Химики)

При выборе метода производства используют следующие критерии: технико-экономические показатели; возможности обеспечения сырьем; организацию доставки сырья и вывоза готовой продукции; наличие оборудования для промышленной реализации метода; обеспечение заданной мощности и качества продукции; соблюдение санитарно-гигиенических условий труда на производстве; вопросы экологии.

Существующие способы разработки технологии получения целевых продуктов включают стадии выбора метода производства, разработки и оптимизации технологической схемы.

Выбор оптимального маршрута производства осуществляют технологи-исследователи либо на основе списков известных реакций, либо на основе химических аналогий. На этой стадии задаются вид сырья и его ресурсы, получают оценки возможных количеств целевых продуктов, степень использования сырья. Знания кинетических характеристик здесь не требуются, нужны лишь оценки значений степеней превращения.

Материальные балансы стадий процесса позволяют выяснить избытки тех или иных компонентов, которые, в конечном счете, либо будут присутствовать в качестве примесей в целевых продуктах, либо после их отделения образуют отходы производства или продукты для переработки в других производствах.

На этой стадии можно произвести предварительный расчет экономической эффективности метода (технологии) производства, основанного на предполагаемой стоимости продуктов и сырья, без учета капитальных и эксплуатационных затрат. В результате такого анализа выясняется целесообразность дальнейшей проработки данного метода производства целевых продуктов, и выбираются оптимальные маршруты его.

Многие продукты могут быть получены по различным схемам и из различного сырья. Так, фталевый ангидрид можно получить из нафталина и О-ксилола; малеиновый ангидрид – из бензола, бутиленов и фурфурола; фенол – из кумола, бензолсульфокислоты, хлорбензола, бензола; стирол – из бензола и этилена, нефтяного этилбензола и т.д.

При разработке схемы промышленного производства проверяются как ресурсы сырья, так и денежные затраты на него по рекомендованному способу в сравнении с затратами по другим известным методам. Так, малеиновый ангидрид может быть синтезирован из бензола, фурфурола и из бутан-бутиленовой фракции (продукт нефтепереработки). Ресурсы бензола и бутан-бутиленовой фракции обеспечивают потребность в них производства малеинового ангидрида. Потенциальные ресурсы фурфурола также велики. Поэтому показателями, определяющими выбор схемы производства, в данном случае будут эксплутационные затраты.

Освоение технологии синтеза малеинового ангидрида из фурфурола показало, что по технико-экономическим показателям он не конкурентоспособен с двумя другими способами. Если принять суммарные расходы на сырье и энергию при синтезе продукта из фурфурола за 100 %, то по бензольному методу они составят 50 %, а по бутан-бутиленовому – около 35 %. Кроме того, по бутан-бутиленовому способу в перспективе возможно использование отхода производства фумаровой кислоты.

Производства основного и тонкого органического и нефтехимического синтеза дают большой ассортимент продуктов (сотни наименований) и в больших количествах (от десятков до сотен тысяч тонн в год). При этом в биосферу выбрасывается значительное количество различных химических веществ (углеводородов, оксидов углерода, азота, серы, органических веществ и др.), загрязняющих ее.

Поэтому необходимо разрабатывать технологии, которые позволяли бы сбрасывать вещества в биосферу только в допустимых количествах, причем такие вещества, которые могут усваиваться природными биологическими системами. Необходимо также учитывать, что в этих производствах используется в больших количествах сырье, вода и энергия, а, кроме того, за счет химических превращений часто выделяется большое количество тепла. Следовательно, необходима такая организация производства, при которой утилизируются не только побочные продукты, но и все тепло, выделяемое на различных этапах производства.

В настоящее время многие из отходов используются в существующих производствах. Так, например, на основе СО можно получать муравьиную кислоту (через формиаты), фосген (при хлорировании СО), метан и метанол (при гидрировании СО), парафиновые углеводы (синтез Фишера-Тропша), альдегиды, спирты и др. На основе СО2 можно получать мочевину (при взаимодействии с аммиаком), этиленкарбонат (при взаимодействии с оксидом этилена) и др. На основе оксидов азота можно синтезировать азотную кислоту, а из нее получать нитропарафины (нитротолуол, тринитротолуол, нитробензол, анилин) и другие продукты.

Рассмотрим для примера новые технологии комплексной переработки метанола. Значительная часть мирового выпуска метанола потребляется в производстве формалина и других формальдегидосодержащих продуктов и их производных. Наметившаяся в последние годы тенденция к снижению и стабилизации уровня мировых цен на метанол делает особенно актуальными поиски новых технологий, позволяющих комплексно перерабатывать это сырье. Использование таких технологий особенно заманчиво для технического перевооружения существующих предприятий-потребителей метанола с целью расширения ассортимента продукции и значительного повышения коммерческих возможностей.

В настоящее время исследования в этой области проводятся в Институте катализа имени Г.К. Борескова и Инженерной Компанией Института катализа по трем направлениям:

1) синтез муравьиной кислоты прямым окислением формальдегида;

2) получение формальдегида полимеризационной чистоты для производства полиацеталей;

3) получение концентрированного модифицированного формалина и производство КФ-смол на его основе.

Все эти технологии не требуют больших капитальных вложений, отличаются высокой рентабельностью и экологической безопасностью. На рис. 4 представлены новые возможности производства продуктов из метанола. Для примера рассмотрим выбор метода получения муравьиной кислоты.

Рис. 4. Новые возможности производства продуктов из метанола

Рис. 5. Способы производства муравьиной кислоты

Большинство вновь создаваемых в мире производств муравьиной кислоты использует метод гидролиза метилформиата. Однако технологическая сложность метода и связанные с ней высокие удельные расходы сырья обусловливают создание только многотоннажных производств, как правило, удаленных от потребителя. В отличие от этого метода процесс синтеза муравьиной кислоты из формальдегида характеризуется простой и надежной технологической схемой с минимальным количеством стадий (рис. 5). Основу его составляет прямое окисление формальдегида кислородом воздуха в трубчатом реакторе в присутствии оксидного катализатора с последующей конденсацией продукта.

