Силикагель – сорбент с высокоразвитой капиллярной структурой. В зависимости от технологии приготовления получают силикагели мелкопористые либо крупнопористые. Мелкопористые силикагели применяются для поглощения водяных паров, паров спирта, ацетона, бензола и др. Крупнопористый силикагель служит носителем для многих катализаторов, в том числе для платины, палладия.
      Для получения силикагеля могут использоваться техногенные продукты: горелая формовочная земля, сульфат натрия (отход производства искусственных волокон), отходы древесины, поэтому организация производства силикагеля помимо коммерческих предпосылок имеет ярко выраженные экологические предпосылки.
      Коммерческая сторона предлагаемого проекта также выглядит вполне привлекательной. Дело в том, что отпускная цена на силикагели, например марок КСКГ, КСМГ (ГОСТ 3956-76) достигает 19 руб/кг, силикагелевые носители (ТУ 38.10229-90) еще дороже – до 25 руб/кг. На фоне относительно низкой себестоимости силикагеля, производимого из отходов, выгода очевидна.

2.1. Программа предприятия и режим работы

      Предполагается производить в год 10 тыс. т силикагеля двух видов: мелкопористого 4 тыс. т/год, крупнопористого для носителей катализаторов 6 тыс. тонн в год.
      Количество рабочих суток в году 300. График работы непрерывный, в три смены. Фонд рабочего времени – 7200 часов в год.

2.2. Годовая потребность в сырьевых материалах

     В основе технологического процесса получения силикагеля лежат две химические реакции.
      На первой стадии получают т.н. силикат-глыбу (силикат натрия):

     Для производства качественного силикагеля необходимо получать силикат натрия по возможности с большим содержанием SiO₂. Обычное жидкое стекло получают из силиката натрия Na₂O 1,7 … 2,4 SiO₂.
      На второй стадии водный раствор силиката натрия (тонкомолотый порошок, «запаренный» в автоклаве) смешивают с кислотой, например, с серной, получая гидрогель и свободный сульфат натрия:

     Две реакции основного процесса позволяют рассчитать материальный баланс производства (с учетом технологических потерь).
      Так, если производится силикагеля 10 тыс. т, то для его получения требуется 13350 т силикат глыбы и 4300 т Н₂SO₄. Вместе с гелем кремнезема образуется 6250 т Na₂SO₄, который вторично используется в технологическом процессе.
      Для получения 13350 т силикат-глыбы требуется: 6540 т Na₂SO₄, 10500 т горелой формовочной земли и 560 т древесного угля. Побочными продуктами при получении силикат-глыбы являются 1290 т СО и 2950 т SO₂.

2.3. Краткое описание технологического процесса

2.3.1. Получение силикат-глыбы

     Процесс начинается с приготовления силикат-глыбы (силиката натрия), для чего в плавильную печь подают сульфат натрия Na₂SO₄ (0,91т/ч), горелую формовочную землю (1,46 т/ч) и древесный уголь (0,56 т/ч). Компоненты предварительно измельчают и гомогенизируют в стержневом смесителе.
      Плавление осуществляется за счет продуктов сгорания генераторного газа, поступающего из газогенератора, в котором рабочим телом является древесный уголь. При среднем расходе угля в газогенераторе 0,42 т/ч образуется 2800 кг/ч (2240 нм3/ч) генгаза. Сжигание этого количества генгаза при подаче 2700 кг/ч (2100 нм3/ч) дутьевого воздуха в камеру сгорания получают 5500 кг/ч продуктов сгорания с температурой примерно 1550 ⁰С и теплосодержанием 2,9 Гкал/ч. На выходе из плавильной печи температура продуктов сгорания снижается до 900 ⁰С при остаточном теплосодержании примерно 1,5 Гкал/ч. Общая масса продуктов сгорания достигает приблизительно 6100 кг/ч за счет добавления продуктов реакции образования силикат-глыбы: СО и SO₂. Количество первого составляет примерно 0,18 т/ч, второго – 0,42 т/ч.
      Продукты сгорания подвергаются окислительному дожигу, для чего в камеру дожига подают воздух 600 кг/ч (465 нм3/ч). В результате дожига количество продуктов сгорания возрастает до 6700 кг/ч, его теплосодержание увеличивается до 1,9 Гкал/ч, а температура до 1000 ⁰С.
      Эти продукты сгорания направляются в реторты для сухой перегонки отходов древесины. Производительность реторты 1 т/ч древесного угля. Если исходная влажность древесных отходов 40 %, то требуемое количество отходов древесины 5,5 т/ч.
      В результате сухой перегонки теплосодержание продуктов сгорания, протягиваемых через слой древесины, возрастает за счет экзотермических реакций распада древесины на 0,8 Гкал, однако примерно 0,3 Гкал/ч теряется в окружающую среду, и, с уходящим из реторты, древесным углем.
      Таким образом, суммарное теплосодержание продуктов сгорания на выходе из реторты достигает 2,4 Гкал/ч, а их масса возрастает до 11200 кг/ч за счет присоединения 4,5 т/ч летучих продуктов распада. Температура продуктов сгорания на выходе из реторты составит примерно 650 ⁰С.
      Летучие продукты распада древесины содержат: СО, кислоты, спирты, кетоны, легкие углеводороды, пары смол, свободный водород, поэтому должны подвергаться дожигу. В 4,5 т/ч летучих, горючих соединений 1200 кг, остальное – физическая и пирогенетическая вода, СО₂, N. При средней теплотворной способности смеси горючих соединений 4500 ккал/кг, дожиг летучих с учетом потерь позволяет получить дополнительно 5,4 Гкал/ч. Для дожига используют дутьевой воздух в количестве 2500 кг/ч. Таким образом, из камеры дожига выходят 13700 кг/ч продуктов сгорания с теплосодержанием 7,8 Гкал/ч.
      Продукты сгорания направляются в котел-утилизатор Г 400-ПЭ-1 для производства 10 т/ч пара с параметрами: Тп = 260 ⁰С, Рп = 14 атм.
      Из 10 т/ч пара 3,7 т/ч расходуется на производство электрической энергии в блочном электротурбогенераторе ТГ-500М, остаток используется на технологические нужды.
      После котла-утилизатора продукты сгорания подвергаются обезвреживанию в «мокром» скруббере.

