Отраслевые особенности промышленной экологии. Химическая промышленность

Реактор, в котором происходит окисление, представлен на рис. 2.

Рис. 2. Реактор окисления  аммиака в системе под давлением 0, 73 МПа.

На рисунке: 1-корпус; 2-смеситель; 3-распределитель; 4-катализаторные сетки; 5- котел-утилизатор; 6-взрывная мембрана; АВС - азотоводородная смесь; НГ - нитрозные газы.

Катализатор в виде сеток 4 натянут внутри корпуса 1. Аммиак смешивают  с воздухом в смесителе 2. Высокая  конусная часть реактора служит для  равномерного распределения потока. Для уменьшения потерь платины от испарения используют поглотитель  на основе оксида кальция.

2.2 Окисление оксида азота

Второй этап получения  азотной кислоты представляет собой  гомогенную обратимую экзотермическую реакцию:

.

Данная реакция может  протекать везде: в трубопроводах, теплообменниках и других аппаратах. При температуре ниже 150˚С равновесие почти полностью сдвинуто в сторону  образования продукта. Реакция идет с уменьшением объема и выделением большого количества тепла, поэтому  реакцию целесообразно проводить  при пониженной температуре и  повышенном давлении.

2.3 Абсорбция оксидов азота

Диоксид азота взаимодействует  с водой по схеме:

 

.

Азотистая кислота, образующаяся в первой реакции, нестойкая и  сразу разлагается с выделением части NO в газовую фазу. Суммарное уравнение абсорбции:

.

Процесс ведут в абсорбционной колонне (рис.3). Для полноты поглощения нужен противоток жидкой и газовой фаз. Вверху абсорбера, где подается вода, концентрация кислоты минимальна, и выходящие газы содержат небольшое количество оксидов азота. Здесь поглощение происходит почти полностью.

С понижением температуры  поглощение улучшается. Для отвода теплоты реакции на тарелках установлены плоские змеевиковые холодильники с циркулирующей в них водой. Повышение давления также способствует повышению поглощения и увеличению концентрации образующейся кислоты: 47-49% -ная кислота получается при P = 1 атм,    58%-ная – при P = 7 атм и 62% -ная – при P = 11 атм [3].

Рис. 3. Реактор получения азотной кислоты:

1. – ситчатые тарелки; 2 – теплообменные аппараты; 3 – брызгоотбойники.

 

      3. ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Предприятия химической промышленности являются источниками многокомпонентных  выбросов в окружающую среду химических примесей I, II, III, IV классов опасности (организованные технологические выбросы, вентиляционные выбросы, открытые площадки с оборудованием).

В выбросах химических предприятий  преобладают вещества раздражающего, нейротоксического, гепатотропного, канцерогенного действия, а также вызывающие отдаленные последствия у потомства[6].

Нагрузка специфическими веществами на атмосферный воздух, водоемы, почву зависит от вида химических производств, их мощности и степени  сосредоточения.

3.1 Воздействие на атмосферу

Основными источниками вредных  выбросов являются производство кислот (серной, соляной, азотной и др.), производство резинотехнических изделий, фосфора, пластических масс, красителей, моющих средств, искусственного каучука, минеральных  удобрений, растворителей. Предприятия химической промышленности выбрасывают в атмосферу углеводороды, фенолы, органические фториды и хлориды, карбоновые кислоты, альдегиды, органические соединения серы, хлора, фтора, азота, двуокись серы, сероводород, окислы азота, соляную кислоту, другие кислоты, соединения фтора, тяжелые металлы, карбиды и др.

В некоторых районах концентрации вредных химических примесей превышают  установленные гигиенические нормативы  в атмосфере жилой зоны городских  поселений от 1 до 5 раз. Уровни загрязнения  атмосферного воздуха вредными веществами, присущими выбросам химических производств  в жилых зонах города зависят  от их расстояния до СЗЗ химических предприятий.

Согласно данным лабораторных наблюдений за качеством атмосферного воздуха, проводимым органами госсанэпидслужбы концентрации вредных химических примесей в ряде случаев превышают ПДК на расстоянии до 10 км от предприятия. Среднегодовые концентрации 0,6-0,05 ПДК обнаруживаются на расстоянии до 30 км от промышленных объектов[4].

К последствиям загрязнения  атмосферы относятся: образование  озоновых дыр, возникновение парникового  эффекта, рост процента тяжелых заболеваний, спровоцированных выбросами. Среди  них раковые опухоли, всевозможные аллергии, астматический синдром, нарушение  сердечнососудистой деятельности, общее  понижение иммунитета.

Регулирование качества атмосферного воздуха  и защита населения от воздействия загрязняющих веществ регламентируется федеральными законами «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения»   (1999 г.), «Об охране атмосферного воздуха» (1999 г.) и другими законодательными документами.

3.2 Воздействие на гидросферу

Сточные воды, образующиеся на предприятиях химических производств, а также стоки, отводимые с территории промышленных предприятий, можно разделить на три категории:

•       производственные сточные воды (использованные в технологическом процессе производства или образующиеся при добыче полезных ископаемых);

•       бытовые  стоки (от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий, а также от душевых установок, имеющихся на территории промышленных предприятий);

•      атмосферные стоки (дождевые и образующиеся от таяния снега).        

Производственные сточные  воды можно подразделить на два основных вида: незагрязненные и загрязненные. 

 

 

        Незагрязненные производственные сточные воды поступают от холодильных, компрессорных, теплообменных аппаратов. Кроме того, такие стоки образуются при охлаждении технологического оборудования и продуктов производства.

Загрязненные производственные сточные воды содержат отходы и выбросы производства. Количественный и качественный состав таких стоков разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов[7]. По составу сточные воды делят на три основные группы, содержащие:

•       неорганические примеси (в том числе токсические);

•       органические примеси;

•       неорганические и органические загрязняющие примеси.         