По сравнению с традиционными технологиями новая имеет ряд преимуществ: полная экологическая безопасность, обусловленная отсутствием сточных вод, твердых отходов и вредных газовых выбросов; низкая себестоимость конечного продукта; низкие удельные капитальные вложения и короткие сроки их окупаемости; возможность создания небольших производств в непосредственной близости от потребителя; использование стандартного технологического оборудования; небольшие занимаемые производственные площади.

Комбинация производства формалина с производством муравьиной кислоты на одном предприятии позволяет перерабатывать метанол в продукты более широкого ассортимента – формалин, муравьиную кислоту, пентаэритрит.

Технологический процесс получения муравьиной кислоты является непрерывным и включает стадии получения формальдегидсодержащего газа, обезвоживания формальдегидсодержащего газа, контактного превращения формальдегида в муравьиную кислоту, конденсации муравьиной кислоты.

Наиболее экономически эффективным является производство муравьиной кислоты, в котором в качестве сырья используют реакционные газы процесса на серебряном катализаторе. Себестоимость 85 %-ной муравьиной кислоты по этой технологии в условиях России (АО "Азот" г. Кемерово) составляет 290…300 USD за одну тонну при цене метанола 200 USD за одну тонну.

Итак, принципы выбора метода производства можно сформулировать следующим образом:

1) переход на новые технологии, которые позволили бы увеличить выпуск необходимой продукции заданного качества, не нарушая требований экологии;

2) создание новых производств, использующих в качестве сырья отходы;

3) определение перечня продуктов, которые могут быть усвоены природными биологическими системами;

4) определение допустимых количеств различных химических продуктов, которые могут попадать в биосферу без вредных последствий для окружающей среды и человека;

5) создание малоэнергоемких производств и производств с малым потреблением воды.

Особенностью прогресса в химической промышленности является повышение степени комплексности переработки сырья. Во всех странах наблюдается стремление сократить потребление природных ресурсов и увеличить степень использования вторичных материальных и энергетических ресурсов. Мировой и отечественный опыт показывает, что 80 % экономии материальных ресурсов связано с внедрением ресурсосберегающих технологий и лишь 20 % – с другими мероприятиями. Более 50 % экономии топливно-энергетических ресурсов в химической промышленности в России можно получить за счет совершенствования технологических процессов, примерно 20 % – путем более полного использования вторичных энергетических ресурсов и около 25 % – за счет организационно-технических мероприятий.

При условии роста масштабов производства и высоких экологических требованиях можно определить два принципиально отличных друг от друга направления получения химических продуктов.

Первое направление предусматривает реконструкцию действующих производств и создание технологии с дальнейшей (более глубокой) очисткой газовых выбросов, воды, выводимой из производства и твердых отходов, вредных для природы и здоровья человека веществ. Такой путь в настоящее время широко применяется, но он малоэффективен. С помощью очистных сооружений не всегда удается полностью освободить выбросы от вредных веществ, и они попадают в биосферу. Кроме того, очистные сооружения являются дорогостоящими, занимают большие площади, создают новые проблемы уничтожения твердых отходов, потребляют большое количество материалов и энергии.

Второе направление предусматривает создание технологий и разработку новых технологических установок, обеспечивающих полную переработку сырья в продукт с использованием вторичных энергоресурсов на базе принципов рециркуляции и цикличности. При рециркуляции предусматривается создание замкнутых технологических комплексов с возвратом на вход непрореагировавшего сырья, комплексного использования энергии за счет теплообмена между прямыми и обратными потоками. Второе направление пока еще не нашло широкого распространения: реконструировать существующие производства до такой степени практически невозможно, так как в них заложена технология, по которой предусматривается вывод из химико-технологических систем разных потоков. Однако при создании новых химических производств должен соблюдаться принцип комплексного использования сырья: материальный субстант, введенный в технологический процесс, полностью перерабатывается, а полученная при переработке продукция используется в полном объеме и ассортименте.

Обобщающим принципом при создании безотходных производств является системный подход, который следует использовать при проектировании, создании и эксплуатации производства. Более конкретные принципы, направленные на полное использование сырья и энергетических ресурсов, а также на охрану окружающей среды могут быть подразделены на три группы:

1) химические;

2) технологические;

3) организационно-управленческие.

1. Химические:

• создание малостадийных (одностадийных) химических процессов;

• разработка методов получения продуктов из дешевого и доступного сырья;

• разработка процессов с повышенной селективностью;

• применение "сопряженных" методов синтеза;

• разработка технологий с высокими целевыми конверсиями реагентов;

• совмещение нескольких реакций, направленных на получение одного и того же целевого продукта.

2. Технологические:

• использование рециркуляции по компонентам и потокам;

• применение совмещенных процессов;

• полнота выделения продуктов из реакционной смеси;

• разработка процессов с низким энергопотреблением;

• полнота использования энергии системы;

• разработка технологии с минимальным расходом воды и использованием ее кругооборота;

• полнота использования газовых потоков и очистка газовых выбросов;

• применение аппаратов и технологических линий большой единичной мощности;

• применение непрерывных процессов;

• полнота использования жидких и твердых отходов;

• высокая степень автоматизации;

• обеспечение высокой надежности функционирования ХТС.

3. Организационно-управленческие:

• кооперирование и комбинирование различных производств;

• создание безотходных территориально-промышленных комплексов;

• создание технологии по переработке отходов производств.

Date: 2015-05-09; view: 1265; Нарушение авторских прав