2.3.2. Получение жидкого стекла

     Предполагается получать жидкое стекло плотностью 1400 кг/м3, для чего первоначально готовят композицию: тонкомолотая в шаровой мельнице силикат-глыба – 1 часть по массе, вода – 0,9 частей по массе. Композицию заливают в автоклав с паровой рубашкой и пропеллерной мешалкой. Рабочая емкость автоклава 2,8 м 3. Время термической обработки композиции из силикат-глыбы и воды 8 часов при температуре примерно 200 ⁰С и давлении 10…12 атм. За время обработки твердая силикат-глыба растворяется в воде с получением жидкого стекла плотностью 1400 кг/м3 и кремнеземистым модулем 3,8. Количество автоклавов – 8. Часовая производительность участка по жидкому стеклу – 3,5 т/ч.

2.3.3. Получение силикагеля

     Жидким стеклом заполняют реакторы емкостью 14 м3 (масса жидкого стекла при плотности 1400 кг/м3 – 19,6 т), куда входит 5-ти часовой выход жидкого стекла.
      При медленном перемешивании к жидкому стеклу подливают 2700 л раствора серной кислоты (К = 20 %). Студенение массы осуществляется в течение часа, после чего свободная жидкость из реактора сливается. Жидкость представляет собой раствор сульфата натрия с примерной концентрацией 16… 17 %.
      Далее гелевую массу SiО₂ вычерпывают из реактора, укладывают на пористый вибро-конвейер и удаляют оставшийся раствор сульфата натрия.
      После этого гелевую массу SiО₂ промывают водой, сушат, дробят и затаривают в мешки.
      Раствор Na₂SO₄ «упаривается» первоначально в выпарной колонне, затем Na₂SO₄ обезвоживается в кристаллизаторе и возвращается в технологический процесс, что позволяет существенно снизить затраты на приобретение Na₂SO₄.
      Расход энергии на извлечение 1 т Na₂SO₄ из отработанного раствора примерно 5 Гкал. Для снижения затрат обезвоживание организовано в форме котла-утилизатора.

2.3.4. Получение силикагеля по укороченной технологической схеме

     Получить силикагель возможно по двум укороченным схемам. В одном случае, если приобретать готовую силикат-глыбу, процесс может начаться с растворения силикат-глыбы. В другом случае процесс может начаться с выделения кремне-геля из жидкого стекла, приобретенного в готовом виде.
      В одном и другом случаях последовательность операций и набор технологического оборудования, идентичный описанному в п.п. 2.3.2. и 2.3.3.
      Преимуществом полной технологии от изготовления силикат-глыбы до получения силикагеля в том, что процесс более эффективен и качество конечного продукта выше. В укороченных схемах добиться высокой эффективности трудно, т.к. товарная силикат-глыба выпускается невысокого кремнеземистого модуля (как правило, не выше 2,4), а жидкое стекло еще и низкой плотности – 1200…1260 кг/м3, Образовавшимся при производстве силикагеля по укороченной схеме побочным продуктам, например Na₂SO₄, трудно найти применение.

