Лекция 1
Основные принципы создания малоотходных экологически безопасных производств при переработке отходов в химической промышленности
Цель дисциплины – изучение разработки химико-технологических процессов переработки отходов.
Основные понятия:
ХТП – совокупность физических и химических операций, в результате которых либо утилизируют отходы, либо обезвреживают.
ХТП – сложная система, взаимодействующая с ОС. При разработке ХТП необходимо руководствоваться следующими основными принципами:
1. Системность.
Необходимо увязать (согласовать) разработку ХТП с экологическими вопросами защиты ОС (уровень антропогенной нагрузки, экономический ущерб и т. д.), а также связать с социальными вопросами (влияние на качество жизни, здоровье и т. д.).
2. Комплексная переработка отходов с получением индивидуальных товарных продуктов с последующей их реализацией.
3. Рациональное использование энергии (тепло химических реакций, фазовых превращений; физическое тепло, аккумулированное в отходе; тепло отходящих газов, жидкостей и твердых потоков).
|
|
4. Принцип цикличности – создание замкнутых систем водопользования, замкнутых систем газо- и воздухооборота.
Структурная схема промышленного производства.
Рис. 1.1. Структурная схема промышленного производства.
а) Основные стадии переработки отходов.
б) Схема переработки отходов.
а)
б)
|
Пояснения к схеме (на рис 1.1)
Кондиционирование – подготовка отхода к дальнейшей переработке (другими словами, это выделение, разделение отходов).
Например, селективный разбор аккумуляторов, выделение аммиака абсорбцией скруббером и т. д. Недостаток мусоросжигательных заводов – в отсутствии стадии кондиционирования, что приводит к повышенному содержанию влаги, увеличению количества золы и, как следствие, уменьшению эффективности технологического процесса.
Кондиционирование может производиться вручную или механически.
Обезвреживание – необратимый процесс перевода токсичных веществ в нетоксичные, их разложение до элементарных составляющих (Н2О, СО2 и т. д.).
Например, дезинфекция воды – это уничтожение патогенных микроорганизмов. Наибольшее распространение получил способ дезинфекции путём введения в воду газообразного хлора. Возможно обеззараживание вод озоном, для чего используются бактерицидные ультрафиолетовые лампы. Другие примеры: сжигание красок, создание полигонов отходов и т.д. Территорию полигона необходимо специально отгораживать от почв, подземных вод, постоянно проводить мониторинг. Полигоны регистрируются и оплачиваются.
Утилизация – переработка отходов с целью возврата в голову процесса вторичного сырья. Например, переработка отходов пластика, алюминиевых банок (30 % выплавляемого металла в Англии за счет сбора банок) и т.д.
|
|
Условные обозначения:
ИР – исходные реагенты, их подготовка (очистка воздуха, воды, очистка природного газа от сернистых соединений).
Про – во – производство – получение продукта с заданными качеством, параметром, свойствами. Отрасли: химическая, энергетическая, угольная, металлургическая, машиностроительная, нефтехимическая и т.д. Свойства продукта отображаются в ГОСТах, ТУ и др.
На стадии потребления теряются такие свойства продукта, как:
· срок годности (физический износ),
· контрафактный продукт,
· моральный износ.
На стадии производство и потребление образуются отходы:
Опр – отходы производства – остатки материала, полуфабрикатов, утративших полностью или частично свои потребительские свойства (пример: переработка аккумуляторов).
Опотр – изделия, материалы, утратившие свои потребительские свойства в результате физического, морального износов или контрафактная продукция. Пример: гальванические, трёхвалентные элементы добавляют в цемент.
ВМР – вторичный материальный ресурс – как потенциал для повторного использования.
ВЭР – вторичный энергоресурс (тепло химических реакций, фазовых превращений; физическое тепло, аккумулированное в отходе; тепло отходящих газов, жидкостей и твердых потоков).
ВС – вторичное сырье – часть ВМР, которые могут быть повторно использованы; часть ВМР после кондиционирования.
НО – неутилизируемые отходы.
Инд. ТП – индивидуальный товарный продукт.
Р – рассеивание – неучтенная часть отходов, оказывающая антропогенное воздействие на окружающую среду.
Пример 1.1. Переработка фосфогипса.
ФГ – тв. отход производства экстракционной фосфорной кислоты.
В основе получения H3PO4 лежит реакция разложения.
Химическая схема:
Са5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 10H2O → 3H3PO4 + 5CaSO4∙2H2O + HF (1.1)
Реакцию 1.1 осуществляют в экстракторах. Процесс носит название: «Сернокислотное разложение апатита».
Апатит – минерал Ca5F(PO4)3 (месторождение – Кольский п-ов, Карелия, г. Апатиты)
Активная часть:
CaO ~45%
P2O5 ~до 42%
Примеси: фтор (очень коррозионный компонент, поэтому приходится включать добавки) + редкоземельные Ме (рутений, европий – полупроводники) до 7%.
В результате сернокислотного разложения получают реакционную смесь:
· жидкость – H3PO4
· фосфогипс – тв. ве - во – CaSO4·2H2O (двугидрат сульфата кальция)
· газообразное ве - во–HF, SiF4
Реакционную смесь подвергают разделению:
· карусельные вакуумфильтры (прочны, лёкгий монтаж, надёжная конструкция): ЭФК и ФГ
· жидкостная абсорбция: HF + H2Oпар
В Московской области есть завод по производству ЭФК в г. Воскресенске – АО «Воскресенские минудобрения». По объему промышленного пр-ва в ассортиментной линейке занимает 3 место после серной и азотной кислот.