Экологические проблемы основных производств (стр. 8 )

Уменьшение количества склади­руемых галитовых отходов может быть осуществлено в результате реализации следующих мероприятий:

-  широкого использования галита в различных отраслях народного хозяйства в качестве вторичных минеральных сырьевых ресурсов;

-  в химической промышленности (произ­водство едкого натра и хлора);

-  в энергетике;

-  в дорожном и ком­мунальном хозяйстве, в производстве кормовой и пищевой поварен­ной соли и других;

-  утилизации всех шламовых отходов, например, в промышленности строительных материалов, для производства глинисто-солевых порошков, применяемых при бурении, в качестве удобряющих добавок к торфяным и песчаным почвам и др.

Наиболее перспективными и экономически целесообразными направлениями использования галитовых отходов являются производ­ства технического хлорида натрия с последующим получением ед­кого натра и хлора в химической промышленности и поваренной соли в пищевой. В первую очередь можно перерабатывать на поваренную соль (пищевую или техническую) галлургические галитовые отходы, так как получаемые по флота­ционной схеме обогащения галитовые отходы являются менее пригодными к утилизации из-за дорогостоящего процесса очистки их от аминов, применяемых при флотации. В связи с этим, предусма­триваются их возврат и закладка в выработанное шахтное простран­ство.

10.3. Пути совершенствования производств важнейших химических продуктов

Производство серной кислоты. Ни одна отрасль промышленности практически не может обойтись без серной кислоты. Особенно широко она применяется в химической промышленности.

Серную кислоту получают различной концентрации и качества. В нашей стране установлен стандарт на серную кислоту и олеум (раствор серного ангидрида в серной кислоте). Вы­пускаемые промышленностью контактная серная кислота и олеум со­держат соответственно 92,5-94% H2SO4 и 18,5-20% SO3 (в серной кислоте).

Для производства серной кислоты используется довольно широ­кий ассортимент сырья. Так, наряду с серным колчеданом применяют серу, отходящие серосодержащие газы цветной металлургии, серо­водород, отработанную серную кислоту и др.

Серный колчедан может содержать примеси соединений меди, цинка, свинца, мышьяка, никеля, кобальта, селена, висмута, тел­лура, кадмия, фтора, а также золото и серебро. Содержание селена составляет до 220 г/т, золота до 4 г/т, серебра до 40 г/т, мышьяка до 0.4%, фтора до 0.2%.

Наиболее ценным сырьем дня получения серной кислоты явля­ется элементарная сера. При ее сжигании образуется концентриро­ванный газ, содержащий незначительные количества примесей мы­шьяка. При обжиге серы не остается огарка, поэтому схема пере­работки этого вида сырья на серную кислоту упрощается и является более экономичной. В настоящее время до 50% всей элементарной серы, получаемой в мире, расходуется на производство серной кислоты.

Серную кислоту получают из сернистого ангидрида (SO2) путем окисления его кислородом и последующего присоединения воды по реакции:

SO2 + 1/2O2 + Н2О Н2SO4

В обычных условиях окисление сернистого ангидрида протекает очень медленно, поэтому в промышленности для ускорения процесса эту реакцию проводят на катализаторах или в качестве передатчика кислорода применяют оксид азота. В зависимости от этого раз­личают контактный и нитрозный (башенный) способы производства серной кислоты. Удельный вес серной кислоты, получаемой нитрозным способом, в общем объеме её производства составляет менее 5% и продолжает уменьшаться.

Сущность контактного способа состоит в том, что сернистый ангидрид окисляется до серного в присутствии катализатора при высокой температуре (440-550оС). Процесс окисления сернистого ангидрида на катализаторе протекает с выделением тепла:

2SO2 + О2 2SO3 + Q

Наиболее полно производство контактной серной кислоты отра­жает технологическая схема, в которой исходным сырьем служит колчедан (классическая схема) (рис.10.4). Эта схема включает четыре основные стадии:

-  получение сернистого ангидрида;

-  очистку газа, содержащего сернистый ангидрид, от примесей;

-  окисление сернистого ангидрида до серного на катализаторе;

-  абсорбцию серного ангидрида водой.

Основными направлениями создания экологически обоснованного (малоотходного и безотходного) производства серной кислоты являются:

-  максимально возможное улавливание SO2 и, следователь­но, минимально возможное загрязнение им атмосферы;

-  исполь­зование всех компонентов сырья (селена, меди, драгоценных метал­лов, железа и т. д.).

В колчеданах, применяемых для производства серной кислоты, содержится 0,002-0,02% селена, соединения которого находят все более широкое применение в различных областях народного хозяй­ства: в производстве выпрямителей переменного тока, фотоэлемен­тов, стекольной промышленности, телевидении. Отходы переработки колчедана – основной источник получения селена в нашей стране.

Степень извлечения селена из колчедана в производстве сер­ной кислоты контактным способом колеблется в широких пределах (от 30 до 60%) и зависит от устройства и режима работы печей, режима работы очистного оборудования и прочего.

Для достижения высокой степени окисления и уменьшения со­держания сернистого ангидрида в отходящих газах без значитель­ного увеличения количества контактной массы применяют так на­зываемое двойное контактирование или контактирование с промежуточной абсорбцией. Сущность двойного контактирования состоит в том, что процесс окисления SO2 на катализаторе проходит в два этапа, причём на первом степень превращения составляет около 90%. Затем из газа выделяют серный ангидрид, направляя газ в дополнительный, промежуточный абсорбер. В результате в газе увеличи­вается соотношение О2:SO2, что позволяет на втором этапе уве­личить степень превращения оставшегося сернистого ангидрида до 95-97%. Общая степень превращения достигает 99,5-99,7%, а содер­жание SO2 в отходящих газах составляет около 0,03%, в то время как при одинарном контактировании – десятые доли процента: в среднем 0,2% SO2 (5 г/м3) и около 0,007% SO3 (0,3 г/м3).

В настоящее время ведутся работы по усовершенствованию схемы производства контактной серной кислоты путем нового оформ­ления отдельных стадий этого процесса и применения более мощ­ных аппаратов, обеспечивающих высокую производительность систем, частичной или полной замены воздуха кислородом и повышения давления реакционных газов.

При обжиге серного колчедана отходы пиритных огарков состав­ляют 70% от массы колчедана. На 1 т производимой кислоты выход огарка составляет около 0,55 т. Пиритные огарки состоят, главным образом, из железа (40-63%) с небольшими примесями серы (1-2%), меди (0,33-0,47%), цинка (0,42-1,35%), свинца (0,32-0,58%), дра­гоценных (10-20 г/т) и других металлов.

Утилизация пиритных огарков возможна по нескольким направлениям:

-  для извлечения цветных металлов и производства чугуна и стали;

-  в цементной промышленности;

-  в сельском хозяйстве и т. д.

Однако в настоящее время пиритные огарки используют главным образом в цементной промышленности в качестве минерализующей добавки к портландцементной шихте.

Небольшие количества огарка и пыли сухих электрофильтров используют для получения минеральных пигментов: железного сурика, охры. Пиритные огарки используются также в сельском хозяйстве в каче­стве удобрений, содержащих медь, и для получения некото­рых инсектицидов.

Производство аммиака. Соединения азота имеют исключительно большое значение для всего народного хозяйства. В связи с этим азотная промышленность по темпам развития опережает другие отрасли химической про­мышленности. Основным промежуточным продуктом для получения огромного числа различных азотсодержащих соединений является аммиак, а синтез его из водорода и азота – единственным крупномасштабным методом производства этого важнейшего продукта.

Производство аммиака состоит из трех основных технологиче­ских стадий:

-  получение исходной азотоводородной смеси (син­тез-газа);

-  очистка синтез-газа от примесей;

-  каталитический синтез аммиака.

Основные про­цессы объединены в единый энерготехнологический комплекс. Принцип энерготехнологической схемы состоит в тесной взаи­мосвязи между химическими и энергетическими процессами, между аппаратурой технологических и энергетических стадий, что позволяет достичь, возможно более полной утилизации низкопотенциального и высокопотенциального тепла, вести технологические процессы с высокой скоростью. Ниже приведена технологическая схема производства аммиака с этаноламиновой очисткой газа от СО2 (рис.10.5).

Дальнейшее развитие технологии синтеза аммиака направлено, в первую очередь, на снижение расхода сырья и энергии, уменьшение капиталовложений при строи­тельстве новых производств, повышение надежности работы оборудо­вания и приборов, оптимизацию технологического процесса с широ­ким использованием вычислительной техники и управляющих систем и исключение вредного воздействия на окружающую среду. В связи с развитием атомной энергетики возможно использование тепла атомных реакторов для получения водорода и для производства аммиака в целом.

В производстве аммиака основным сырьем является природный газ. Для получения водорода плани­руется используется реакция:

С + Н2О СО + Н2

Одним из путей совершенствования схемы синтеза аммиака является выделение метана и аргона из циркуляционного газа.

В последнее время ведутся исследования совмещенных техноло­гических схем производства аммиака и метанола, аммиака и опрес­ненной воды, аммиака и карбамида.