Безотходные технологии в современном мире

Вопрос № 6

В каких случаях используется рециркуляция реакционных потоков  в оргсинтезе. Приведите конкретные примеры рециркуляции.

Ответ

Одним из общих принципов, лежащих в основе создания безотходных  производств, являются цикличность  материального потока, т.е. возврата части его обратно в процесс. Это способствует интенсификации ХТП, т.к. наиболее полно используются исходные продукты и энергия, улучшаются условия  ведения процессов.

Известно, что скорость превращения  резко уменьшается при приближению  химического равновесия и, следовательно, часто приходится прерывать процесс  в значительном удалении от состояния  равновесия, отводя из реактора смесь  реагентов, содержащую непрореагировавшие исходные вещества. Это обеспечивает большую движущую силу процесса и, таким  образом, увеличивает выход продукта в расчете на единицу реактора. Из смеси, отводимой из реактора, отделяются продукты, а исходные соединения возвращаются процесс. В промышленности этот прием  обычно применяется тогда, когда  положение равновесия не очень выгодно  и можно легко выделить продукт  из реакционной смеси.

Рециркуляция является эффективным  приемом для отвода тепла и  поэтому позволяет осуществлять в промышленности высоко-экзотермические  процессы. Рециркуляция широко используется для достижения 100%-ной конверсии  реагентов при равновесных реакциях, реакциях, протекающих с малыми скоростями, и т.д.

На основе метода рециркуляции, комбинируя различные производства и технологические установки, можно  создать технологически замкнутый  комплекс, работающий с максимальным использованием сырья и исключить  или снизить до допустимых выбросы  отходов во внешнюю среду. В частности, рециркуляция позволяет многократно применять растворители, катализаторы, абсорбенты, экстрактивные и азеотропные агенты, хладагенты и теплоносители.

Некоторые побочные продукты после повторного прохождения через  реактор превращаются в целевые  продукты. Следовательно, они возвращаются в реактор в виде рецикла. Многократное использование таких потоков, во-первых, экономит расход сырья на получение  целевого продукта, а во-вторых, позволяет не выводить из системы различные продукты, которые могут загрязнять как воздух, так и воду.

С введением рециклов в  ХТС производств различных продуктов  решается ряд важных технологических  задач, а именно:

• Наиболее полное использование исходных химических компонентов (для реакторов с неполным превращением)
• Исключение вредных выбросов в окружающую среду
• Рециркуляция энергии системы (например, использование тепла реакции для подогрева исходных реагентов)
• Создание оптимальных технологических режимов ( интенсификация начальных стадий автокаталитических реакций, создание избытка одного из реагентов для сдвига равновесия химической реакции в направлении образования целевого продукта)
• Подавление побочных и интенсификация основных химических реакций, создание оптимального температурного режима
• Наиболее полное использование катализаторов и инертных растворителей, в присутствии которых протекает химическое превращение

Конкретными примерами рециркуляции являются реакции:

1. Синтез аммиака из азота и водорода при высоком давлении
2. Процессы алкилирования ( получение этилбензола и хлорирование бензола до монохлорбензола)
3. Каталитическое дегидрирование пропана до пропилена

Введение рецикла может  быть использовано для решения различных  технологических задач, как, например, для целей интенсификации технологического режима внутри реактора, так и для  создания технологических схем с  наиболее полным использованием сырья  и энергии. В первом случае эффективность  введения рецикла зависит от специфики  химической реакции, а также от типа химического реактора, охватываемого  потоком рецикла.

С помощью рециклов можно  повысить абсолютный выход любого продукта сложной химической реакции. Особенно важно, что это не может дать ни один из таких традиционных способов управления химической реакцией, как изменение давления, температуры и других параметров, т.к. они в той или иной степени действуют на все реакции, а рецикл, свободно оперируя скоростью и составом потока, направляет реакцию в желаемую сторону в максимально возможной степени.

 

Вопрос № 15

Как путем кооперирования и комбинирования производств можно  развивать безотходные технологии?

Ответ

С целью создания безотходных  или малоотходных производств постепенно отрасль будет переходить на организацию  производств комбинатов внутри- и межотраслевого типа. При этом внутри комбинатов и производственных объединений будут формироваться специализированные заводы или новые комплексы со сложными сырьевыми и технологическими связями.

В дальнейшем заводская концентрация в отрасли основного органического  и нефтехимического синтеза будет  развиваться в следующих направлениях:

• Межотраслевое комбинирование производств преимущественно путем создания многономенклатурных комбинатов и многоотраслевых предприятий
• Отраслевая специализация промышленных объектов
• Создание производственных и научно-производственных объединений

Успешной формой организации  в нашей стране были научно-производственные объединения, которые включали промышленные предприятия, научно-исследовательские  и проектные институты и опытно-экспериментальную  базу.

Комбинированное производство- это комплекс взаимосвязанных технологических процессов для производства одного или нескольких продуктов. В этом отношении весьма показательным является совместное производство карбамида CO(NH2)2  и аммиака NH3 . Так, карбамид получают по схеме

CO2+2H2O=CO(NH2)2+H2O

Исходные компоненты образуются в производстве аммиака:

CH4+2H2O=CO2+4H2

3H2+N2=2NH3

При этом 1моль CH4 дает 1 моль CO2 и 2/3 моль NH3.На образование 1 моль карбамида расходуется 1 моль CO2 и 2 моль NH3.  Таким образом, из 1 моль CH4 можно получить 1 моль карбамида и 2 моля аммиака. Оба технологических процесса объединены не только линиями передачи CO2 и NH3,но и другими вспомогательными связями- материальными и энергетическими.

Учитывая тот факт, что  еще некоторое время развитие производств будет связано с  наличием отходов, необходимо изыскивать возможности для их применения в  других отраслях. Предприятия этих отраслей могут строить свои производства, используя вторичные материалы- отходы как сырье. Следовательно, при  организации безотходных промышленных производств большое значение имеет  кооперирование предприятий и различных  отраслей промышленности. Такие примеры  уже имеются: полимерные отходы химических производств используются в строительной индустрии.

Наиболее благоприятные  возможности для такого кооперирования появляются при организации территориально-промышленных комплексов.

Ярким примером является химический завод «Щекиноазот» в Тульской области.

На «Щекиноазот» организовано производство концентрированного формалина, об этом говорится в сообщении предприятия. После ввода в эксплуатацию производства фенолоформальдегидных смол в рамках СП с компанией Momentive Specialty Chemicals и обсуждения с партнерами планов по развитию данного СП возникла необходимость в обеспечении его основным сырьем – концентрированным формалином с низким содержанием метанола.

Сейчас формалин необходимого качества вырабатывается на установке  КФК – за счет снижения объема выпуска  концентрата, имеющего хороший рыночный спрос, сообщает Plastinfo.ru. Перед техническими специалистами была поставлена задача организации производства продукта необходимого качества с минимальными капитальными затратами. Для реализации этой задачи было принято решение о техническом перевооружении производства формалина и уротропина на выпуск концентрированного формалина с низким содержанием метанола, отвечающего всем требованиям производства ФФС.

Обновленное производство будет  более экономичным, расход основного  сырья – метанола – снизится на 20%, выбросы в атмосферу сократятся более чем на 30%, будет создана  новая система управления на основе современных достижений микропроцессорной  техники. В результате технического перевооружения производство будет выпускать концентрированный 52% формалин с содержанием метанола не более 1%, в количестве, необходимом не только для покрытия сегодняшних нужд производства ФФС, но и с учетом дальнейшего наращивания объема выпуска и ассортимента синтетических смол.

Объединенная химическая компания «Щекиноазот» является коммерческой компанией, представляющей интересы крупных  химических предприятий России, специализирующихся на производстве продуктов основной, промышленной химии, инженерных пластиков, синтетических нитей, специальных  и потребительских продуктов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

1. Сутягин В.М., Бондалетов В.Г., Кукурина О.С. Принципы разработки малоотходных и безотходных технологий. Учебное пособие /—2-е изд., перераб. и доп. —Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. —184 с.
2. Антонова-Антипова И.П., Бородин В.Л., Шевердяев О.Н. Принципы создания безотходных технологий. Учебное пособие Москва. Изд-во МГОУ, 2011.
3. Статья в «АГРОХИМИЯ» в интернете. Сылка:http://rcc.ru/rus/fertilizers/?ID=487417