная, чёрная и цветная металлургия, получение строительных материалов (цемент, кирпич и т.д.), а также многие производства пищевой промышленности основаны на использовании химических процессов изменения структур исходного вещества. При этом они зачастую нуждаются в продукции самой химической промышленности, т.е. тем самым стимулируют её ускоренное развитие. Этой отрасли принадлежит определяющая роль в развитии и повышении эффективности общественного производства [1, с.382].

К специфике отрасли относится большое разнообразие используемого сырья, применяемой техники и технологии. Сырьевой базой для отраслей химической промышленности служат все виды горючих полезных ископаемых (газ, нефть, сланцы), минеральное сырьё (калийные, поваренные и другие соли, фосфориты, апатиты, сера), растительное и животное сырьё, а также многие виды отходов производства чёрных и цветных металлов и самой химической промышленности [15, с.77]. Данная отрасль является крупным потребителем сырья. В отдельных производствах доля сырья в себестоимости готовой продукции достигает 40 – 90%. В одних случаях это объясняется высокой его стоимостью, в других — высокими нормами расхода: удельный вес расходов на сырьё и материалы в затратах на производство основных видов удобрений достигает 60 – 80%, химических волокон – 50, пластмасс 45 – 75%; расход сырья на единицу продукции в производстве синтетических красителей достигает 8 – 10 единиц, калийных удобрений – 8, капролактама – 7, вискозного волокна – 5 единиц [6, с. 126].

Для современного мирового хозяйства в целом характерно углубление международного разделения труда, находящее отражение в росте экспортности химической продукции, причём торговля осуществляется в основном между промышленно развитыми странами.

Крупные фирмы химической отрасли являются главными транснациональными корпорациями мира. В химическую промышленность вкладывают свои капиталы ещё и фирмы других отраслей, особенно нефтяной. Создаются совместные предприятия. Развитие получила и научно-производственная кооперация как между предприятиями, входящими в одну ТНК, так и в разные. Например, строительство нефтехимического комплекса в Саудовской Аравии осуществлялось при участии американских и японских фирм и т.д. ТНК расширяют круг своих интересов, используя огромные сырьевые и трудовые ресурсы развивающихся стран, слабость их природоохранного законодательства,  создают на их территории филиалы своих предприятий [14, с.182]. Крупнейшими в мире корпорациями химической промышленности в середине 90-х годов являлись американская корпорация «DuPont», германские – «Bayer», «BASF», «Hoechst». В 2010 г. данные компании входили в список лидирующих, но некоторые из них постепенно вытесняются производителями из других стран: Китая, Великобритании, Франции, Саудовской Аравии. (таблица 1.1).

Таблица 1.1 – Крупнейшие химические компании мира, 2010 г.

Источник: [19]

1.2 Характеристика отраслевой структуры химической промышленности

Химическая промышленность, как и машиностроение, – одна из самых сложных по своей структуре отраслей промышленности. Профессор А.С. Булатов выделяет в отраслевой структуре химической промышленности четыре группы отраслей:

      горно-химическую промышленность (добыча, обогащение и первичная обработка сырья – фосфоритов, поваренных и калийных солей, серы);

      основную химическую промышленность (производство минеральных удобрений, кислот, щелочей);

      промышленность полимерных материалов (производство синтетических смол и пластмасс, химических волокон, синтетического каучука);

      производства, продукция которых предназначена для удовлетворения потребительских нужд (фармацевтические препараты, моющие средства, фотохимия).

В данной работе будет охарактеризована отраслевая структура, приведённая Н.В. Алисовым и Б.С. Хоревым, так как она отражает специфику каждой отрасли, используемое сырьё и технологию:

      промышленность полимерных материалов (базовые отрасли: пластмасс и синтетических смол, химических волокон, синтетического каучука);

      промышленность основной химии и основного органического синтеза (полупродуктовые отрасли);

      фармацевтическая промышленность и промышленность изделий резинотехники (перерабатывающие отрасли).

Среди подотраслей ведущее место занимает промышленность органического синтеза, базирующаяся на нефтегазовом сырье, или нефтехимия. Традиционная основная химия отошла на второе место и в разных странах занимает от 10% до 25% от общей стоимости химической продукции. Все большее значение, особенно в промышленно развитых странах, приобретает фармацевтика. Производство удобрений, когда-то ведущая отрасль, ныне играет большую роль в развивающихся странах; и сегодня развитие химии в стране начинается, как правило, с производства удобрений. И если в химии «новых» стран преобладает, как правило, производство удобрений и органических продуктов, включая пластмассы и волокна, то химия разных стран выделяется прежде всего фармацевтикой и производством ядохимикатов, которые тоже невозможны без высокого уровня развития науки [10, с.254].

Все специфические особенности химической промышленности оказывают в настоящее время большое влияние на структуру отрасли. В химической промышленности:

1)     увеличивается доля наукоёмкой продукции высокой стоимости (главным образом, группа перерабатывающих производств отрасли – её «верхних» этажей).

2)     получение многих видов массовой продукции, требующей больших затрат сырья, энергии, воды и небезопасной для окружающей среды, стабилизируется или даже сокращается (неорганические и органические кислоты, щелочи и т.д.).

Процессы структурной перестройки идут по-разному в отдельных группах государств и регионов. Это оказывает заметное воздействие на географию тех или иных групп производств в мире [1, с.382].

Наибольшее воздействие на развитие хозяйства мира и условия повседневной жизни человеческого общества оказали во второй половине XX в. полимерные материалы, продукция их переработки.

1)    Промышленность полимерных материалов

Отрасль производит пластмассы, химические волокна, синтетический каучук.

На неё и производство исходных для синтеза видов углеводородов (этилен, пропилен, бензол и др.), полупродуктов из них (стирол, винилхлорид, фенол и д.) приходится от 30 до 45% стоимости продукции химической промышленности развитых стран мира. Это – основа всей отрасли, её ядро, тесно связанное практически со всеми химическими производствами. Сырьё для получения исходных углеводородов, полупродуктов и самих полимеров – главным образом нефть, попутный и природный газ. Их потребление для производства этого широкого куга продуктов сравнительно невелико: всего 5-6% добываемой в мире нефти и 5-6 % природного газа [1, с.384].

Промышленность пластмасс и синтетических смол. Синтетические смолы в основном идут для получения химических волокон, а пластмассы чаще всего являются исходными конструкционными материалами. Это предопределяет использование их во многих сферах промышленности, строительства, а также изделий из них в быту. Множество видов пластмасс, еще большее количество их марок создано в последние десятилетия. Выделяется целый класс пластмасс промышленного назначения для самых ответственных изделий в машиностроении (фторопласты и др.).

Главное внимание в настоящее время обращено на получение специальных пластмасс с заранее заданными свойствами. Такими стали композиты, состоящие из углеродных волокон и связующих их органопластиков. Они в 4-5 раз легче стали и прочнее её в 15 раз. Композиты – важный конструкционный материал для авиакосмической индустрии. Новое направление в получении пластмасс – увеличение выпуска саморазрушающихся видов (водорастворимых, био- и фоторазлагающихся). Это вызвано большими объёмами производства, переработки и сложностью последующей утилизации обычных пластмасс, до 1/4 которых – упаковочные материалы.

В структуре получаемых пластмасс произошли коренные изменения: свыше 2/3 их входят в группу термопластичных полимерных материалов. После формирования из них изделий сохраняется возможность повторной их переработки, что сближает со свойствами металлов. В эту группу пластмасс входят: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол и др. На них приходится свыше 9/10 всех термопластичных пластмасс и смол. Другая группа – термоактивные пластмассы и смолы (фенольные, карбамидные и т.д.) – потеряла своё прошлое значение (около 5-8% мирового производства). Соотношение этих двух групп пластмасс – важный показатель прогрессивности отрасли страны [1. с.385].

Промышленность химических волокон. Промышленность химических волокон изменила всю легкую промышленность. Химические волокна все шире используются в технических целях (промышленные фильтры, рыболовецкие сети, каркасы автошин, армированные этими волокнам пластмассы, пуленепробиваемые ткани и т.д.). Сфера их применения в хозяйстве и бытовом потреблении непрерывно растёт.

Увеличению роли химических волокон способствовали новейшие достижения науки, что позволило придать им совершенно новые свойства, которыми не обладают натуральные волокна. Ныне «синтетика» переживает второе рождение. Новые виды химических волокон в отличие от старых «дышат», но не пропускают воду, способны изменять цвет под воздействием меняющегося  освещения или температуры, сохранять солнечное тепло. Ещё более привлекательны новые волокна для белья и одежды: им придают антибактериальные свойства, способность поглощать запахи кожи и пота, не накапливать статическое электричество. Разительны успехи в разработке новых химических волокон для технического использования (углеродные, керамические). Одни из них огнестойки, другие – прочнее стали. Они незаменимы в авиакосмической технике, автомобилестроении.

Синтетические волокна, получаемые на основе синтетических смол, окончательно закрепили своё лидерство в производстве: на них приходится в мире 85% всех химических волокон. В ряде стран, позднее приступивших к созданию этой отрасли, выпускают только синтетические волокна (Ирландия, Израиль, Иран, Малайзия). Доля искусственных волокон, получаемых из целлюлозы, положивших начало всей отрасли в начале XX века, сократилась до 15 %. Многие развитые страны уменьшают выпуск этих экологически опасных при производстве волокон, а ряд стран (Швейцария, Австрия) прекратили их изготовление [1, с.387].

Промышленность синтетического каучука. Спрос на резинотехнические изделия в мире (одних только автомобильных покрышек производится ежегодно 1 млрд) все в большей степени обеспечивается использование синтетического каучука. На его долю приходится 2/3 всего получения натурального и синтетического каучуков. Производство последнего имеет целый ряд преимуществ (меньше затраты средств на сооружение заводов, чем на создание плантаций; меньше затрат труда на его заводское получение; более низкая цена по сравнению с натуральным каучуком). Поэтому его выпуск сложился более чем в 30 государствах.

Синтетический каучук позволил расширить области применения каучуков. Помимо самого массового синтетического каучука общего назначения, который используют для изготовления тех же резиновых изделий, что и натуральный (крупнейший потребитель – шинная промышленность), разработаны каучуки специального назначения (хлоропреновые, силиконовые, фторкаучуки). они обладают масло-, бензо-, тепло- и морозостойкостью, негорючестью. Это обусловило их применение в различных технических изделиях и системах. Даже такой каучук общего назначения, как полиизопреновый, по ряду свойств превосходит натуральный. Поэтому синтетический каучук – не конкурент натурального, а полимер, расширивший область применения каучуков [1, с.388].

2)     Промышленность основного органического синтеза и основная химическая промышленность

Данные отрасли занимаются производством углеводородного сырья (для получения полимерных материалов), а также производством соды, кислот, минеральных удобрений.

Они положили начало формированию в XIX в. всей химической отрасли. Их продукция (серная и другие кислоты, щёлочи, метиловый и другие спирты, этилен, пропилен, дивинил) – самая массовая. Её получение (это все жидкие и газообразные виды продукции), хранение, транспортировка, утилизация отходов производства («белые моря» кальцинированной соды) создают немало экологических проблем. Одна утилизация отработанной серной кислоты превратилась в очень сложную техническую и экономическую, не решённую до сих пор, задачу мировой химической промышленности.

В развитии производства продукции этих отраслей наметились определённые изменения:

1) получение щелочей и неорганических кислот в мире стабилизировалось и испытывает тенденцию к уменьшению (это обусловлено в значительной степени сокращением выпуска фосфорных удобрений на основе серной кислоты);

2) подобные процессы идут и в горнохимической промышленности (стабилизация добычи природной серы также сменилась падением);

3) продолжается рост получения полупродуктов основного органического синтеза, особенно этилена и пропилена, остающихся исходными мономерами для получения большинства массовых видов пластмасс (полиэтилен, полистирол, полипропилен) и синтетических каучуков [1, с.398].

Минеральные удобрения – азотные, фосфорные, калийные – одна из наиболее массовых групп химической продукции.

Научно-техническая революция позволила расширить и удешевить сырьевую базу для получения минеральных удобрений, организовать массовую перевозку жидких полупродуктов для удобрений (аммиак, фосфорная кислота), создать новые виды высококонцентрированных одинарных и комплексных удобрений и повысить их роль в структуре производства. Все это существенно изменило предпосылки развития данной отрасли – на производство, потребление, внешнюю торговлю удобрениями влияют и экологические проблемы, особенно в промышленных странах мира.

В последние годы в мире происходили изменения в структуре производства и потребления минеральных удобрений, выражавшиеся в росте доли азотных удобрений и соответственном снижении доли фосфорных и особенно калийных удобрений. Это обусловлено тем, что при интенсивном землепользовании количество связанного азота в почве не компенсируется природными процессами и неуклонно снижается. Азотные удобрения стали основным видом минеральных удобрений [6, с. 129].

Производство азотных удобрений росло гораздо быстрее, чем фосфорных и калийных. Этому способствовала резкое изменение сырьевой базы: произошёл переход от использования продуктов коксования угля к продуктам переработки нефти и, самое главное, к широкому применению природного газа: на его основе в настоящее время получают 9/10 азотных удобрений в мире. Остальное количество – это главным образом такой вид удобрений, как сульфат аммония (содержание азота 21%), являющийся отходом космохимического производства в чёрной металлургии и в синтезе синтетической смолы капролактама.

Влияние НТП в азотной промышленности сказалось и на структуре вырабатываемых азотных удобрений. Её характеризует создание очень крупного производства карбамида, отличающегося наиболее высоким среди этого вида удобрения содержанием азота – 46%. Технология его получения не требует использования сравнительно дорогой азотной кислоты с её сложной, энергоёмкой схемой производства [1, с.390].

Промышленность фосфорных удобрений – старейшая по времени создания. Получение её продукции основывается главным образом на использовании двух видов природного ископаемого сырья – фосфоритов осадочного происхождения и апатитов изверженных и метаморфических пород. Лучшие по качеству виды фосфорного сырья – апатиты: содержание полезного вещества в концентрате достигает 40%, а уступающие им по качеству фосфориты содержат до 30% полезного вещества с примесями других элементов.

В фосфорной промышленности достижения НТП были менее значимы: они позволили производить двойной суперфосфат с более высоким содержанием полезного вещества, чем в простом суперфосфате (соответственно 50 и 21%), кормовых фосфатов для животноводства, а также организовать получение товарной фосфорной кислоты для её экспорта. Это существенно улучшило показатели перевозок, хранения и внесения новых видов фосфорных удобрений, прежде всего комплексных [1, с.391].

Развитие и размещение калийной промышленности в гораздо большей степени, чем других видов минеральных удобрений, привязано к месторождению сырья. Общие запасы разных по составу солей громадны и обеспечат потребности отрасли на многие сотни лет. Извлекаемые из недр калийные соли содержат много примесей других солей, нетранспортабельны и должны перерабатываться в готовые удобрения непосредственно в местах их добычи. С этим связаны сложные экологические проблемы отрасли (большие объёмы ненужных солей, сточных вод с опасным компонентами процессов обогащения и т.д.) [1, с.393].

3) Фармацевтическая промышленность

Фармацевтическая промышленность на сегодняшний день одна из наиболее востребованных и быстро развивающихся отраслей. Она приобретает исключительно большое значение для охраны здоровья увеличивающегося населения планеты. Растущая потребность в её продукции обусловлена:

1)     быстрым старением населения, прежде всего во многих промышленных государствах мира, что требует внедрения новых сложных препаратов в лечебную практику;

2)     увеличением сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний,  также появлением новых болезней (СПИД), для борьбы с которыми требуется всё более эффективные препараты;

3)     созданием новых поколений лекарств ввиду приспособления микроорганизмов к старым их формам.

Постоянно растущий спрос на продукцию отрасли обусловил её устойчивое, без кризисов развитие и очень высокие темпы роста.

Это «малотоннажная» отрасль, несопоставимая по количеству получаемой продукции с большинством химических производств (кроме парфюмерно-косметической). Однако стоимость 1 т её продукции – самая высокая в химической промышленности.

Наукоёмкая фармацевтическая промышленность требует очень больших средств для проведения работ по созданию новых лекарственных средств. По опыту ряда фирм разных стран на разработку каждого нового препарата необходимо затратить не менее 400-500 млн долл., труд не менее 100-200 исследователей-специалистов, а срок проведения всех исследовательских работ, промышленного их внедрения и последующих клинических проверок составляет 10-15 лет. Поэтому крупную фармацевтическую промышленность имеют только экономически наиболее сильные государства [1, с.394].

Несмотря на большое вложение средств в развитие технологий и исследования, процент готовых лекарственных средств всё ещё достаточно высок. Сегодня можно смело говорить о том, что качество лекарственной продукции определяет качество жизни человека, поэтому к качеству производимых лекарственных средств во всём мире предъявляется с каждым годом всё новые, более высокие требования, которые определяются международными и государственными стандартами [11, с.47].

4) Резинотехническая промышленность

Продукция этой отрасли всё более ориентируется на обеспечение потребностей населения. Помимо множества бытовых резиновых изделий (коврики, шланги, обувь, мячи), которые стали обычными потребительскими товарами, растёт спрос на комплектующие детали из резины для очень многих видов продукции машиностроения. Сюда относятся средства наземного безрельсового транспорта: покрышки для автомобиля, велосипеда, тракторов, шасси самолётов. Резиновые изделия, такие как трубопроводы, прокладки, изоляторы и другие, необходимы для многих видов продукции. Этим объясняется обширнейший ассортимент резинотехнических изделий (он превышает 0,5 млн наименований).

Среди наиболее массовых изделий отрасли выделяется производство покрышек (шин) для разных видов транспорта. Выпуск этих изделий определяется количеством изготавливаемых в мире транспортных средств, исчисляемых многими десятками миллионов единиц каждого из них. На производство покрышек расходуется ¾ натурального и синтетического каучуков, значительная часть синтетических волокон, идущих на производство кордной ткани – каркаса шин. Кроме того, для получения резины в качестве наполнителя необходимы различные виды сажи – также продукта одной из отраслей химической промышленности – сажевой. Все это определяет тесную взаимосвязь резиновой промышленности с другими отраслями химической [1, с.397].

Глобальное потребление резины в 2010 году 24 400 тыс. тонн, 14,8% выше, чем в 2009 году [32]. Это связано с возросшим спросом на транспортные средства и шины.

1.3 Основные факторы размещения предприятий химической промышленности

Рациональное размещение предприятий химической промышленности обеспечивает значительную экономию затрат на добычу и транспортировку сырья и топлива, доставку готовой продукции потребителям (таблица 1.2).

По степени влияния отдельных факторов на размещение химических предприятий, они могут быть подразделены на несколько групп.

В первую группу входят предприятия, тяготеющие к источникам сырья. Это характерно для многих химических предприятий, потребляющих большое количество сырья на единицу продукции или малотранспортабельное сырьё (например, серную кислоту). Эти предприятия обычно располагают в максимальной близости к источникам сырья. К ним относятся предприятия, производящие калийные удобрения, каустическую и кальцинированную соду, синтетические красители, некоторых виды пластмасс и синтетических каучуков.

Во вторую группу объединяют предприятия, тяготеющие к топливным и энергетическим ресурсам. Для них характерен большой расход топлива, тепловой или электрической энергии на 1 т продукции. Это предприятия, производящие карбид и цианамид кальция, многие виды химических и синтетических волокон, метанол и др.

В третью группу входят предприятия, тяготеющие к районам сосредоточения трудовых ресурсов. Производства таких предприятий характеризуются высокой трудоёмкостью выпускаемой продукции и как социальный фактор должны способствовать наиболее полной занятости населения в небольших и средних городах. К ним относятся предприятия по переработке пластмасс, выпуску резинотехнических изделий и шин, вискозного и капронового волокна.

Четвёртую группу составляют предприятия, тяготеющие к районам потребления. К ним относятся предприятия, вырабатывающие малотранспортабельную продукцию (соляную и серную кислоту, губчатую резину, полые изделия из пластмасс), а также вещества низкой концентрации (аммиак, жидкие удобрения, суперфосфат и продукцию для комплектации готовых изделий) [9, с.257].

Пятая группа объединяет предприятия смешанной ориентации, выпускающие продукцию повсеместного потребления и использующие разнообразные виды сырья и материалов. Размещение таких предприятий возможно как вблизи сырьевой базы, так и в районах потребления продукции.

Следует отметить, что указанное подразделение условно, поскольку многие химические предприятия можно отнести к разным группам. Кроме того, при размещении большинства химических предприятий необходимо учитывать наличие водных ресурсов и экологические факторы.

На размещение химических производств оказывают влияние производственные связи отрасли: внутри- и межотраслевые. Специфика этих связей в том, что доля внутриотраслевого потребления достаточно высока (40%), в то же время продукция химических производств используется практически во всех сферах народного хозяйства [9, с.258].

Таблица 1.2 – Состав химической промышленности и основные факторы, определяющие размещение предприятий