2.4. Основные технологические узлы

2.4.1. Приготовление силикат-глыбы из «горелой» формовочной земли и сульфата натрия

     Участок оборудован крытым складом «горелой» земли с запасом на 5 суток; закрытым складом для мешков с Na₂SO₄ с запасом на 10 суток; закрытым складом древесного угля на 1 сутки; газогенератором; выносной топкой; плавильной печью с гранулятором силикат-глыбы; камерой дожига; ретортами сухой перегонки древесных отходов; второй камерой дожига; котлом-утилизатором; турбогенератором для производства электрической энергии; системой очистки продуктов сгорания; установкой дробления компонентов.
      Установленная мощность токоприемников на участке – 160 кВт.
      Обслуживающий персонал – 9 человек в смену.

2.4.2. Приготовление жидкого стекла

     Участок оборудован: шаровой мельницей; автоклавами; емкостью для готового продукта с запасом на 1 сутки.
      Установленная мощность токоприемников на участке – 65 кВт.
      Обслуживающий персонал – 5 человек в смену.

2.4.3. Приготовление силикагеля

     Участок оборудован: складом концентрированной серной кислоты из расчета на 10 сут.; реактором для приготовления рабочего раствора кислоты; реактором; сборником отработанного раствора; «выпарной» колонной; кристаллизатором; вибротранспортером для обезвоживания геля; сушилкой для сушки геля; дробильным устройством для измельчения силикагеля; затарочной машиной.
      Установленная мощность токоприемников – 90 кВт.
      Обслуживающий персонал – 6 человек в смену.

2.5. Основные технико-технологические показатели

3.1. Размер инвестиций

3.1.1. Стоимость типового технологического оборудования

      Стоимость типового технологического оборудования принята по прайс-листам заводов-изготовителей:

     Масса нестандартизированного оборудования примерно 35 т. При средней цене на изготовление нестандартизированного оборудования 112 тыс.руб/т общая стоимость нестандартки – 3,92 млн. руб.
      Стоимость монтажа технологического оборудования принята 77 % от стоимости оборудования, т.е. 13,53 млн. руб.
      Таким образом, стоимость технологического оборудования при производстве силикагеля по полной схеме – 31,1 млн. руб. Стоимость технологического оборудования при производстве силикагеля из покупной силикат-глыбы – 7,9 млн. руб, то же при производстве силикагеля из покупного жидкого стекла – 5,2 млн. рублей.

3.1.2. Стоимость строительной части

     Полная технологическая линия может быть расположена в корпусе с размерами 60 х 12м и высотой до низа балок – 6 м. Строительный объем 5760 м 3. При средней цене за 1 м3 строительного объема 1100 руб. общая стоимость строительной части составит 6,34 млн. руб. К этой сумме следует добавить стоимость сооружения плавильной печи, примерно 0,8 млн. руб., пиролизной реторты сухой перегонки древесины – 0,6 млн. руб, отстойников очистных сооружений 0, 3 млн. руб., всего – 8,04 млн. руб.
      Стоимость строительной части при производстве силикагеля из силикат-глыбы приблизительно – 3,8 млн. руб., то же при производстве силикагеля из жидкого стекла – 3,3 млн. руб.

3.1.3. Прочие расходы

     Прочие расходы включают: разработку технологической, проектно-сметной, конструкторской документации, авторский надзор, пуско-наладочные работы, обучение персонала. Прочие расходы обычно составляют 12,5 % в составе капитальных затрат, т.е. (соответственно вариантам) 5,56 млн. руб., 1,7 млн. руб., 1,2 млн. руб.

3.2. Структура инвестиций

3.3. Производственные затраты

3.3.1. Производственные затраты при производстве силикагеля из техногенных продуктов

3.3.2. Производственные затраты при производстве силикагеля из силикат-глыбы

3.3.3. Производственные затраты при производстве силикагеля из жидкого стекла

3.4. Реализация товарной продукции

      При назначении отпускной цены на товарную продукцию исходили из рыночной стоимости (например, по данным производственно-промышленного центра «МасКом» г. Иркутск), уменьшая ее на 20 %, поэтому отпускная цена предприятия на мелкопористый силикагель принята 15200 руб/т, за широкопористый (носители катализаторов) – 20000 руб/т.

Сумма реализации товарной продукции:

- мелкопористый силикагель 4000 т х 15200 руб. = 60800000 руб.
- широкопористый силикагель 6000 т х 20000 руб. = 120000000 руб.

     Всего сумма реализации товарной продукции – 180,8 млн. руб/год.
      Разница между суммой реализации товарной продукции и производственными затратами:

- вариант производства силикагеля из техногенных продуктов + 119,0 млн. руб.
- вариант производства силикагеля из силикат-глыбы + 43,1 млн. руб.
- вариант производства силикагеля из жидкого стекла - 57,3 млн. руб.

     Очевидно, что третий вариант абсолютно убыточен, поэтому при расчете оценки эффективности инвестиций не рассматривается.

3.5. Оценка эффективности инвестиций

3.5.1. Оценка эффективности инвестиций при производстве силикагеля из техногенных продуктов

     Оценка инвестиций выполнена исходя из следующих условий:

• стоимость технологической линии – 44,7 млн. руб.;
• срок эксплуатации до полной амортизации – 10 лет;
• выручка от реализации продукции по годам: ппервый – (60 % мощности) 108 млн. рублей, второй – (80 % мощности) 145 млн. руб., с третьего по десятый год – (100 % мощности) 180,6 млн. руб.;
• текущие расходы – 61,8 млн. руб. в год;
• ставка налога на прибыль – 25 %;
• цена авансированного капитала – 19 %

  Примечание.
       Учитывая, что в связи с инфляцией текущие расходы будут увеличиваться и, соответственно, возрастать цена на продукцию, в расчете эффективности инвестиций показатели отпускной цены на продукцию и текущие расходы зафиксированы как постоянные.

        В результате выполненных расчетов установлено:

• чистый приведенный эффект при i = 19 %, NPV = + 266,8 млн. руб.
• индекс рентабельности PI = 5,97
• норма рентабельности IRR = 95 %
• окупаемость проекта РР = 1,5 года
• коэффициент эффективности проекта ARR = 365 %

3.5.2. Оценка эффективности инвестиций при производстве силикагеля из силикат-глыбы

     Оценка инвестиций выполнена исходя из следующих условий:

• стоимость технологической линии – 13,4 млн. руб.;
• срок эксплуатации до полной амортизации – 10 лет;
• выручка от реализации продукции по годам: ппервый – (60 % мощности) 108 млн. рублей, второй – (80 % мощности) 145 млн. руб., с третьего по десятый год – (100 % мощности) 180,6 млн. руб.;
• текущие расходы – 137,7 млн. руб. в год;
• ставка налога на прибыль – 25 %;
• цена авансированного капитала – 19 %

  Примечание.
       Учитывая, что в связи с инфляцией текущие расходы будут увеличиваться и, соответственно, возрастать цена на продукцию, в расчете эффективности инвестиций показатели отпускной цены на продукцию и текущие расходы зафиксированы как постоянные.

        В результате выполненных расчетов установлено:

• чистый приведенный эффект при i = 19 %, NPV = + 95,6 млн. руб.
• индекс рентабельности PI = 7,13
• норма рентабельности IRR = 42 %
• окупаемость проекта РР = 1 год
• коэффициент эффективности проекта ARR = 215 %

3.5.3. Сравнение оценок эффективности

      С формальной точки зрения оба варианта приемлемы, причем по размерам инвестиций (13,4 млн. руб. против 44,7 млн. руб.) второй вариант предпочтительней. Однако второй вариант не использует техногенные продукты, более того, отходами собственного производства (растворы сульфата натрия) создает определенные экологические проблемы. Во втором варианте ниже чистый приведенный эффект, норма рентабельности и коэффициент эффективности проекта.
      На этом основании полагаем целесообразным внедрение технологии производства силикагеля по первому варианту.

4.1. Трудовые ресурсы

      На предприятии предполагается использовать 60 человек основных рабочих, 10 человек вспомогательного персонала и 10 человек административно-управленческого персонала. Всего по предприятию – 80 человек.
      Рабочих и служащих предполагается набирать из местного нетрудоустроен- ного населения г. Красноярска.
      Обучение персонала предусмотрено за счет средств, заложенных в «прочих» расходах инвестиций.

4.2. Сырьевые ресурсы

      Основной компонент сырьевой шихты – «горелая» формовочная земля, отход литейного производства машиностроительных предприятий. В городе Красноярске только одно предприятие ОАО «Сибинстром» ежегодно выбрасывает в отвалы до 20 тыс. тонн «горелой» земли, кроме этого за годы эксплуатации предприятия накопилось более 100 тыс. тонн этих отходов. Следовательно, предлагаемое предприятие гарантированно обеспечено основным компонентом.
      Сульфат натрия в форме техногенного продукта предприятие «Сибволокно» г. Зеленогорска Красноярского края реализует в неограниченном количестве.
      Серная кислота в неограниченных количествах реализуется химическими предприятиями Сибири (Кемеровская область, Иркутская область и др.).
      Отходы древесины поступают с местных деревоперерабатывающих предприятий и районов, близко расположенных к г. Красноярску.

4.3. Энергообеспечение

      Предлагаемое предприятие обеспечивается энергетическими ресурсами целиком за счет собственного их производства.