К первой группе относятся  сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых  заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т. д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.

Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие  и нефтехимические заводы, предприятия  органического синтеза, коксохимические  и др. В стоках содержатся различные  нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается, главным образом, в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.        

Сточные воды третьей группы образуются в процессах гальванохимической обработки поверхностей, производстве печатных плат электронной техники, в коксохимических и других технологических  процессах. В составе этих стоков присутствуют неорганические кислоты, ионы тяжелых металлов, ПАВ, масла, красители, смолы и другие вещества.

3.3 Образование твердых отходов

Химическая промышленность является источником около 7% образующихся промышленных твердых отходов.

При производстве фосфорных  удобрений из апатитов и фосфоритов образуется значительное количество твердых  отходов в виде фосфогипса. Помимо него в промышленности образуется незначительное количество фторгипса, борогипса, сульфогипса и титаногипса.

Фторгипс (фторангидрит) образуется в качестве отходов при производстве фтористоводородной кислоты, безводного фтористого водорода и фтористых  солей. Борогипс является отходом производства борной кислоты. Сульфогипс образуется при  улавливании серного ангидрида из газообразных отходов (дымов) ТЭС. Титаногипс является

отходом химического производства цветной металлургии.

Одним из наиболее многотоннажных отходов химической промышленности является пиритный огарок, образующийся и производстве серной кислоты из пирита FeS. На сернокислотном производстве накоплено более 40 млн. т пиритных огарков. К имеющимся запасам ежегодно прибавляется 7 млн. т. Огарок состоит из оксидов железа, сульфидов и оксидов других металлов, кварца, алюмосиликатов и пирита. Значительное количество твердых отходов образуется в производстве калийных удобрений из сильвинита (смеси хлоридов натрия и калия). На 1 т хлорида калия образуется 1,8-2,6 т так называемых галитовых отходов - хлорида натрия с примесями хлорида калия и других солей. В настоящее время на заводах калийных удобрений накоплено в избытке более 500 млн. т галитовых отходов (ежегодно прибавляется 50 млн. т). Их использование составляет не более 5,6 млн. т в год. В производстве фосфорных удобрений при обогащении фосфорного сырья флотацией образуется большое количество хвостов обогащения до 1,7-2 т на 1 т фосфора. Большие количества твердых отходов сбрасывают предприятия азотной промышленности, производства полимерных материалов и многие другие химические производства[6].

4. ТЕХНИКА ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Основными направлениями предохранения окружающей среды от негативного воздействия отходов или уменьшения такого воздействия являются:

• собственно уменьшение отходов;
• получение из отходов полезных продуктов с возвратом последних в сферу производства или потребления;
• очистка отходящих потоков от примесей;
• обезвреживание токсичных отходов;
• захоронение отходов.

Ввиду большого многообразия отходов  предложить обобщенную схему их утилизации и обезвреживания не представляется возможным, поэтому рассмотрим некоторые из них.

4.1 У тилизация и обезвреживание твердых отходов     

Из общего количества твердых отходов, ежегодно образующихся на предприятиях химической промышленности, около (0,9 — 1,0) % относятся к 1-му классу опасности, (1,8 — 2,0) % — к 2-му, (22,3 — 22,5)% — к 3-му, остальные (74 — 75)% — к 4-му классу опасности[8].

Существуют следующие методы обезвреживания и захоронения твердых промышленных отходов:

1. биологическое окисление в условиях, моделирующих естественные;
2. термическая обработка;
3. складирование отходов на поверхности земли;
4. захоронение особо вредных отходов на участках, не имеющих хозяйственного значения: овраги, карьеры, шурфы, траншеи, скважины.

 Биологическое окисление применяют для обезвреживания твердых отходов, в том числе осадков, образующихся в системах биологической очистки.

Термическая обработка - наиболее надежный, но устаревший способ обезвреживания и утилизации твердых отходов. Сжигание осуществляют в высокотемпературных  химических реакторах - печах, обеспечивающих хорошее перемешивание для развития  поверхности контакта фаз и высокую температуру, достаточную для полного обезвреживания токсичной части отходов. Чаще всего применяют барабанные и камерные печи, но также циклонные и со взвешенным (кипящим) слоем твердого металла. Весьма перспективна термическая обработка твердых отходом методом пиролиза, продукты которого могут служить энергетическим носителем, а также сырьем для органического синтеза. 

Твердые отходы перерабатывают под высоким давлением. Под его  действием образуются спрессованные, спекшиеся материалы, которые может  использовать промышленность строительных материалов.

Захоронение твердых промышленных отходов в поверхностных хранилищах - наиболее распространенный способ их изоляции и частичного обезвреживания. Такой способ приводит к отчуждению больших участков земли, которые могли бы полезно использоваться, и к загрязнению поверхностных и подземных вод. Основной тип поверхностных хранилищ - шламонакопители, которые строят по каскадному принципу. Шламохранилища включают в себя чашу, берега, плотину и дренажную систему, защищающую грунты под сооружением от фильтрационных деформаций и отводящую из хранилища загрязненные стоки для обезвреживания. При этом зачастую токсичные металлы и вещества продолжают мигрировать в окружающую среду.

Все способы консервации  и захоронения твердых отходом  отнюдь не безопасны, ведут к отчуждению полезных площадей и связаны со значительными  затратами. Их нужно заменить полной утилизацией твердых отходов, в  первую очередь в качестве вторичного сырья.

4.2 Утилизация  и обезвреживание жидких отходов

Основную массу жидких отходов составляют сточные воды. Применение конкретного метода очистки  сточной вода зависит от характера примесей. Наиболее часто употребляемые приемы очистки сточных вод: